Minggu, 24 Juli 2011

Makalah

Pusing dengan tugas kuliah?
nih ane kasih satu contoh makalah yang paling sering bikin pegel hehe, semoga bermanfaat untuk sahabat Fatahillah dimanapun berada

kalau baca lama disini pati capek, tp ga bakalan mumet kalau di copas d word tp sebelum itu tinggalin comentar dulu yah.....
di like juga'
kasih kesan juga hehhee borrongan bu?

BAB I
PENDAHULUAN
Pengembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini, yaitu sampai bisa ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak pesawat terbang dan untuk instalasi darat yang dapat dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik, sudah menghabiskan waktu yang cukup lama.
Sejak abad yang lalu sudah dimulai usaha untuk mengembangkan turbin gas, tetapi kurang berhasil dan perkembangan selanjutnyapun dapat dikatakan agak lambat bila dibandingkan dengan tenaga uap yang mencapai kemajuan pesat dengan makin tingginya tekanan dan temperatur uap, dan harganya randemen turbin gas sudah jauh ketinggalan. Konstruksi dan cara kerjanya turbin gas adalah, sangat mudah bila hanya didalam kertas (gambar desain), tetapi kenyataannya bila diwujudkan sangat sukar karena ada hubungannya dengan pemakaian bahan bakar turbin harus hemat.
Akhir-akhir ini randemen dan daya yang dihasilkan turbin gas naik, karena gas yang bertemperatur tinggi, telah bisa digunakan dan bekerjanya turbin langsung tergantung pada keadaan gasnya. Sekarang randemen turbin, sudah bisa mencapai sekitar 33 % dengan temperatur diruang bakar dan sebelum rangkaian sudut jalan pertama untuk turbin penggerak pesawat terbang adalah 12000 c.
Sementara itu temperatur untuk turbin yang dipakai diindustri adalah 950oC. Disamping itu turbin gas sudah mempunyai arti yang sangat besar, karena untuk penggerak pesawat terbang dengan daya yang besar harus memakai turbin gas dan sudah tidak bisa diganti lagi, sebab ukuran luar dan berat turbin gas tidak bisa disaingi oleh motor bakartorak.
Keuntungan penggunaan turbin gas sebagai pembangkit tenaga listrik dan sebagai penyedia panas di industri adalah mudah diinstal, proses kerjanya tidak ruwet terutama cocok untuk menanggulangi beban puncak dan dimensinya kecil. Untuk suatu hubungan antara turbin gas dengan proses peredaran turbin uap randemennya bisa mencapai lebih dari 42 %, dilihat dari segi ekonominya keadaan ini sudah cukup baik.
Akhirnya perlu diketahui bahwa kenyataannya proses turbin gas dengan daya yang sangat besar terdapat pada teknik tenaga nuklir dengan Helium sebagai fluids kerjanya.





