Makalah termodinamika

MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN
POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA
Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293
“Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya
dalam kehidupan sehari-hari” 1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pengetahuan akan fisika dasar sangatlah dibutuhkan dalam
rangka membangun konsep pemahaman terhadap penggunaan fisika
dalam kehidupan sehari-hari. Mengingat fisika sebagai fondasi dari
ilmu alam, maka sudah sewajarnya bila ilmu fisika menjadi ilmu
wajib bagi para ilmuwan, peneliti dan para mahasiswa. Seiring
berjalannya waktu, ilmu fisikapun menjadi semakin kompleks.
Aspek penting dalam pembahasan energi adalah hukum
termodinamika. Termodinamika adalah cabang ilmu yang mempelajari energi
dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Untuk dapat memahami teori
termodinamika dengan lebih baik, diantaranya diperlukan pemahaman tentang
prinsip, sifat dan hukum termodinamika, dan penerapannya dalam kehidupan
sehari-hari.
Gas dan uap secara alami berkaitan dengan pangan dan sistem
pengolahan pangan. Diantaranya adlah penggunaan uap air (steam) sebagai
media pemanasan, dimana diperlukan pengetahuan tentang sifat-sifat gas
tersebut. Demikian juga dalam proses evaporasi atau penguapan air dari bahan
pangan akan terjadi perubahan fase dari air menjadi uap, dimana sifat-sifat
dari fase cair dan fase uap akan berbeda. Demikian juga, gas yang terlarut
dalam bahan pangan, seperti oksigen dan uap air mempengaruhi umur simpan
produk. Prinsip-prinsip sifat gas ini sangat penting diketahui dalam
perhitungan-perhitungan termodinamika.

B. Rumusan Masalah
Dalam makalah ini rumusan masalahnya adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana aplikasi penggunaan termodinamika dalam kehidupan
sehari-hari?
2. Apa maksud dari masing-masing hukum termodinamika?
C. Tujuan
Penyusunan makalah yang berjudul “Termodinamika sehari-hari” ini
bertujuan sebagai berikut:
1. Menjelaskan kegunaan dan aplikasi pemakaian teori termodinamika
dalam kehidupan sehari-hari.
2. Mendeskribsikan pengertian dari masing-masing hukum
termodinamika.
D. Manfaat
Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Mempermudah pengenalan terhadap prinsip-prinsip termodinamika
dengan menghubungkanya di kehidupan sehari-hari.
2. Memperjelas pengetahuan tentang hukum-hukum termodinamika.

BAB II
PEMBAHASAN
A. PENGERTIAN TERMODINAMIKA
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 merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari
tentang energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang
dihasilkan dari energi tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa di alam ini
energi terdiri dari berbagai macam bentuk selain energi panas ada energi
kimia, kinetik, potensial, nuklir, listrik dan masih banyak lagi. Energi itu dapat
berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami ataupun melalui
rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan.
Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran
energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi
(kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan
istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang.
Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses
kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika
bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
B. PRINSIP-PRINSIP TERMODINAMIKA
Sebelum memecahkan masalah-masalah termodinamika, penting
untuk mengetahui istilah-istilah tertentu. Pada gambar menyajikan kotak kaca
yang tertutup rapat yang berisi sebuah bola besi padat. Kita bisa menyebut
bahwa Bagian dalam kotak sebagai “sistem” yang dipelajari. Oleh sebab itu,
sistem terdiri dari (1) udara yang berada di dalam kotak, dan (2) bola logam

itu sendiri. Daerah di luar sistem, atau di luar kotak dalam contoh ini, disebut
“lingkungan sekitar”.
Lingkungan sekitar
Sistem dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi:
1. sistem terisolasi pada sistem ini tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja
dengan lingkungan. Jika tidak ada energi dalam bentuk kalor yang dapat
masuk atau keluar dari sistem, perubahan energi secara keseluruhan dalam
sistem dan kandungan kalor adalah nol. Contoh dari sistem terisolasi adalah
wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
2. Sistem tertutup pada sistem ini terjadi pertukaran energi (panas dan kerja)
tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah
contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi
pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran
panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat
pembatasnya:
 pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
 pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
3. Sistem ini terbuka sistem dan lingkungan sekitar menjadi bebas berinteraksi
dan berganti bentuk energi.
Kesetimbangan termodinamika ada jika parameter fisik dari suatu
sistem ( misalnya: suhu, volume dan tekanan) adalah konstan sepanjang
waktu. Kesetimbangan termal ada jika dua sistem berada dalam kontak termal
dan terjadi aliran kalor di antara keduanya ( temperature keduanya adalah
sama ).
Termodinamika dibagi menjadi tiga berdasarkan perubahan dalam
kandungan kalor:
sistem

