MAKALAH PENERAPAN HUKUM TERMODINAMIKA

PENERAPAN HUKUM TERMODINAMIKA

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. termodinamika sudah sangat tidak asing didalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali peristiwa termodinamika yang terjadi dalam kehidupan. Sebagai contohnya perubahan suhu yang terdapat pada badan kita, kemudian beberapa peralatan rumah tangga yang menggunakan konsep termodinamika dan beberapa peralatan lainnya.
Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang mulanya menggunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum-hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam. 

B.    Rumusan Masalah

1.      Bagaimana penerapan hukum I termodinamika dalam kehidupan sehari-hari?

2.      Bagaimana penerapan hukum II termodinamika dalam kehidupan sehari-hari?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    PENERAPAN HUKUM TERMODINAMIKA

1.      Penerapan hukum 1 termodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi total sistem tetap konstan, bahkan jika itu diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi kinetik – energi yang memiliki obyek ketika bergerak – diubah menjadi energi panas ketika sopir menekan rem pada mobil untuk memperlambatnya. Ada sering menangkap frase untuk membantu orang mengingat hukum pertama termodinamika: “Usaha adalah kalor, dan kalor adalah usaha.” Pada dasarnya, usaha dan panas yang setara

Termos Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju lingkungan maupun sebaliknya.

  Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

a.      Mesin kalor/mesin bahang (heat engine)

Jika kalor yang masuk kedalam sistem lebih besar dari pada kalor yang keluar sistem dan usaha yang dilakukan sistem, maka sistem itu disebut mesin kalor (heat engine). Mesin ini digunakan untuk menghasilkan usaha yang keluar secara kontinu dengan cara melakukan siklus secara berulang-ulang. Jika Q1 adalah kalor yang diserap sistem, Q2 adalah kalor yang dilepas sistem, dan W adalh usaha yang dilakukan sistem (mesin), maka efisisensi mesin dinyatakan dengan persamaan

η =  x 100%

karena proses ini adalah siklik (proses siklus), maka ∆U= 0. Sesuai dengan hukum 1 termodinamika

 ∆U= ∆Q-W

Dengan, ∆Q= Qmasuk – Qkeluar

∆Q= Q1 - Q2

W= Q1 – Q2

Sehingga,

η =  x 100%

η = 1-  x 100%

keterangan:

η = efisiensi mesin

Q1 = jumlah kalor yang masuk (J)

Q2 = jmlah kalor yang keluar (J)

b.      Mesin uap

Cara kerja mesin uap didasarkan pada prinsip termodinamika. Prinsip ini menyatakan bahwa ketika uap mengembang ( berekspansi ), temperaturnya menurun dan energi dalamnya berkurang. Pengurangan energi dalam ini disebabkan sebagian diubah menjadi energi gerak dalam bentuk penambahan kecepatan gerak partikel uap yang berarti uap melakukan usaha. Ketika uap berekspansi, pengurangan energi dalam sekitar 1,05 kj menyebabkan kecepatan partikel uap menghasilkan energi yang sangat besar.

c.       Metabolisme Manusia

Manusia dan hewan melakukan kerja. Kerja dilakukan dalam hampir seuruh aktivitas manusia dan hewan. Kerja membutuhkan energi. Didalam tubuh manusia dan hewan terjadi proses perubahan energi. Proses ini disebut metabolisme. Untuk lebih mudahnya kita pakai diri kita, yaitu manusia. Kita dapat menggunakan hukum 1 termodinamika,    ∆U= Q-W.

Jika kita melakukan kerja terus menerus, semakin lama tubuh kita akan leleh. Karena itu perlu tambahan energi agar stamina kita bisa pulih. Yang menjadi sumber energi bagi tubuh kita adalah makanan. Akan tetapi energi dalam tubuh kita tidak dipertahankan oleh aliran kalor kedalam tubuh kita. Pada suatu sistem tertutup, energi dalam berubah serbagai hasil  aliran kalor atau usaha yang dilakukan. Pada sistem terbuka, seperti pada hewan, energi dalam dapat mengalir secara bebas, baik kedalam maupun keluar. Karena itu, ketika suhu lingkungan lebih tinggi dari tubuh, tubuh menyerap kalor dari lingkungan, akan tetapi tubuh kita menggunakan kalor yang diserap tersebut aan menunjang proses vitalnya.