BAB II
DASAR TEORI


BAB 1
PENDAHULUAN
1.Hakekat Termodinamika

Hukum – hukum termodinamika membicarakan tentang energi di lingkungan kita. Hukum ini menjelaskan tentang bagaimana makhluk hidup dan ekosistem berfungsi. Hukum termodinamika adalah hukum alam (Soemarwoto, 1989) dengan kata lain ketetentuan yang ada di dalamnya adalah mutlak, tidak dapat dibantah. Maka dari itu hukum alam sering disebut dengan Sunnatullah.
Ada 2 bentuk hukum termodinamika, yaitu Hukum Konservasi Energi (Termodinamika I) dan Hukum Entropi (Termodinamika II).
A. Hukum termodinamika I
”Energi tidak dapat ditambah atau dikurangi, hanya dapat berubah bentuk.
Energi dalam keadaan tetap lestari (conserved)”.Dalam hukum ini dijelaskan bahwa energi yang berasal dari energi matahari tersebut sesampai di bumi tidak pernah habis dipakai. Sebaliknya energi tersebut akan terus mengalami perubahan menjadi bentuk energi lain. Sebagai contoh untuk memperjelas gambaran,
1.Sinar matahari yang sampai di bumi merupakan energi panas yang akan memanaskan daratan dan lautan. Daratan memiliki massa yang lebih padat daripada lautan sehingga temperature daratan lebih cepat meningkat dengan waktu pemanasan yang sama dengan lautan. Tempat yang lebih panas memiliki materi yang lebih renggang sehingga tekanan udaranya lebih rendah.“Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah”. Dengan demikian terjadilah aliran udara yang disebut angin. Dan angin tersebut mengalir dari lautan ke daratan (pada siang hari), sehingga disebut angin laut.
2.Angin yang mengalir menuju daratan tersebut merupakan energi kinetic yang dapat menggerakkan baling – baling turbin.
3.Energi kinetic dari baling – baling ini nantinya dapat menggerakkan dynamo atau generator listrik, dan terciptalah energi listrik.
4.Energi listrik ini dapat diubah menjadi bermacam energi yang lain seperti yang terjadi dalam kehidupan kita. E.g. energi suara, energi panas, dan energi lainnya.
5.Pada kasus lain air laut yang digerakkan oleh angin akan menjadi gelombang. Laut dengan gelombang yang cukup tinggi dapat diubah menjadi sumber tenaga listrik yang dikenal dengan istilah OTEC (Ocean Thermal Energi Conversion).
Selain itu, hukum konservasi juga menjelaskan mengenai perubahan suhu lingkungan. Kita sering mendengar bahwa lingkungan semakin panas dengan semakin berkurangnya jumlah pohon. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan gambaran demikian :
Sinar matahari (SM) merupakan sumber energi yang jatuh dibumi dan kita beri nilai awal 100%. Kemudian kita anggap tempat jatuhnya energi 100% tersebut ke 4 bagian bumi, yaitu hutan, bangunan atau rumah, tanah, dan perairan terbuka. Ada 2 sifat energi yang sampai ke bumi.Energi terpakai untuk kegiatan dibumi, misal untuk kegiatan tumbuhan seperti transpirasi tumbuhan (TT), atau untuk penguapan air yang disebut dengan evaporasi (Ev).
Energi dipantulkan sebagai radiasi panas, missal pemantulan oleh rumah atau bangunan (RR) dan pemantulan oleh tanah (RT). Lagi – lagi kita permudah gambaran kita dengan membagi rata masing – masing bagian bumi tersebut dengan nilai yang sama, yaitu masing – masing senilai 25%. Sehingga :
SM = TT + Ev + RT + RR ….. (1)
Energi yang dipantulkan hanya berasal dari RT dan RR saja atau senilai 50% (merupakan yang kita rasakan sebagai suhu lingkungan kita) dan sisanya senilai 50%, TT dan Ev adalah energi yang digunakan. Sekarang saatnya simulasi. Andai kata semua tumbuhan dibabat habis untuk mendirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RR’, dan persamaannya :
SM = RR’ + Ev + RT + RR ….. (2)
Dimana energi yang dipantulkan sekarang berasal dari RT, RR, dan RR’ dengan jumlah total 25% +25% +25% = 75%. Dan andaikan pula setelah semua tumbuhan telah dibabat habis belum sempat didirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RT yang artinya sama dengan persamaan (2) yang menyatakan suhu terasa lebih hangat lagi dibandingkan dengan ketika tumbuhan masih ada di lahan itu.
Simulasi berikutnya, coba anda bayangkan jika perairan kita ditempati oleh kapal – kapal, atau yang lebih mudah jika sebagian perairan menjadi pelabuhan. Maka energi yang semula digunakan untuk penguapan / evaporasi (Ev) sekarang dipantulkan oleh kapal – kapal atau oleh pelabuhan tersebut (RK) yang sama halnya dengan sebuah bangunan, dan persamaannya menjadi :
SM = RR’ + RK + RT+ RR ….. (3)
Sehingga lingkungan dengan pelabuhan dan kapal – kapalnya terasa semakin panas.
Dengan demikian terlihat bahwa konversi tumbuhan dan perairan menjadi perumahan atau lahan terbuka akan menyebabkan naiknya suhu bumi. Dan pelajaran yang kita peroleh adalah bahwa semakin berkurang hutan dan/atau genangan air akan berakibat bumi semakin panas.
B. Hukum termodinamika II
Hukum ini menerangkan bahwa setiap pemakaian suatu bentuk atau unit energi tidak pernah tercapai efisiensi 100%. Dalam proses perubahan satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain selalu menghasilkan sisa yang disebut dengan entropi. Sehingga hukum ini sering disebut sebagai Hukum Entropi yang dalam buku teks berbahasa Inggris disebut dengan istilah The Law of Entropy. Karena entropi menurut kita adalah sesuatu yang sudah tidak terpakai maka entropi tersebut dibuang sebagai limbah. Namun tanpa kita sadari sesungguhnya entopi tersebut masih dapat digunakan. Sebagai contoh, pada saat pembuatan papan dari balok kayu maka entropinya adalah serbuk gergaji. Pada hakekatnya limbah serbuk gergaji ini adalah energi juga yang berarti masih dapat dipakai ntuk proses lainnya, misalnya sebagai bahan bakar.
Lebih ringkas dari Hukum Termodinamika II (Law of Entropy) kita dapat memetik 2 hal, antara lain:
1.Pencemaran selalu terjadi dan tidak dapat dihindari karena adanya limbah atau entopi.
2.Pencemaran dapat diperkecil karena sesungguhnya entropi itu adalah sisa energi dari suatu proses. Dan karena entropi masih merupakan energi, maka entropi dapat digunakan untuk proses lain (Tandjung, 1992a)
1.2. Konsep, Model dan Hukum Termodinamika
A. Konsep Termodinamika
Hukum termodinamika merupakan salah satu alat konseptual yang berguna dalam memahami sains. Termodinamika, dalam arti luas, adalah pengkajian hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi, seperti energi yang dikaitkan dengan gejala elektromagnet, permukaan, dan kimia. Konsep termodinamika merupakan hal mendasar yang penting bagi insinyur, ahli fisika dan ahli kimia. Sementara insinyur mungkin terutama berkepentingan dalam masalah pembakaran dan tenaga, ahli fisika dengan masalah radiasi dan elektromagnet, maka ahli kimia mempunyai sasaran utama untuk menentukan kelayakan atau kesemertaan suatu perubahan kimia (Keenan, et.all., 1999: 473)
Paradigma utama termodinamika adalah kesemestaan hukum-hukumnya sehingga banyak kesimpulan fisik dapat direduksi dari beberapa hukum termodinamika. Bahkan keabsahan hukum II termodinamika atau hukum entropi yang telah terbukti secara eksperimen maupun teoritis mendapat sambutan hangat dari Albert Einstein yang menyatakan bahwa hukum entropi akan menjadi paradigma yang sangat berpengaruh di periode mendatang. Ilmuwan terbesar di masa kita ini mengakuinya sebagai “hukum utama dari semua ilmu pengetahuan”. Sir Arthur Eddington juga menyebutnya sebagai hukum utama metafisika tertinggi di seluruh jagat (Jeremy Rifkin dalam Harun Yahya: 109).
Hukum konstanta-konstanta dasar alam harus sedemikian persisnya untuk menghasilkan kehidupan ini. Proses entropi, bagaimanapun juga adalah yang memberi arah temporal pada semesta, dan membedakan masa lampau dari masa depan. Jadi, proses itu mempunyai tujuan yang jelas (teleologis). Itu bukanlah kemenangan hukum kehancuran dan ketiadaan tujuan.
Proses itu memberikan keterarahan pada waktu, dan dari riak-riak serta pusaran perkembangannya, memungkinkan konsentrasi lokal energi untuk membentuk struktur-struktur yang sangat kompleks dan rumit dibutuhkan agar kesadaran dapat mencuat. Memandang entropi sebagai proses kehancuran tanpa motif hanya akan menghilangkan karakter yang sesungguhnya sebagai yang memulai dan memungkinkan konsentrasi debu-bintang, bentuk-bentuk kehidupan yang didasarkan pada karbon, yang akhirnya memahami dan mengatur setidaknya sebagian dari hakikat ruang dan waktu itu sendiri.
Pandangan tentang ruang dan waktu telah berubah karena cakrawala pengetahuan manusia telah meluas. Kata “ruang” (space) dan “waktu” (time) mempunyai dua arti. Ruang yang terasakan (perceptual space) adalah ruang di mana kita hidup dan bergerak, seperti berbagai sistem dalam kesetimbangan termodinamika. Waktu yang terasakan (perceptual time) adalah waktu yang kita alami sehari-hari. Ruang dan waktu yang konseptual adalah ruang dan waktu matematis yang diidealkan, yakni ruang dan waktu yang dimaksud para filosof (Titus, 1984:276).
Segala proses yang terjadi dalam ruang dan waktu yang terasakan memerlukan penyebab. Prinsip kausalitas adalah dasar tumpuan segala usaha pemaparan dalam segala bidang pemikiran manusia. Ini karena pemaparan dengan  bukti “tentang sesuatu” berarti bahwa jika bukti itu benar, maka adalah sebab bagi mengetahui “sesuatu” itulah yang merupakan objek pemaparan. Ketika kita membuktikan suatu kebenaran tertentu dengan eksperimen ilmiah atau dengan suatu hukum filsafat atau dengan persepsi inderawi sederhana, sebenarnya kita hanya berusaha agar bukti tersebut menjadi sebab diketahuinya kebenaran itu (Muhammad Baqir Ash Shadr, 1995:211).
Kalau membuang hukum-hukum kausalitas dan tidak mempercayai keniscayaan adanya sebab-sebab tertentu bagi setiap kejadian, tentu tidak akan ada hubungan antara bukti yang disadari dan kebenaran yang diusahakan untuk mendapatkannya dengan bukti ini. Tetapi kemungkinan bahwa bukti itu benar tanpa memandu ke hasil yang dikehendaki, karena hubungan kausal antara bukti dan hasil, antara sebab dan akibat, itu telah terputus.
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa: 1) prinsip kausalitas tidak mungkin dibuktikan dan dipaparkan secara empirik, tapi adalah prinsip yang niscaya dan rasional. 2) prinsip kausalitas bukanlah teori ilmiah eksperimental, tetapi ia adalah hukum filsafat rasional di atas eksperimen. Hal ini didasarkan pada: pertama, kausalitas tidak terbatas pada fenomena-fenomena alam yang tampak di dalam  eksperimen.
Tetapi ia adalah hukum umum keberadaan pada umumnya, yang mencakup fenomena-fenomena alam (materi) serta apa yang ada di balik materi, yaitu macam-macam keberadaan. Kedua, “sebab” yang keberadaannya dikukuhkan oleh prinsip kausalitas tidak memerlukan [di] eksperimen. Ketiga, tidak adanya pengungkapan eksperimen mengenai sebab tertentu bagi perkembangan tertentu atau fenomena tertentu, tidak berarti gagalnya prinsip kausalitas.
Tidak mengherankan apabila dari prinsip kausalitas terjadinya perulangan sebab dan akibat. Akibat memerlukan penyebab, penyebab memerlukan penyebab lagi, begitu seterusnya. Mengapa segala sesuatu membutuhkan sebab?
Kausalitas adalah hukum umum mengenai wujud (ada), sebagaimana dikukuhkan eksperimen-eksperimen ilmiah. Berasumsi bahwa wujud (dalam hal ini energi dan massa materi) tidak memiliki sebab (ada dengan sendirinya serta tidak dapat dimusnahkan) bertentangan dengan hukum tersebut. Karena itu, asumsi seperti itu adalah semacam kepercayaan terhadap adanya “kebetulan” (sebagaimana yang diyakini kaum materialis) yang tidak ada ruang dalam sistem umum alam semesta.
Teori penciptaan menganggap bahwa butuhnya segala sesuatu akan sebabnya itu bersandarkan pada penciptaan hal-hal itu. Energi dan massa menuntut adanya sebab bagi keberadaannya. Berdasarkan teori tersebut, prinsip kausalitas menjadi terbatas pada peristiwa-peristiwa tertentu. Jika sesuatu itu “ada” secara terus menerus dan permanen, dan tidak mengada sesudah tidak ada, maka padanya tidak terdapat kebutuhan akan sebab, serta tidak masuk ke dalam alam khas kausalitas.
B. Hukum Termodinamika
Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampau hal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.
tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain." Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.



