CHOIRUL FATMAWATI

PEND.FISIKA ‘2012

1

BAB I

PENDAHULUAN

Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja

dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar

(makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Dalam

Hukum I Termodinamika dinyatakan bahwa energi bersifat kekal, tidak dapat diciptakan dan tid

ak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Namun tidak

ada batasan mengenai perubahan energi mana yang dapat terjadi dan tidak dapat terjadi.

Batasan-batasan perubahan yang terjadi kemudian dijelaskan lebih lanjut ke dalam Hukum II

Termodinamika. Dalam konsep ini dijelaskan mengenai bagaimana perubahan usaha menjadi

kalor dapat terjadi, begitu pula mengenai proses sebaliknya.

Berdasarkan latar belakang tersebut di atas maka akan dikaji mengenai beberapa hal.

Diantaranya yaitu tentang Permasalahan Hukum I Termodinamika dan siklus Termodinamika

serta Konsep Hukum II Termodinamika dan Perubahan Usaha menjadi Kalor dan Sebaliknya.

PEMBAHASAN

Permasalahan Hukum I Termodinamika dan siklus Termodinamika.

Pada Hukum I Termodinamika dinyatakan bahwa apabila sistem gas menyerap kalor

dari lingkungan sebesar Q , maka oleh sistem mungkin akan diubah menjadi:

a. usaha luar (W) dan perubahan energi dalam (U),

b. energi dalam saja (U), dan

c. usaha luar saja (W).

Atau secara matematis dinyatakan sebagai : 𝑄 = ∆𝑈 +𝑊

Agar suatu sistem dapat terus-menerus melakukan usaha yang berguna maka sistem

tersebut harus bekerja dalam suatu siklus, yaitu mulai dari suatu keadaan awal dan melalui

proses termodinamika kembali ke keadan awalnya. Perubahan sistem dari suatu keadaan ke

keadaan lain, dan kembali berubah ke keadaan semula disebut siklus. Prinsip inilah yang

digunakan untuk mesin-mesin kalor, yaitu bahwa agar dapat melakukan usaha secara terus-

menerus, sistem harus bekerja dalam suatu siklus.

Sadi Carnot, seorang insinyur berkebangsaan Prancis pada tahun 1824

mengembangkan sebuah model mesin ideal – selanjutnya disebut mesin Carnot -, yaitu mesin

yang paling efisien dengan siklus yang terdiri dari empat proses yaitu: pemuaian isotermal dan

adiabatik, serta pemampatan isotermal dan adiabatik. Adapun usaha total yang dilakukan sistem

CHOIRUL FATMAWATI

PEND.FISIKA ‘2012

2

untuk satu siklus kuivalen dengan selisih antara kalor yang diserap sistem dari reservoir

suhu tinggindengan kalor yang dibuang sistem pada reservoir suhu rendah. Dapat dikatakan

bahwan pada mesin Carnot telah terjadi perubahan energi kalor menjadi usaha.

Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika

menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya,

perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi,

tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada

Hukum I Termodinamika. Pada Hukum I Termodinamika ini tidak terdapat petunjuk adanya

arah dan batasan-batasan perubahan yang terjadi. Adapun permasalahan yang tidak dapat

diterangkan dalam Hukum I Termodinamika antara lain :

1. Dapatkah kalor mengalir dari benda yang dingin ke benda yang lebih panas atau dari benda

yang sama suhunya dengan tiba­tiba dapat mengalirkan kalor, sehingga suhu kedua benda

menjadi berbeda.

2. Dapatkah energi kalor seluruhnya diubah menjadi energi mekanik atau usaha secara

terus­menerus.

3. Dapatkah energi diubah sekehendak kita.

4. Dapatkah energi kalor seluruhnya diubah menjadi usaha.

Jawabannya adalah dapat, tetapi hanya untuk satu proses atau satu tahap saja.

Konsep Hukum II Termodinamika dalam Perubahan Usaha menjadi Kalor dan

Sebaliknya

Hukum II Termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan ya

ng tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain :

1. Hukum II Termodinamika dalam menyatakan aliran kalor (menurut Rudolf Clausius).

Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah

dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.

2. Hukum II Termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor (menurut Kelvin dan

Planck)

Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang

semata­mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan megubah seluruhnya menjadi

usaha luar.

3. Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi.

Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah

ketika proses irreversibel terjadi.

Proses Reversibel : suatu proses yang dapat dibalikkan ke keadaan semula tanpa

mengubah keadaan sekelilingnya.

Proses Irreversibel : suatu proses yang tak terbalikkan. Untuk mengembalikkan ke

keadaan semula harus mengubah keadaan sekelilingnya.

CHOIRUL FATMAWATI

PEND.FISIKA ‘2012

3

Adapun untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan

prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan: “kalor mengalir secara

alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara

spontan dari benda dingin ke benda panas”

Termodinamika menyatakan bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke

keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan

sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyertai perubahan setiap

keadaan dari awal sampai keadaan akhir sistem. Karena entropi menyatakan ketidak teraturan

sistem, berarti jika suatu sistem memiliki entropi yang tinggi maka sistem tersebut makin tidak

teratur.

Perubahan entropi suatu sistem hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir. Proses reversibel

tidak mengubah total entropi dari semesta, tetapi setiap proses irreversibel selalu menaikkan entr

pi semesta.

Entropi ( S ) adalah suatu ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak

dapat diubah menjadi usaha. Perubahan entropi ( ∆S ) untuk sistem yang mengalami

proses reversibel dirumuskan sebagai :

∆𝑆 = (𝑄

𝑇)𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑏𝑒𝑙

dimana :

∆S : perubahan entropi (JK-1)

Q : kalor yang diserap sistem (J)

T : suhu mutlak sistem (K

Hukum II termodinamika membatasi arah aliran kalor yang secara alamiah hanya dapat

mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Agar kalor dapat dialirkan pada

arah sebaliknya diperlukan usaha luar. Prinsip inilah yang diaplikasikan pada mesin

pendingin.

Aliran kalor pada mesin pendingin merupakan kebalikan dari aliran kalor pada mesin

kalor. Usaha yang berasal dari energi listrik digunakan untuk menyerap kalor dari makanan

yang tersimpan dalam reservoir dingin untuk dibuang pada reservoir panas, yaitu udara

disekitar mesin.

Sumber :

Hamid, Abu Ahmad. 2007. Diktat Kuliah Termodinamika. Yogyakarta : Universitas Negeri

Yogyakarta.

Astono. 2003. Diktat Termodinamika. Universitas Muhammadiyah Purworejo