1. Q = 0 Jika tidak terjadi perubahan atau perubahan bersih dalam perubahan
kalor.
2. Q adalah positif (+) Jika suatu sistem memperoleh energi dalam bentuk kalor,
maka kandungan kalor meningkat.
3. Q adalah negatif (-) jika suatu sistem melepaskan kalor.
Maka di dapatlah hubungan :
Q adalah positif (+) jika T akhir T awal dan negatif (-) jika T akhir T
awal.
Prinsip perubahan fase wujud suatu benda:
Benda terdiri dari 3 wujud yaitu; cair, gas, dan padat. Banyak
substansi mempunyai kemampuan berada dalam 3 status atau fase : padat,
cair, dan gas. Fase suatu substansi pada sembarang waktu (t) berkaitan
semata-mata dengan status energi pada waktu itu. Pada suatu percobaan
dilakukan suatu penelitian tentang perubahan fase yang dialami oleh air
(H₂O), saat dipanaskan. H₂O yang dipakai adalah air murni (distilasi) dan
ditempatkan disuatu ruangan bertekanan 1 atmosfer. Suatu alat pembakar
Bunsen ditempatkan dibawah es balok seberat 5 gram (H₂O padat) dengan
suhu awal -20⁰C (titik A pada grafik). saat kalor dialirkan pada es batu, energi
kinetik acak rata-rata molekul H₂O meningkat, dan molekul H₂O bergerak
makin lama makin cepat.
Es dihangatkan hingga mencapai 0⁰C (titik B), titik lebur tekanan
murni pada 1 atm. Walaupun suhu seluruh es batu meningkat, tidak terjadi
perubahan fase (yakni,es tidak mencair sama sekali), baru pada saat seluruh
bagian es batu mencapai titik lebur 0⁰C maka perubahan fase terjadi.
Selanjutnya, energi yang diberikan hanya melelehkan es batu tanpa adanya
selama proses mencair. Baru setelah setiap molekul mengalami perubahan
fase (padat cair) temperature kembali mulai meningkat.
Titik C mewakili air yang baru terbentuk pada 0⁰C. Panas api
kemudian memanaskan air namun tidak terjadi perubahan fase air sampai
Q= mc T

setiap bagian air yang mengalir mencapai 100⁰C (titik D), titik didih resmi air
mulai pada tekanan 1 atm. Saat kalor diserap oleh air, tingkat energi molekul
air meningkat menyebabkan terjadinya penguapan.
Grafik ini menunjukan temperatur selalu tetap konstan selama
perubahan fase. Setelah semua molekul telah berubah fase menjadi gas
barulah mulai terjadi perubahan suhu gas.
Dari data diatas dapat diketahui macam-macam perubahan fase:
1. Dari B C adalah mencair atau melebur
2. Dari D E adalah penguapan
3. Dari E D adalah kondensasi
4. Dari C B adalah membeku
5. Dari B E atau E B adalah sublimasi
Ahli fisika mendefenisikan kalor peleburan (Hf) suatu zat sebagai
jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah bentuk 1 gram zat dari zat
padat menjadi zat cair. Hf es adalah 80 kal/gr. Kalor penguapan (Hᵥ) adalah
jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram zat cair menjadi gas.
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
A B C D E F
Suhu(⁰C)
PERUBAHAN FASE H₂O
waktu

Hᵥair adalah 540 kal/gr. Jelasnya, diperlukan energi yang lebih banyak per
gram zat untuk menguap dari pada untuk mencair.
C. HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem
termodinamika, yaitu:
Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang
dengan sistem ketiga, maka ketiganya dapat saling setimbang satu dengan
lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang terdapat pada sistem berupa partikel
yang bervibrasi, partikel tersebut berpindah dan mengalirkan energinya ke
partikel disebelahnya. Contohnya seperti ini :
anggap terdapat tiga buah benda, A,B dan C. Kondisi awal benda sebelum
bersentuhan diasumsikan tidak sama / belum terjadi kesetimbangan. Dimana
. setelah ketiga benda bersentuhan, dimana terjadi
kesetimbangan antara benda , maka benda C juga akan setimbang
dengan benda .
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan
perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama
dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja
yang dilakukan terhadap sistem.
Hukum pertama ini juga menyatakan bahwa energi suatu sistem yang
terisolasi adalah konstan. Aliran kalor atau kerja (usaha) yang dialami oleh
suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut memperoleh atau kehilangan
energi, tetapi secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi
tersebut hanya mengalami perubahan.
Qlebur = mHf Qpenguapan = mHᵥ
( persamaan kalor “ antar- fase”)