1.3. Konsep Mekanika
Mekanika klasik adalah bagian dari ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja pada benda. Sering dinamakan "mekanika Newton" dari Newton dan hukum gerak Newton. Mekanika klasik dibagi menjadi sub bagian lagi, yaitu statika (mempelajari benda diam), kinematika (mempelajari benda bergerak), dan dinamika (mempelajari benda yang terpengaruh gaya). Lihat juga mekanika.
Mekanika klasik menghasilkan hasil yang sangat akurat dalam kehidupan sehari-hari. Dia diikuti oleh relativitas khusus untuk sistem yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya, mekanika kuantum untuk sistem yang sangat kecil, dan medan teori kuantum untuk sistem yang memiliki kedua sifat di atas. Namun, mekanika klasik masih sangat berguna, karena ia lebih sederhana dan mudah diterapkan dari teori lainnya, dan dia juga memiliki perkiraan yang valid dan luas terapannya. Mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerakan benda sebesar manusia (seperti gasing dan bisbol), juga benda-benda astronomi (seperti planet dan galaksi, dan beberapa benda mikroskopis (seperti molekul organik).
Mekanika klasik menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel. Dinamika partikel demikian, ditunjukkan oleh hukum-hukum Newton tentang gerak, terutama oleh hukum kedua Newton. Hukum ini menyatakan, "Sebuah benda yang memperoleh pengaruh gaya atau interaksi akan bergerak sedemikian rupa sehingga laju perubahan waktu dari momentum sama dengan gaya tersebut".
Hukum-hukum gerak Newton baru memiliki arti fisis, jika hukum-hukum tersebut diacukan terhadap suatu kerangka acuan tertentu, yakni kerangka acuan inersia (suatu kerangka acuan yang bergerak serba sama - tak mengalami percepatan). Prinsip Relativitas Newtonian menyatakan, "Jika hukum-hukum Newton berlaku dalam suatu kerangka acuan maka hukum-hukum tersebut juga berlaku dalam kerangka acuan lain yang bergerak serba sama relatif terhadap kerangka acuan pertama".
Konsep partikel bebas diperkenalkan ketika suatu partikel bebas dari pengaruh gaya atau interaksi dari luar sistem fisis yang ditinjau (idealisasi fakta fisis yang sebenarnya). Gerak partikel terhadap suatu kerangka acuan inersia tak gayut (independen) posisi titik asal sistem koordinat dan tak gayut arah gerak sistem koordinat tersebut dalam ruang. Dikatakan, dalam kerangka acuan inersia, ruang bersifat homogen dan isotropik. Jika partikel bebas bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu sistem koordinat selama interval waktu tertentu tidak mengalami perubahan kecepatan, konsekuensinya adalah waktu bersifat homogen.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".

Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.

Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2".

Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1):

S = k log w

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.

Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):

W1 = c V

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3):

w = w1N = (cV)N.

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

Referensi: Halliday-Resnick, Fisika, alih bahasa Silaban-Sucipto, Erlangga, Jakarta, 1990.









































TERMODINAMIKA
ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI
Entropi dan Ketidakteraturan
Redistribusi partikel gas dalam wadah terjadi tanpa perubahan energi dalam total sistem, semua susunan ekivalen
Jumlah cara komponen sistem dapat disusun tanpa merubah energi sistem terkait erat dengan kuantitas entropi (S)
Entropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem
Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya sedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah
Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya banyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi
Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur, random dan energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar Sdisorder > Sorder
Seperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir tidak pada bagaimana proses terjadinya
DSsis = Sfinal – Sinitial
Jika entropi meningkat maka DSsis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka DSsis akan negatif
Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika
Apa yang menentukan arah perubahan spontan?
Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teratur
Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontan
Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). Ini yang disebut dengan hukum kedua termodinamika
Hukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positif
DSuniv = DSsis + DSsurr > 0
Entropi Molar Standar
Entropi (S) berhubungan dengan jumlah cara (W) sistem dapat tersusun tanpa merubah energi dalam
Tahun 1877 Ludwig Boltzmann menguraikan hubungan ini secara kuantitatif
S = k ln W
Dimana k adalah konstanta Blotzmann (R/NA) » 1,38x10-23 J/K
Tidak seperti entalpi, entropi memiliki nilai mutlak dengan menerapkan hukum ketiga Termodinamika yang menyatakan kristal sempurna memiliki entropi nol pada temperatur nol absolut Ssis = 0 pada 0 K
Pada nol absolut, semua partikel pada kristal memiliki energi minimum sehingga hanya ada satu cara mereka tersusun
Nilai entropi biasanya dibandingkan pada keadaan standar dengan T tertentu, untuk gas pada 1 atm, larutan 1 M, dan zat murni pada keadaan paling stabil untuk padat dan cair
Entropi merupakan besaran ekstensif sehingga tergantung pada jumlah oleh karena itu dikenalkan dengan entropi molar standar dalam satuan J/mol K
Memperkirakan Nilai So Relatif Sistem
Berdasarkan pengamatan level molekuler kita bisa memperkirakan entropi zat akibat pengaruh
1.Perubahan temperatur
2.Keadaan fisik dan perubahan fasa
3.Pelarutan solid atau liquid
4.Pelarutan gas
5.Ukuran atom atau kompleksitas molekul
1. Perubahan Temperatur
So meningkat seiring dengan kenaikan temperatur
T(K) 273 295 298
So 31,0 32,9 33,1
Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

2. Keadaan Fisik dan Perubahan Fasa
Ketika fasa yang lebih teratur berubah ke yang kurang teratur, perubahan entropi positif
Untuk zat tertentu So meningkat manakala perubahan zat dari solid ke liquid ke gas
Na H2O C(grafit)
So (s / l) 51,4(s) 69,9 (l) 5,7(s)
So (g) 153,6 188,7 158,0