Pada saat menyantap makanan, berarti kita memasukkan membawa energi masuk kedalam tubuh kita, yang kemudian menaikkan energi dalam pada tubuh. Energi ini digunakan untuk melakukan kerja atau usaha.

2.      Penerapan hukum II termodinamika

Termodinamika sudah sangat tidak asing didalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali peristiwa termodinamika yang terjadi dalam kehidupan. Sebagai contohnya perubahan suhu yang terdapat pada badan kita, kemudian beberapa peralatan rumah tangga yang menggunakan konsep termodinamika dan beberapa peralatan lainnya.

Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang mulanya menggeunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum-hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam.

Proses timbulnya air pada permuakaan gelas itu menandakan adanya suatu sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa udara yang ada di sekeliling gelas mengandung uap air.Ketika gelas diisi es, gelas menjadi dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika yang ke dua yang berbunyi Berikut “Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi.

Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya, dari hukum ini proses yang terjadi didalam gelas merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi dingin, sementar udara mengandung kadar air yang tinggi pda kelembaban yang tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga timbul air pada permukaan luar pada gelas.

Dari contoh es pada gelas diatas merupakan sistem pertukaran secara tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan menggunakan media pembatas rigid (tidak boleh mempertukarkan kerja) dengan mempertukarkan panas melalui medium gelas.

Penerapan lain hukum II termodinamika dapat kita lihat pada berbagai produk teknologi, antara lain lemari es dan penyejuk udara (AC).

a.      Lemari es

Salah satu penerapan hukum II Termodinamika adalah lemari es. Prinsip kerja lemari es berdasarkan rumusan clausius yang menyatakan bahwa untuk memindahkan kalor (Q1) dari dalam refrigerator yang bersuhu rendah ke refrigerator bersuhu lebih tinggi diperlukan usaha.  

Prinsip kerja lemari es adalah mengambil kalor dari daerah bersuhu dingin (bagian dalam lemari es) dan mengeluarkannya pada daerah bersuhu bersuhu tinggi (bagian luar lemari es). Untuk mengeluarkan kalor dari tempat bersuhu rendah ketempat bersuhu tinggi diperlukan usaha (W). Karena bagian dalam kekurangan kalor, maka suhunya akan rendah, sebaiknya bagian luar terasa hangat karena menerima kalor dari dalam.

Untuk lemari es atau mesin serupa, efisiensi dinyatakan dengan koefisien pendingin (W). Koefisisen pendingin dirumuskan sebagai:

η =  x 100%

berdasarkan hukum termodinamika, Q2= W+Q1, atau W= Q2 - Q1. Jadi:

η =  x 100%

η =  – 1 x 100%

keterangan:

η = koefisien pendingin

W = usaha luar yang dilakukan pada mesin

Q1 = jumlah kalor yang diserap dari tandon suhu rendah

Q2 = jumlah kalor yang dikeluarkan pada tandon suhu tinggi

b.      Penyejuk udara (air conditioner =AC)

Walaupun bentuk rancangan AC dan lemari es berbeda, namun penyejuk udara atau AC mempunyai cara kerja yang mirip dengan lemari es. AC mengambil kalor dari ruang yang bersuhu rendah untuk dibuang kelingkungan yang bersuhu tinggi. Rumusan koefisien pendingin pada lemari es diatas juga berlaku untuk AC.

 

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Termodinamika adalah bidang ilmu yang meliputi hubungan antara panas dan jenis energi lainnya. Termodinamika ditemukan dan diteliti awal tahun 1800-an. Pada saat itu, itu terkait dengan dan mendapat perhatian karena penggunaan mesin uap.

Termodinamika dapat dipecah menjadi empat hukum. Meskipun ditambahkan ke dalam hukum termodinamika setelah tiga hukum lainnya, hukum ke nol biasanya dibahas terlebih dahulu. Ini menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Dengan kata lain, jika dua sistem adalah temperatur yang sama sebagai sistem yang ketiga, maka ketiganya adalah suhu yang sama.

B.     Saran

Perlunya kritik dan saran dari pembaca, agar dapat membangun pembuatan makalah selanjutnya.

Banyaknya literatur dapat mempermudah dan memperlancar pembuatan makalah selanjutnya.

 

                 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

http://enha-dhiyauralvy.blogspot.com/2012/06/penerapan-hukum-2-termodinamika.html