Berdasarkan hukum kekekalan energi tersebut, hukum I
termodinamika dirumuskan sebagai berikut:
Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem
melakukan usaha W, maka selisih energi, Q – W, sama dengan perubahan
energi dalam U dari sistem :
Perjanjian tanda untuk Q dan W (Gambar 14.7) adalah sebagai berikut :
- Jika sistem melakukan usaha, nilai W bertanda positif,
- Jika sistem menerima usaha, nilai W bertanda negatif
dan merupakan fungsi status; nilainya tidak tergantung dari
lintasan spesifik. Fakta penting yaitu dari mana dan berasal pada
mulanya dan ada dimana sekarang. Istilah-istilah termodinamika yang umum
meliputi:
 Isotermal : temperature adalah konstan, = 0
 Adiabatik : tak ada perubahan dalam kandunganm kalor, = 0
 Isobarik : tekanan tetap konstan, = 0
 Isovolumetrik : volume tetap konstan dan dengan demikian W = 0
U = U2 – U1 = Q –W atau Q = U + W

Dalam suatu proses isothermal, perubahan dalam kandungan kalor
sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses adiabatik, perubahan
dalam status energi internal sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu
proses isovolumetrik, perubahan dalam energi internal sama dengan usaha
yang dilakukan. Dalam suatu proses isovolumetrik perubahan dalam energi
internal sama dengan perubahan dalam kandungan kalor.
Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini
menyatakan bahwa total entropi (S)dari suatu sistem termodinamika terisolasi
cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati
nilai maksimumnya. Perubahan entropi (perubahan dalam jumlah keadaan
yang tidak teratur) disingkat dengan huruf .
Ingat entropi dari suatu gas zat cair zat padat, atau keadaan yang
kacau dalam kehidupan sehari-hari yang tidak pernah tampak menurun.
Hukum kedua memungkinkan terjadinya hal sebagai berikut:
1. , yang melukiskan proses-proses spontan dan tidak dapat kembali
(irreversible) yang terjadi di alam ( misalnya, bola yang mula-mula
diam,berrgulir menuruni lereng bukit yang curam ke arah pusat grativasi;
sekelompok semut menyebar di seluruh tempat; kalor mengalir dari sesuatu
yang lebih panas ke sesuatu yang lebih dingin). Dalam kasus-kasus ini
adalah positif ( + ).
2. , yang menyatakan bahwa keadaan yang kacau (disorder) tidak
berubah sekarang, tetapi akan berubah dengan segera. Proses-proses seperti ini
dapat kembali (reversible), sebab setiap waktu dapat menjadi spontan dan
irreversible:
(misalnya, sebuah bola yang diam pada puncak gunung yang seterusnya
tinggal diam hingga “suatu fenomena alam” seperti angin rebut atau gempa
bumi menyebabkan bola bergulir).
Hubungan yang terdapat diantara kandungan kalor (Q), entropi (S),
dan energi gas pada suatu sistem (G) : . Jika suatu proses
spontan terjadi dalam suatu sistem tertutup ( , maka energi

bebas dari sistem tersebut pasti (-). oleh sebab itu, adalah negatif dan
adalah positif, jika suatu proses berlangsung secara spontan.
Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut.
Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol
absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai
minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur
kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
D. APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-
HARI
Prinsip dari ilmu termodinamika banyak terjadi dialam ini. Bumi
yang menerima energi radiasi dari matahari, dimana energi tersebut berubah
menjadi bentuk lain seperti angin, gelombang laut dan sebagainya. Tidak
terkecuali manusia, prinsip termodinamika berupa konversi energi sangat
kompleks terjadi di dalam diri manusia. Mulai dari bahan makanan yang
dikonsumsi kemudian berubah menjadi tenaga merupakan konsep
termodinamika.
Prinsip termodinamika juga digunakan untuk mempermudah
manusia dalam bekerja. Didukung dengan teknologi yang semakin
berkembang, prinsip termodinamika digunakan dibarbagai dunia industri,
automotif, pembangkit listrik dan sebagainya.
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.
Proses timbulnya air pada permukaan 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.

BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
1. Termodinamika merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang
energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari
energi tersebut.
2. Energi itu dapat berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami
ataupun melalui rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat
diciptakan dan dimusnahkan.
3. Kesetimbangan energi pada suatu sistem didasarkan pada prinsip/hukum.
Kekekalan energi akan berkesinambungan dengan prinsip kesetimbangan
massa, sehingga prinsip perhitungan yang digunakan kesetimbangan energi
mirip dengan kesetimbangan massa, yaitu :
B. Saran
1. Meningkatkan penerapan dari teori termodinamika untuk kehidupan sehari-
hari.
2. Memperbanyak pengetahuan tentang termodinamika.

Daftar Pustaka
Bresnick, Stephen. 2002. Intisari Fisika. Jakarta. Penerbit Hipokrates
http://id.wikipedia.org/wiki/termodinamika diakses tanggal 8 Desember 2012
http://www.file-edu.com/2011/10/prinsip-dasar-teori-termodinamika-1.html
diakses tanggal 8 Desember 2012
http://atophysics.wordpress.com materi 17 termodinamika diakses tanggal 8
Desember 2012

Makalah termodinamika

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Makalah termodinamika

Ähnlich wie Makalah termodinamika (20)

Makalah termodinamika