3. Pelarutan solid atau liquid
Entropi solid atau liquid terlarut biasanya lebih besar dari solut murni, tetapi jenis solut dan solven dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall
NaCl AlCl3 CH3OH
So s/l 72.1(s) 167(s) 127(l)
Soaq 115,1 -148 132
4. Pelarutan Gas
Gas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solid
Entropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murni
Saat O2 (Sog = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (Soaq = 110,9 J/mol K)
5. Ukuran Atom atau Kompleksitas molekul
Perbedaan entropi zat dengan fasa sama tergantung pada ukuran atom dan komplesitas molekul
Li Na K Rb Cs
Jari2 152 186 227 248 265
M molar 6.941 22.99 39.10 85.47 132.9
So(s) 29.1 51.4 64.7 69.5 85.2
Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dengan kompleksitas kimia yaitu dengan semakin banyaknya jumlah atom dalam molekul
Hal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen
NO NO2 N2O4
So(g) 211 240 304
Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul
Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul dapat bergerak terhadap bagian lain
Rantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek
CH4 C2H6 C3H8 C4H10
So 186 230 270 310

Menurut Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada suhu tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah :
Entropi - A
Keterangan :
Delta S = Perubahan entropi (Joule/Kelvin)
Q = Kalor (Joule)
T = Suhu (Kelvin)
Entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem, karenanya tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita tinjau hanya perubahan entropi saja… Mirip seperti perubahan energi dalam pada hukum pertama termodinamika.
Untuk membantumu lebih memahami pembahasan ini, kita obok-obok latihan soal saja :
Contoh soal 1 :
Sejumlah gas dalam sebuah wadah mengalami pemuaian adiabatik. Berapakah perubahan entropi gas tersebut ?
Panduan juawaban :
Selama proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem (gas).
Karena Q = 0
maka delta S = 0. Bisa disimpulkan bahwa pada proses pemuaian adiabatik, entropi sistem tidak berubah atau selalu konstan…
Bagaimanakah dengan penekanan adiabatik? Pada dasarnya sama saja. Selama penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karenanya entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan.

Contoh soal 2 :
Sebuah mesin Carnot menerima 2000 J kalor pada suhu 500 K, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 350 K. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…
Panduan jawaban :
TH = 500 K
QH = 2000 J
TL = 350 K
QL = ?
Entropi - B
Persamaan ini datangnya dari mana-kah ? ingat pembahasan mengenai mesin carnot. Hasil yang sangat penting dari mesin Carnot adalah bahwa untuk mesin kalor yang sempurna, Kalor yang diterima (QH) sebanding dengan suhu TH dan Kalor yang dibuang (QL) sebanding dengan suhu TL. Pahami perlahan-lahan…
Entropi - C
Ingat perjanjian tanda hukum pertama terModiNamikA. Jika sistem menerima kalor, Q bertanda positif. Sebaliknya jika sistem melepaskan kalor, Q bertanda negatif. Sistem untuk kasus ini adalah mesin carnot…
Entropi - D
Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0
maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…
Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 2000 J pada suhu (T) 500 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif.
Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :
Entropi - E
Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 1400 J pada suhu (T) 350 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.
Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :
Perubahan entropi total = 4 J/K – 4 J/K = 0
Contoh soal 3 :
Sebuah mesin kalor menerima kalor (Q) sebanyak 600 Joule pada suhu 300 oC, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 100 oC. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…
Panduan jawaban :
TH = 300 K
QH = 600 J
TL = 100 K
QL = ?
Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…
Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 600 J pada suhu (T) 300 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif. Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :
Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 200 J pada suhu (T) 100 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.
Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :
Perubahan entropi total = 2 J/K – 2 J/K = 0
Dari contoh soal nomor 2 dan contoh soal nomor 3, tampak bahwa perubahan entropi total untuk proses reversibel = 0. Dengan kata lain, pada proses reversibel, entropi total selalu konstan…
Contoh soal 4 :
Sebongkah es batu bermassa 2 kg memiliki suhu 0 oC. Es batu tersebut diletakkan di dalam sebuah wadah dan dijemur di bawah sinar matahari. Karena mendapat sumbangan kalor dari udara dan matahari maka si es batu pun mencair… tentukan perubahan entropi es batu tersebut… (Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg)
Panduan juawaban :
Massa es batu = 2 kg
Suhu es batu = 0 oC + 273 = 273 K
Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 2 kg es batu menjadi air adalah :
Q = mL
Q = (2 Kg)(3,34 x 105 J/Kg)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 103 J
Ingat, selama proses peleburan (es batu berubah menjadi air), suhu selalu konstan. Karena suhu selalu konstan maka perubahan entropi es batu dihitung dengan mudah
Entropi es batu bertambah sebanyak 2,45 x 103 J/K. Perhatikan bahwa entropi lingkungan (wadah, udara, etc) tidak kita hitung…
Perhitungan di atas tampaknya mudah karena suhu air konstan. Apabila suhu tidak konstan maka perhitungannya menjadi lebih beribet Seandainya perubahan suhu cukup besar maka perubahan entropi bisa diooprek menggunakan kalkulus. Sebaliknya jika perubahan suhu tidak terlalu besar, kita bisa menggunakan suhu rata-rata
Contoh soal 5 :
Segelas air bersuhu 26 oC dicampur dengan segelas air yang bersuhu 22 oC. Jika massa air dalam gelas = 2 kg (gelas raksasa ), tentukan perubahan entropi air… Anggap saja air dicampur dalam sistem tertutup yang terisolasi. Ingat ya, perpindahan kalor alias panas termasuk proses ireversibel…
Panduan jawaban :
Kalor jenis air (c) = 4180 J/Kg Co
Massa air = 2 Kg (massa air sama).
Karena massa air sama, maka suhu akhir campuran
= 24 oC (26 oC + 22 oC / 2 = 48 oC / 2 = 24 oC).
Jumlah kalor yang dilepaskan oleh air panas ketika suhunya menurun dari
26 oC – 24 oC :
Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(26 oC – 24 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J
Jumlah kalor yang disedot oleh air dingin ketika suhunya meningkat dari 22 oC – 24 oC :
Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(24 oC – 22 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J












Panas
Bahang dari logam yang panas akan menyebar ke lingkungan di sekitarnya melalui radiasi panas
Panas, bahang, atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule.
Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan gerak acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya.
Energi dalam ini berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan panas dan energi internal. Perbedaanya adalah panas dihubungkan dengan pertukaran energi internal dan kerja yang dilakukan oleh sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengerti hukum pertama termodinamika.
Radiasi inframerah sering dihubungkan dengan panas, karena objek dalam suhu ruangan atau di atasnya akan memancarkan radiasi kebanyakan terkonstentrasi dalam "band" inframerah-tengah. (lihat badan hitam).
Notasi
Ketika suatu benda melepas panas ke sekitarnya, Q < 0. Ketika benda menyerap panas dari sekitarnya, Q > 0.
Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas semua dinotasikan dengan perbedaan permutasi huruf Q. Mereka biasanya diganti dalam konteks yang berbeda.
Jumlah panas dinotasikan sebagai Q, dan diukur dalam joule dalam satuan SI.

di mana
adalah banyaknya kalor (jumlah panas) dalam joule
adalah massa benda dalam kg
adalah kalor jenis dalam joule/kg °C, dan
adalah besarnya perubahan suhu dalam °C.
Kecepatan penyaluran panas, atau penyaluran panas per unit, ditandai

untuk menandakan pergantian per satuan waktu. Dalam Unicode, adalah Q̇, meskipun ada kemungkinan tidak dapat ditampilkan secara benar di seluruh browser. Diukur dalam unit watt.
Flux panas didefinisikan sebagai jumlah panas per satuan waktu per luas area, dan dinotasikan q, dan diukur dalam watt per meter2. Juga biasanya dinotasikan sebagai Q″ atau q″ atau

Perubahan suhu
Jumlah energi panas, ΔQ, dibutuhkan untuk menggantu suhu suatu material dari suhu awal, T0, ke suhu akhir, Tf tergantung dari kapasitas panas bahan tersebut menurut hubungan:

Kapasitas panas tergantung dari jumlah material yang bertukar panas dan properti bahan tersebut. Kapasitas panas dapat dipecah menjadi beberapa cara berbeda. Pertama-tama, dia dapat dipresentasikan sebagai perkalian dari masa dan kapasitas panas spesifik (lebih umum disebut panas spesifik:
Cp = mcs
atau jumlah mol dan kapasitas panas molar:
Cp = ncn.
Molar dan kapasitas spesifik panas bergantung dari properti fisik dari zat yang dipanasi, tidak tergantung dari properti spesifik sampel. Definisi di atas tentang kapasitas panas hanya bekerja untuk benda padat dan cair, tetapi untuk gas mereka tak bekerja pada umumnya.
Kapasitas panas molar dapat "dimodifikasi" bila perubahan suhu terjadi pada volume tetap atau tekanan tetap. Bila tidak, menggunakan hukum pertama termodinamika dikombinasikan dengan persamaan yang menghubungkan energi internal gas tersebut terhadap suhunya.

C.Konsep
Konsep-Konsep Dasar Thermodinamika

Termodinamika mempelajari hubungan antara panas, kerja dan energy serta perubahan-perbahan yang diakibatkannya terhadap system-sistem kesetimbangan dalam termodinamika :
1.Kesetimbangan termal
2. Kesetimbangan mekanik
3. Kesetimbangan material
Istilah – istilah penting dalam termodinamika kimia :
sistem : bagian dari alam semesta yang kita amati atau yang dipelajari
lingkungan : bagian diluar sistem yang yang masih berpengaruh atau dipengaruhi oleh sistem
Batas (boundary) : bagian yang memisahkan sistem dengan lingkungan.
Variabel Thermodinamika

Variabel intensif : variabel termodinamika yang tidak tergantung pada jumlah materi.
Contoh: Temperatur, tekanan, massa jenis, titik
didih, pH, Tegangan muka, Indeks bias,
kekentalan, panas spesifik
Variabel ekstensif : variabel termodinamika yang tergantung pada jumlah materi
Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi,
entropi

Proses termodinamika
Operasi yang menyebabkan keadaan sistem berubah
Ada beberapa jenis proses termodinamika:
Proses Isotermis , dT = 0, tidak ada perubahan temperatur sistem
Proses Adiabatik, dq = 0, tidak ada pertukaran panas antara sistem dengan
lingkungan
Proses Isobaris , dP = 0, tekanan sistem konstan
Proses Isokoris, dV = 0, tidak ada perubahan volume system
Proses Siklis, dU = 0, dH = 0, Sistem melakukan beberapa proses yang
berbeda tetapi akhirnya kembali pada keadaan semula
Proses reversibel (Proses dapat balik ) : suatu proses yang berlangsung
sedemikian hingga setiap bagian yang mengalami perubahan dikembalikan
pada keadaan semula tanpa menyebabkan suatu perubahan lain.
Proses irreversibel (proses tak dapat balik) : proses yang berlangsung
dalam satu tahap, arahnya tak dapat dibalik kecuali dengan tambahan
energi luar

D.Rumusan Masalah
1. Pengoprasian turbin gas
2. Pemanfaatan gas untuk untuk pembangkit listrik
3. Enrtropi dalam termodinamika (Hk. 2 Termodinamika)
4. Pemilihan turbin gas
5. Kekurangan dan kelebihan turbin gas











Konsep dasar dalam termodinamika
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.
Sistem termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
sistem tertutup: 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.
sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Keadaan termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).
Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
Hukum-hukum Dasar 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 dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
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.
Energi dalam dan Hukum Pertama Termodinamika
Pada postingan sebelumnya, gurumuda sudah menjelaskan secara singkat mengenai energi dalam (U). Energi dalam sistem merupakan jumlah seluruh energi kinetik molekul sistem, ditambah jumlah seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem. Kita berharap bahwa jika kalor mengalir dari lingkungan menuju sistem (sistem menerima energi), energi dalam sistem akan bertambah… Sebaliknya, jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan (sistem melepaskan energi), energi dalam sistem akan berkurang…
Dengan demikian, dari kekekalan energi, kita bisa menyimpulkan bahwa perubahan energi dalam sistem = Kalor yang ditambahkan pada sistem (sistem menerima energi) – Kerja yang dilakukan oleh sistem (sistem melepaskan energi). Secara matematis, bisa ditulis seperti ini :


Keterangan :
delta U = Perubahan energi dalam
Q = Kalor
W = Kerja
Persamaan ini berlaku untuk sistem tertutup (Sistem tertutup merupakan sistem yang hanya memungkinkan pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan). Untuk sistem tertutup yang terisolasi, tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, karenanya, perubahan energi dalam = 0. Persamaan ini juga berlaku untuk sistem terbuka jika kita memperhitungkan perubahan energi dalam sistem akibat adanya penambahan dan pengurangan jumlah zat (Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi antara sistem tersebut dengan lingkungan). Mengenai sistem terbuka dan tertutup telah gurumuda jelaskan pada postingan sebelumnya…
Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan Hukum Kekekalan Energi dan ketepatannya telah dibuktikan melalui banyak percobaan (seperti percobaan om Jimi Joule). Perlu diketahui bahwa hukum ini dirumuskan pada abad kesembilan belas, setelah kalor dipahami sebagai energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.
Energi dalam merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita analisis dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika hanya perubahan energi dalam saja. Perubahan energi dalam bisa diketahui akibat adanya energi yang ditambahkan pada sistem dan energi yang dilepaskan sistem dalam bentuk kalor dan kerja. Jika besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung, maka besaran yang menyatakan keadaan makroskopis bisa diketahui secara langsung. Besaran yang menyatakan keadaan makroskopis adalah suhu (T), tekanan (p), volume (V) dan massa (m) atau jumlah mol (n). Ingat ya, Kalor dan Kerja hanya terlibat dalam proses perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor dan Kerja bukan merupakan besaran yang menyatakan keadaan sistem.
Aturan tanda untuk Kalor (Q) dan Kerja (W)
Aturan tanda untuk Kalor dan Kerja disesuaikan dengan persamaan Hukum Pertama Termodinamika. Kalor (Q) dalam persamaan di atas merupakan kalor yang ditambahkan pada sistem (Q positif), sedangkan Kerja (W) pada persamaan di atas merupakan kerja yang dilakukan oleh sistem (W positif). Karenanya, jika kalor meninggalkan sistem, maka Q bernilai negatif. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada sistem, maka W bernilai negatif.

Hukum kedua Termodinamika
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.
Benar bahwa hukum pertama termodinamika mengatakan kepada kita bahwa energi selalu kekal. Walaupun demikian, hukum pertama termodinamika tidak menjelaskan kepada kita bahwa ada bentuk energi yang berguna, sedangkan ada bentuk energi yang tidak berguna… Energi potensial kimia dalam minyak bumi merupakan salah satu bentuk energi yang berguna. Energi potensial kimia dalam minyak bumi (bensi, solar, minyak tanah, etc) bisa kita gunakan untuk menggerakkan kendaraan, memasak makanan atau bisa juga digunakan untuk membangkitkan listrik. Energi potensial gravitasi air di waduk bisa kita gunakan untuk membangkitkan listrik. Energi panas bumi juga bisa kita gunakan untuk membangkitkan listrik. Energi kinetik angin, energi panas matahari, energi nuklir dkk…  Mengenai sumber energi akan dibahas dalam episode berikutnya…
Ketika energi yang berguna tersebut kita manfaatkan, akan terjadi perubahan bentuk energi. Jika digunakan untuk menggerakkan kendaraan, energi potensial kimia dalam minyak bumi akan berubah bentuk menjadi energi kinetik kendaraan + kalor alias panas (panas timbul akibat adanya gesekan). Jika digunakan untuk membangkitkan listrik, energi potensial gravitasi pada air di waduk akan berubah bentuk menjadi energi kinetik rotasi turbin. Energi kinetik rotasi turbin akan berubah bentuk menjadi energi listrik. Energi listrik akan berubah bentuk menjadi energi kinetik rotasi  (kipas angin), energi cahaya (lampu), kalor alias panas (setrika listrik) dkk… Energi kinetik rotasi kipas akan berubah bentuk menjadi energi dalam udara + kalor alias panas (panas timbul akibat adanya gesekan pada kipas). Energi potensial gravitasi pada buah mangga akan berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi apabila buah mangga tersebut jatuh ke tanah. Ketika mencium tanah, energi kinetik translasi buah mangga akan berubah bentuk menjadi energi dalam buah mangga tersebut + energi dalam tanah. Dari beberapa contoh perubahan bentuk energi ini, tampak bahwa hukum pertama termodinamika baik adanya… Btw, sangat banyak proses di alam semesta yang kita harapkan dapat mengubah bentuk energi tetapi kenyataannya tidak pernah terjadi…  Apakah dirimu pernah melihat yang sebaliknya – buah mangga yang sedang diam di tanah tiba-tiba bergerak ke atas karena energi dalam berubah bentuk menjadi energi kinetik ? Seandainya energi dalam berubah menjadi energi kinetik sehingga buah mangga meluncur ke atas, hukum pertama termodinamika tidak pernah dilanggar. Energi akan selalu kekal dalam proses tersebut… tapi kenyataanya buah mangga tidak pernah meluncur ke atas dengan sendirinya.
Semua proses yang terjadi secara alami hanya berlangsung pada satu arah saja tapi tidak dapat berlangsung pada arah sebaliknya (biasa disebut sebagai proses ireversibel alias tidak dapat balik). Setelah terlepas dari tangkainya dan jatuh bebas hingga mencium tanah, buah mangga tidak pernah meluncur ke atas lagi. Buku yang kita dorong lalu berhenti tidak pernah bergerak kembali ke arah kita. Kalau kita menyentuhkan benda yang bersuhu tinggi (benda panas) dengan benda yang bersuhu rendah (benda dingin), kalor alias panas dengan sendirinya mengalir dari benda bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Kita tidak pernah melihat proses sebaliknya, di mana kalor dengan sendirinya berpindah dari benda dingin menuju benda panas. Jika proses ini terjadi, maka benda yang dingin akan bertambah dingin, sedangkan benda yang panas akan bertambah panas. Tapi kenyataannya tidak seperti itu…  Terdapat banyak proses ireversibel yang tampaknya berbeda satu sama lain, tapi semuanya berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi dari satu benda ke benda lain. Misalnya ada gempa bumi dasyat sehingga bangunan-bangunan pada roboh (bangunan roboh akibat adanya energi yang dibawa oleh gelombang gempa). Apakah dirimu pernah melihat setiap bagian bangunan yang roboh tersebut ngumpul lagi dan berdiri tegak seperti semula ? Atau misalnya adikmu yang sangat nakal menjatuhkan sebuah gelas ke lantai hingga pecah… Apakah dirimu pernah melihat serpihan-serpihan gelas yang tercecer di lantai ngumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula ? Tidak pernah terjadi… masih sangat banyak contoh lain. Sisanya dipikirkan sendiri ya… Semua proses ireversibel tersebut kelihatannya sangat sepele sehingga kadang luput dari perhatian kita.
Untuk menjelaskan proses termodinamika yang hanya terjadi pada satu arah (proses ireversibel), para ilmuwan merumuskan hukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika menjelaskan proses apa saja yang bisa terjadi di alam semesta dan proses apa saja yang tidak bisa terjadi. Salah seorang ilmuwan yang bernama R. J. E. Clausius (1822-1888) membuat sebuah pernyataan berikut :
Kalor berpindah dengan sendirinya dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah; kalor tidak akan berpindah dengan sendirinya dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi (Hukum kedua termodinamika – pernyataan Clausius).
Pernyataan eyang butut Clausius merupakan salah satu pernyataan khusus hukum kedua termodinamika. Disebut pernyataan khusus karena hanya berlaku untuk satu proses saja (berkaitan dengan perpindahan kalor). Karena pernyataan ini tidak berkaitan dengan proses lainnya, maka kita membutuhkan pernyataan yang lebih umum. Perkembangan pernyataan umum hukum kedua termodinamika sebagiannya didasarkan pada studi tentang mesin kalor. Karenanya terlebih dahulu kita bahas mesin kalor…
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. Hukum ke tiga ini kurang popular



BAB III
ANALISA

STUDY KHASUS
Sejarah Mesin Uap

1.1 Hero (10-70)
Catatan paling awal dari sejarah teknologi mesin uap dapat kita lihat ke kota Alexandria pada tahun 75. Disana terdapat seorang ahli matematika bernama Hero, yang juga dikenal denga nama “Heros atau “Heron” yang menulis tiga buku tentang mekanik dan sifat-sifat udara serta memperkenalkan rancangan dari mesin uap sederhana. Mesin ini dikenal dengan nama Aeolipile atau Aeolypile, atau juga disebut dengan Eolipile.
Prinsip kerja mesin ini adalah dengan menggunakan tekanan uap untuk memutarkan bola (bejana) yang berisi air sebagai bahan baku penghasil uap. Bola (bejana) tersebut dapat berputar karena adanya dorongan dari uap yang keluar dari nosel yang terletak pada sisi samping bejana.
Metode Hero yang mengubah tenaga uap menjadi gerak ini merupakan dasar bagi para penerusnya untuk mengembangkan teknologi mesin uap di masa yang akan datang.
1.2 Giovanni Battista della Porta(1538 – 1615)
Giovanni Battista della Porta atau Gambattista della Porta atau juga dikenal dengan nama John Baptist Porta adalah seorang sarjana, Polymath, dan dramawan yang berasal dari Napoli, Italia. Dia adalah ilmuan yang pertama kali menemukan peranan uap dalam menciptakan ruang hampa.
Teori yang dikemukakannya adalah bahwa jika air dikonversikan menjadi uap dalam wadah tertutup dapat menghasilkan peningkatan tekanan. Demikian pula sebaliknya, jika uap dikondensasikan menjadi air dalam ruangan tertutup maka akan menghasilkan penurunan tekanan. Teori inilah yang nantinya akan menjadi konsep utama rancangan pada pengembangan mesin uap yang dilakukan oleh para penerusnya.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar