1 Sistem Termodinamika
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 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 adalah ilmu fisika yang mempelajari efek pada tubuh material, dan pada radiasi di daerah ruang, dari transfer panas dan kerja yang dilakukan pada atau oleh badan atau radiasi. Ini berhubungan dengan makroskopik variabel, seperti suhu , volume suara dan tekanan , yang menggambarkan sifat fisik dari tubuh materi dan radiasi, yang dalam ilmu ini disebut sistem termodinamika .
Secara historis, termodinamika dikembangkan dari keinginan untuk meningkatkan efisiensi awal mesin uap , terutama melalui karya fisikawan Perancis Nicolas Leonard Sadi Carnot (1824) yang percaya bahwa efisiensi panas mesin adalah kunci yang bisa membantu Prancis memenangkan Perang Napoleon . Fisikawan Skotlandia Lord Kelvin adalah orang pertama yang merumuskan definisi ringkas termodinamika pada tahun 1854. Termo-dinamika adalah subyek dari hubungan panas untuk gaya yang bekerja antara bagian tubuh yang berdekatan, dan hubungan panas ke agen listrik.
Awalnya, termodinamika mesin panas terutama berkaitan sifat termal dari mereka 'bahan kerja', seperti uap. Kekhawatiran ini kemudian dihubungkan untuk mempelajari transfer energi dalam proses kimia, misalnya untuk penyelidikan, yang diterbitkan pada tahun 1840, dari memanaskan reaksi kimia oleh Germain Hess , yang awalnya tidak secara eksplisit berkaitan dengan hubungan antara pertukaran energi oleh panas dan kerja. termodinamika kimia mempelajari peran entropi dalam reaksi kimia . Juga, statistik termodinamika , atau statistik mekanik, memberikan penjelasan termodinamika makroskopik dengan statistik prediksi gerakan kolektif partikel berdasarkan mekanisme perilaku mikroskopis mereka.
Termodinamika menjelaskan bagaimana sistem berubah ketika mereka berinteraksi dengan satu sama lain atau dengan lingkungan sekitar mereka. Hal ini dapat diterapkan untuk berbagai topik dalam ilmu pengetahuan dan rekayasa , seperti mesin , transisi fasa , reaksi kimia , fenomena transportasi , dan bahkan lubang hitam . Hasil termodinamika yang penting untuk
2 Sistem Termodinamika bidang fisika dan kimia , teknik kimia , teknik kedirgantaraan , teknik mesin ,biologi sel , teknik biomedis , ilmu material , dan berguna untuk bidang lain seperti ekonomi .
Banyak fakta-fakta empiris termodinamika yang dipahami dalam empat hukum . Hukum pertama menetapkan bahwa energi dapat dipertukarkan antara sistem fisik sebagai panas dan kerja termodinamika . Hukum kedua menyangkut besaran yang disebut entropi , yang mengungkapkan keterbatasan, yang timbul dari apa yang dikenal sebagai ireversibilitas, pada jumlah kerja termodinamika yang dapat dikirimkan ke sistem eksternal dengan proses termodinamika. [ 16 ] Banyak penulis menawarkan berbagai formulasi termodinamika aksiomatik, seolah-olah subjek selesai, tapi non-ekuilibrium proses terus membuat kesulitan untuk itu.
Sistem adalah bagian dari alam semesta yang sedang dipelajari, sedangkan lingkungan adalah sisa alam semesta yang berinteraksi dengan sistem. Sebuah sistem dan sekitarnya dapat sebagai besar sebagai hutan hujan di Amerika Selatan atau sekecil isi gelas kimia di laboratorium kimia. Jenis sistem seseorang berhadapan dengan dapat memiliki implikasi yang sangat penting dalam kimia karena mereka jenis sistem menentukan kondisi tertentu dan hukum termodinamika terkait dengan sistem itu.
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.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan.
3 Sistem Termodinamika Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Sistem dan sekitarnya memiliki aplikasi praktis dalam kimia serta dalam kita sendiri sehari-hari kehidupan. Tanpa mengetahui, kita berinteraksi dengan ribuan sistem tertutup dan terbuka setiap hari. Misalnya, ketika kemasan makan siang, makanan ini biasanya ditempatkan di semacam wadah tertutup (sehingga hal-hal yang tidak masuk atau meninggalkan wadah). Apa pun dapat didefinisikan sebagai suatu sistem, dan dan segala sesuatu yang lain kemudian akan sekitarnya.
Pada kenyataannya, jenis sistem seseorang berhadapan dengan memiliki banyak implikasi tentang asumsi dan perhitungan satu diperbolehkan dalam kimia. Selanjutnya, berdasarkan sistem dan sekitarnya, para ilmuwan telah datang dengan beberapa hukum yang dikenal sebagai hukum termodinamika. Yang akan di bahas pada materi selanjutnya.
1.2 TUJUAN
Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui dan memahami : 1. Pengertian Sistem termodinamika
2. Klasifikasi Sistem Termodinamika 3. Fungsi Keadaan Termodinamika
1.3 MANFAAT
Adapun manfaat yang dapat diperoleh antara lain agar mahasiswa dapat mengetahui dan memahami :
1. Pengertian Sistem termodinamika 2. Klasifikasi Sistem Termodinamika 3. Fungsi Keadaan Termodinamika
4 Sistem Termodinamika
BAB II
ISI
2.1 PENGERTIAN SISTEM 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.
Sebuah konsep penting dalam termodinamika adalah sistem termodinamika , sebuah daerah tepat didefinisikan dari alam semesta yang diteliti. Segala sesuatu di alam semesta, kecuali sistem ini dikenal sebagai lingkungan . Sebuah sistem dipisahkan dari sisa alam semesta dengan batas yang dapat nosional atau tidak, tetapi yang oleh konvensi memisahkan volume terbatas. Pertukaran kerja , panas , atau materi antara sistem dan lingkungan mengambil tempat di batas ini.
Dalam prakteknya, batas hanyalah garis imajiner yang ditarik putus-putus di sekitar volume ketika ada akan perubahan energi internal volume itu. Apa pun yang melewati lintas batas yang efek perubahan energi internal perlu diperhitungkan dalam persamaan keseimbangan energi. Volume dapat menjadi kawasan yang mengelilingi beresonansi energi atom tunggal, seperti Max Planck didefinisikan pada tahun 1900, bisa tubuh uap atau udara dalam mesin uap , seperti Sadi Carnot didefinisikan pada tahun 1824, bisa tubuh seorang siklon tropis , seperti Kerry Emanuel diteorikan pada tahun 1986 di bidang termodinamika atmosfer , bisa juga hanya satu nuklida (yaitu sistem quark ) sebagai hipotesis dalam termodinamika kuantum .
Batas-batas dari empat jenis: tetap, bergerak, nyata, dan imajiner. Sebagai contoh, dalam sebuah mesin, batas tetap berarti piston terkunci di posisinya, dengan demikian, suatu proses volume konstan terjadi. Dalam mesin yang sama, batas bergerak memungkinkan piston untuk bergerak masuk dan keluar. Untuk sistem tertutup, batas adalah nyata sedangkan untuk batas-batas sistem terbuka seringkali imajiner.
Umumnya, termodinamika membedakan tiga kelas sistem, didefinisikan dalam hal apa yang diperbolehkan untuk melewati batas mereka:
5 Sistem Termodinamika Interaksi sistem termodinamika
Jenis sistem Aliran massa Bekerja Panas Buka
Ditutup Terpencil
Dengan berjalannya waktu dalam suatu sistem yang terisolasi, perbedaan internal dalam sistem cenderung bahkan keluar dan tekanan dan suhu cenderung menyamakan, seperti halnya perbedaan kepadatan. Sebuah sistem di mana semua proses menyamakan telah pergi untuk penyelesaian dianggap berada dalam keadaan dari keseimbangan termodinamik .
Dalam kesetimbangan termodinamika, sifat sistem adalah, menurut definisi, tidak berubah dalam waktu. Sistem dalam kesetimbangan yang lebih sederhana dan lebih mudah untuk memahami daripada sistem yang tidak dalam kesetimbangan. Seringkali, ketika menganalisis proses termodinamika, dapat diasumsikan bahwa setiap negara menengah dalam proses ini pada kesetimbangan. Ini juga akan jauh menyederhanakan situasi. Proses termodinamika yang berkembang begitu lambat untuk memungkinkan setiap langkah menengah menjadi keadaan ekuilibrium dikatakan proses reversibel .
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Tak lengkap rasanya bila kita berbicara termokimia tanpa memperhatikan istilah yang sangat populer dalam termodinamika, yaitu sistem dan lingkungan. Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian manusia untuk dipelajari berbagai hal darinya, sedangkan lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. Dinding sistem adalah hal yang menjadi pembatas antara sistem dengan lingkungannya. Mengapa disebut ”hal” untuk dinding sistem? Karena dinding sistem tidak hanya bersifat fisik saja, namun bisa bersifat konseptual. Gabungan antara sistem dan lingkungan, termasuk juga dinding sistem, membentuk apa yang disebut alam semesta termodinamika. Dalam termokimia sistem adalah reaksi kimia itu sendiri ditambah dengan hal-hal lain yang dianggap perlu untuk dipelajari sesuai tujuan dari si peneliti. Taruhlah kita ingin mempelajari hanya air yang berada di dalam botol softdrink, maka sistem adalah air, dinding
6 Sistem Termodinamika sistem adalah dinding botol softdrink dan permukaan air itu sendiri di dalam botol sendiri atau udara yang bersentuhan dengan permukaan air misalnya, lainnya adalah lingkungan.
Berdasarkan interaksi sistem dengan lingkungnnya berkaitan dengan pertukaran energi dan materi, sistem dibagi 3 yaitu sistem tersekat, sistem tertutup, dan sistem terbuka. Sistem dikatakan tersekat bila tidak dapat terjadi pertukaran energi dan materi antara sistem dengan lingkungannya. Misalnya termos ideal penyimpan es, dengan didnding berupa dua kaca berlapis perak di bagian dalam dan luar, dan diantara keduanya adalah ruang vakum yang berperan sebagai penyekat. Konstruksi dinding tersebut akan dapat mencegah rambatan energi dan aliran materi dari dan ke dalam sistem.
Sistem dikatakan tertutup bila hanya dapat terjadi petukaran energi antara sistem dengan lingkungannya. Sebagai contoh adalah suatu silinder baja penyimpan gas, molekul gas tak dapat menembus baja, sedangkan energi dapat.
Sistem dikatakan terbuka bila dapat terjadi pertukaran energi dan materi antara sistem dengan lingkungannya. Misalnya air di dalam gelas. Air dapat menguap ke udara, dapat pula menjadi dingin atau panas, dimana hal tersebut menunjukkan bahwa energi dan amteri dapat kelura masuk sistem.
Pembagian tersebut berimbas pula pada munculnya istilah pada dinding sistem sesuai dengan karakteristik sistem, yaitu dinding adiatermal dan diatermal. Dinding adiatermal adalah dinding sistem yang kedap energi dan materi, sedangkan dinding diatermal adalah dinding sistem yang hanya kedap energi.
2.2 KLASIFIKASI SISTEM TERMODINAMIKA
Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan sifat dari batasan dan arus benda, energi dan entropi yang melaluinya. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
1. Sistem terisolasi : tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
2. 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
7 Sistem Termodinamika terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya, yaitu :
-Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas. - Pembatas rigid : tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
3. 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.
2.2.1 Sistem Terbuka
Sebuah sistem terbuka adalah sistem yang bebas pertukaran energi dan materi dengan lingkungannya. Misalnya, ketika Anda sedang mendidih dalam panci sup terbuka di kompor, energi dan materi yang dipindahkan ke lingkungan melalui uap. Panci adalah sistem terbuka karena memungkinkan untuk transfer materi (misalnya menambahkan rempah-rempah dalam panci) dan untuk transfer energi (misalnya pemanasan panci dan memungkinkan uap untuk meninggalkan panci).
Mari kita memeriksa bagaimana materi dan energi yang dipertukarkan dalam suatu sistem terbuka. Materi dapat ditukar lebih mudah: dengan menambahkan materi (yaitu rempah-rempah) atau menghapus materi (yaitu mencicipi apa yang sedang dimasak). Pertukaran energi adalah sedikit lebih rumit daripada pertukaran materi. Ada beberapa cara energi dapat ditukar: melalui panas dan melalui kerja (diskusi lebih mendalam panas dan pekerjaan telah disertakan di bawah). Energi diinduksi melalui panas dapat ditunjukkan dengan membawa sistem dekat dengan objek yang membuang panas (yaitu Bunsen burner, kompor, dll). Dengan demikian, seseorang dapat mengubah temperatur dari sistem dan oleh karena itu, mendorong energi melalui panas. Cara lain untuk meningkatkan energi adalah melalui bekerja. Sebuah contoh dari pekerjaan menginduksi adalah dengan mengambil pengaduk dan kemudian mencampur kopi
8 Sistem Termodinamika dalam cangkir dengan pengaduk. Dengan pencampuran kopi, pekerjaan ini dilakukan sebagai kopi sedang bergerak melawan kekuatan.
Diagram biru menggambarkan transfer energi dan materi adalah menunjukkan bagaimana energi dan materi dapat memasuki sistem dan meninggalkan sistem. Jangan tertipu oleh salah satu anak panah cara.
2.2.2 Sistem Tertutup
Puting tutup panci tersebut membuat panci sistem tertutup. Sebuah sistem tertutup adalah sistem yang pertukaran hanya energy dengan lingkungannya, tidak masalah. Dengan menempatkan tutup panci tersebut, materi tidak bisa lagi transfer karena tutup mencegah materi dari memasuki dan meninggalkan panci panci. Namun, panci memungkinkan transfer energi.Bayangkan menempatkan panci di atas kompor dan pemanasan itu. Panci memungkinkan transfer energi sebagai panci memanas dan memanaskan isi di dalamnya. Sebagai contoh, ketika tutup diletakkan gelas kimia, itu menjadi sistem tertutup. Selanjutnya, bila isi dalam beaker direbus, sisi gelas akan mulai mendapatkan berkabut dan berkabut. Ini kabut dan kabut uap yang meliputi sisi wadah karena tidak bisa lepas dari gelas karena tutupnya. Fakta bahwa gelas kimia mampu menghasilkan uap ini berarti bahwa gelas memungkinkan untuk transfer energi. Jadi, meskipun sistem tertutup tidak bisa memungkinkan transfer materi, masih bisa memungkinkan transfer energi.
Metode transfer energi dalam sistem tertutup adalah sama seperti yang dijelaskan untuk sistem terbuka di atas.
9 Sistem Termodinamika Diagram biru menunjukkan bagaimana energi dapat memasuki sistem dan meninggalkan sistem. Jangan tertipu oleh satu arah panah.
2.2.3 Sistem terisolasi
Sekarang mari kita memeriksa jenis sistem yang anda miliki jika Anda diganti termos untuk panci. Sebuah termos digunakan untuk menjaga hal-hal baik dingin atau panas. Jadi, termos tidak memungkinkan untuk transfer energi. Selain itu, termos, seperti wadah tertutup lainnya, tidak memungkinkan transfer peduli karena memiliki tutup yang tidak memungkinkan apa pun untuk memasuki atau meninggalkan wadah. Akibatnya, termos adalah apa yang kita sebut sebuah sistem yang terisolasi. Sebuah sistem yang terisolasi tidak pertukaran energi atau bahan dengan lingkungannya. Sebagai contoh, jika sup dituangkan ke dalam wadah terisolasi (seperti terlihat di bawah) dan ditutup, tidak ada pertukaran panas atau materi. Fakta bahwa, dalam kenyataannya, termos tidak sempurna dalam menjaga hal-hal hangat / dingin menggambarkan kesulitan dalam menciptakan sistem yang benar-benar terisolasi. Bahkan, ada beberapa, jika ada, sistem yang ada di dunia ini yang benar-benar sistem yang terisolasi
10 Sistem Termodinamika 2.3 FUNGSI KEADAAN TERMODINAMIKA
Dalam mendefinisikan sistem dan sekitarnya, kata-kata seperti energi dan materi yang digunakan sangat sering. Akibatnya, pemahaman seseorang tentang suatu sistem dan sekitarnya dapat meningkatkan dengan memahami energi dan materi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan pekerjaan . Kerja adalah ketika sebuah objek bergerak melawan kekuatan dan didefinisikan dengan persamaan berikut:
W = FD
W merepresentasikan kerja, F mewakili kekuatan, dan D merupakan jarak. Hal ini dapat yang sederhana seperti mengambil bola tenis atau serumit mendorong mobil. Ketika Anda bergerak sebuah objek terhadap gaya (gravitasi yaitu), Anda melakukan pekerjaan pada objek itu.
Ada berbagai jenis energi, tetapi dua yang akan dibahas dalam bagian ini adalah energi potensial dan energi kinetik . Energi potensial adalah "energi yang tersimpan," energi yang mengandung potensi untuk melakukan pekerjaan ketika dirilis. Setiap objek yang diam mengandung energi potensial. Sebagai contoh, jika seseorang berdiri di lapangan bisbol memegang bola di tangan mereka, bola memiliki energi potensial. Perhatikan bahwa bola stasioner. Energi kinetik di sisi lain, dikenal sebagai energi yang diciptakan oleh gerakan. Sekarang bayangkan bahwa seseorang masih memegang bahwa baseball yang sama di tangan mereka. Dengan melempar bola, energi potensial diubah menjadi energi kinetik, karena bola sekarang bergerak dan tidak diam lagi. Di bawah ini adalah visual dari energi kinetik dan potensial:
Awalnya, ketika bola diam dan tidak bergerak, ia memiliki energi potensial. Ketika bergerak menuju pemukul bisbol dan ketika pemukul hits bola, bisbol itu memiliki energi kinetik karena bola bergerak sepanjang waktu.
Selain energi potensial dan energi kinetik, energi ini juga ditandai dengan panas(q). Panas adalah properti luas dan hasil dari perbedaan suhu karena transfer energi panas . Dalam sehari-hari bahasa kami, kami menggunakan suhu panas dan bergantian. Bila kata "panas" yang digunakan, apa yang terlintas dalam pikiran adalah biasanya sebagai berikut:
11 Sistem Termodinamika Biasanya, orang mengasosiasikan panas dengan suhu namun dalam kimia, baik istilah tersebut memiliki definisi yang sangat spesifik. Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata dari sebuah objek. Panas, di sisi lain, menggambarkan transfer temperatur suhu dan tidak sendiri. Mereka adalah dua istilah yang berbeda. Untuk memperkuat, suhu mengacu pada energi kinetik rata-rata dari sebuah objek sementara panas mengacu pada transfer energi.
Energi internal adalah jumlah panas sistem dan bekerja. Seperti dibahas sebelumnya, panas dan kerja adalah bentuk-bentuk energi. Sebuah sistem terisolasi oleh definisi, adalah sistem yang tidak memungkinkan transfer energi. Jadi, masuk akal untuk mengatakan bahwa energi internal dari suatu sistem yang terisolasi tetap konstan karena tidak berubah sama sekali.
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti ( 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.
Keadaan termodinamika adalah keadaan makroskopik dari suatu sistem dimana sifat-sifatnya hanya ditentukan oleh seperangkat instrumentasi tertentu yang menjaga sifat-sifat tersebut berada pada nilai atau kondisi tertentu yang diinginkan dan tidak bergantung pada waktu. Sedangkan, fungsi keadaan merupakan sifat suatu sistem dimana berdasarkan sifat tersebut sistem-sistem yang memenuhi fungsi keadaan adalah sistem yang untuk mencapai kedaan tertentu hanya tergantung pada kedaan awal dan akhirnya saja, tidak tergantung pada jalan atau proses untuk mencapai kedaan tersebut. Di dalam termodinamika, energi dalam (U), entalpi (H), energi bebas Gibbs (G), dan energi bebas Helmholtz (A) merupakan fungsi keadaan. Salah satu sifat terpenting dari fungsi keadaan adalah diferensialnya bersifat eksak (diferensial total). Beberapa sifat dari diferensial total adalah sebagai berikut:
12 Sistem Termodinamika
3. Berlaku formula Euler yaitu jika dz = M(x,y) dx + N(x,y) dy maka,
Pembahasan fungsi kedaan menjadi penting karena sifat ini akan beresuaian natinya dengan apliaksi Hukum Hess dalam menghitung perubahan entalpi dari senyawa-senyawa.
2.3.1 Kalor
Dalam diskusi tentang kalor, kita akan segera menemui bahwa penggunaan sehari-hari untuk istilah tersebut mungkin akan menyebabkan kebingungan, karena kita akan menggunakan kalor dalam arti yang sangat terbatas jika kita menerapkan hukum yang mengatur perubahan energi. Kalor (q) biasanya didefinisikan sebagai bagian dari aliran energi total yang mengalir melintasi dinding sistem yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara sistem dengan lingkungannya. Di dalam sejumlah penulisan buku baik untuk teknik dan sains, ada perbedaan dalam penulisan tanda positif dan negatif untuk kalor yang keluar dan masuk sistem. Pada pembahasan ini, kalor yang masuk ditandati positif (q) dan kalor yang keluar sistem ditandai negatif (−q). Kalor bukan merupakan suatu fungsi kedaan sehingga diferensialnya tidak bersifat eksak atau sempurna yang disebut dengan Diferensial Pfaff yang dilambangkan dengan dq. Kalor dan usaha sama-sama berdimensi tenaga (energi). Kalor merupakan tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur. Dan bila transfer tenaga tersebut tidak terkait dengan perbedaan temperatur, disebut usaha (work).
dy
13 Sistem Termodinamika
2.3.2 Kerja
Kerja adalah suatu istilah yang penggunanaannya telah dilakukan secara khusus dalam kehidupan sehari-hari. Dalam mempelajarai termokimia, istilah kerja digunakan untuk menyatakan bentuk energi selain kalor. Oleh karena itu dikenal istilah kerja mekanik, kerja volum (dw = -pdV ), kerja listrik (dw = EdQ), kerja magnetik, kerja sistem permukaan (dw =
γdA) dan lain sebagainya. Menurut mekanika, kerja adalah suatu besaran skalar yang merupakan
perkalian skalar antara vektor gaya dengan vektor lintasan, yaitu hasil perkalian antara besar komponen gaya yang searah lintasan dengan besar lintasan. Secara grafis konfigurasi gaya dan lintasan adalah seperti pada gambar berikut,
Jika w adalah kerja, F adalah gaya dan dl unsur lintasan, maka diferensial kerja adalah
Sehingga besar w adalah integral dari dw sepanjang lintasan kerja, yaitu suatu integral garis
Dari bahasan bentuk ungkapan kerja pada berbagai macam sistem, secara umum dapat dinyatakan bahwa ungkapan bagi kerja berbentuk
dw = YdX
dengan Y suatu besaran intensif dan X suatu besaran ekstensif.
2.3.3 Variabel
Besaran (variabel) ekstensif adalah variabel yang harganya tergantung pada jumlah zat dalam sistem, misalnya volume sistem gas, muatan listrik sistem sel elektrokimia, dan
14 Sistem Termodinamika kandungan energi pada suatu sistem. Variabel intensif adalah variabel yang tak tergantung pada jumlah zat, misalnya tekanan dan massa jenis. Bila kita bicara variabel, maka yang dibicarakan adalah variabel termodinamika yaitu besaran-besaran makroskopik yang secara fenomenologi dapat diukur, dan harganya terkait dengan atau menentukan keadaan sistem. Secara matematik, variabel dibagi menjadi dua golongan , yaitu variabel bebas dan variabel tak bebas. Suatu variabel dikatakan bebas bila harganya dapat secara bebas ditentukan, sedangkan variabel tak bebas harganya terkait dengan satu atau lebih variabel bebas melalui suatu persamaan. Persamaan yang secara khusus mengikat beberapa variabel sistem disebut persamaan keadaan sistem. Jumlah variabel bebas dalam sistem disebut derajat kebebasan.
Variabel termodinamika ada dua macam, luas dan intensif . Contoh variabel termodinamika ekstensif adalah massa total dan volume total. Contoh variabel termodinamika intensif suhu , tekanan, dan konsentrasi bahan kimia; variabel termodinamika intensif didefinisikan pada setiap titik spasial dan setiap instan waktu dalam suatu sistem. Variabel makroskopik fisik dapat mekanik atau termal. Suhu adalah variabel termal; menurut Guggenheim, ". konsepsi yang paling penting dalam termodinamika adalah suhu" [ 8 ]
Jika suatu sistem dalam kesetimbangan termodinamika dan tidak tunduk pada medan gaya eksternal yang dipaksakan, seperti gravitasi, listrik, atau magnet, maka (tunduk pada ketentuan yang dinyatakan dalam kalimat berikut) adalah homogen, yang adalah mengatakan, spasial seragam dalam segala hal. Ada syarat di sini, sebuah sistem dalam kesetimbangan termodinamika dapat homogen dalam hal berikut: dapat terdiri dari beberapa yang disebut 'fase', masing-masing homogen dalam dirinya sendiri, dalam persentuhan langsung dengan fase lain dari sistem, namun dibedakan oleh mereka yang memiliki berbagai karakter fisik masing-masing yang berbeda;. campuran spesies kimia yang berbeda dianggap homogen untuk tujuan ini jika secara fisik homogen Sebagai contoh, kapal dapat berisi sistem yang terdiri dari air di atasnya uap air cair , kemudian ada fase uap dan fase cair, masing-masing homogen dalam dirinya sendiri, tetapi masih dalam kesetimbangan termodinamika dengan fase lainnya. Untuk account langsung hadir, sistem dengan beberapa fase tidak dianggap, meskipun bagi banyak pertanyaan termodinamika, sistem multifase penting.
Dalam arti, sistem homogen dapat dianggap sebagai nol-dimensi spasial, karena tidak memiliki variasi spasial. Jika sistem dalam kesetimbangan termodinamika adalah homogen, maka negara yang dapat digambarkan oleh sejumlah variabel intensif dan ekstensif variabel .
15 Sistem Termodinamika Variabel Intensif didefinisikan oleh properti yang jika ada sejumlah sistem, masing-masing dalam keadaan terpisah sendiri termodinamika ekuilibrium homogen, semua dengan nilai masing-masing yang sama dari semua variabel intensif mereka, terlepas dari nilai-nilai variabel yang luas, diletakkan contiguously dengan tidak ada partisi antara mereka, sehingga membentuk suatu sistem baru, maka nilai dari variabel-variabel intensif dari sistem baru adalah sama dengan sistem konstituen yang terpisah. Seperti sistem komposit dalam ekuilibrium termodinamika homogen. Contoh variabel intensif adalah suhu, kimia konsentrasi, tekanan, kepadatan massa, kepadatan energi internal, dan, bila dapat benar didefinisikan, kepadatan entropi.
Variabel luas didefinisikan oleh properti yang jika ada sejumlah sistem, terlepas dari keseimbangan termodinamik yang mungkin terpisah atau non-ekuilibrium negara atau variabel intensif, diletakkan berdampingan dengan tanpa partisi antara mereka sehingga membentuk suatu sistem baru, maka nilai-nilai variabel luas dari sistem baru adalah jumlah dari nilai-nilai variabel luas masing-masing sistem konstituen individu yang terpisah. Jelas, tidak ada alasan untuk mengharapkan seperti sistem komposit berada di dalam ekuilibrium termodinamika homogen. Contoh variabel ekstensif adalah massa, volume, dan energi internal. Mereka bergantung pada jumlah total massa dalam sistem.
Padahal, ketika itu dapat benar didefinisikan, kepadatan entropi adalah variabel intensif, entropi sendiri tidak masuk ke dalam klasifikasi ini variabel negara. Alasannya adalah bahwa entropi adalah properti dari sistem secara keseluruhan, dan belum tentu terkait hanya untuk konstituennya secara terpisah. Memang benar bahwa untuk setiap jumlah masing-masing sistem termodinamika ekuilibrium terpisah sendiri homogen, semua dengan nilai yang sama dari variabel intensif, penghapusan partisi antara hasil sistem yang terpisah dalam sistem homogen komposit dalam kesetimbangan termodinamika, dengan semua nilai-nilai yang intensif variabel sama dengan sistem konstituen, dan itu adalah reservedly atau bersyarat benar bahwa entropi dari suatu sistem komposit didefinisikan secara terbatas adalah jumlah dari entropi dari sistem konstituen. Tetapi jika sistem konstituen tidak memenuhi kondisi ini membatasi, entropi dari sistem komposit tidak dapat diharapkan menjadi jumlah entropi dari sistem konstituen, karena entropi adalah properti dari sistem komposit secara keseluruhan. Oleh karena itu, meskipun di bawah ini membatasi pemesanan, entropi memenuhi beberapa persyaratan untuk extensivity didefinisikan di atas, entropi pada umumnya tidak sesuai dengan definisi di atas dari suatu variabel yang luas.
16 Sistem Termodinamika Menjadi tidak variabel intensif maupun ekstensif variabel menurut definisi di atas, entropi demikian variabel yang menonjol, karena merupakan variabel keadaan dari sistem secara keseluruhan. Sebuah sistem non-ekuilibrium dapat memiliki yang sangat homogen dinamis struktur. Inilah salah satu alasan untuk membedakan studi termodinamika ekuilibrium dari studi non-ekuilibrium termodinamika.
Alasan fisik untuk keberadaan variabel ekstensif adalah waktu-invariance dari volume dalam kerangka acuan inersia diberikan, dan konservasi ketat lokal massa, momentum, momentum sudut, dan energi. Seperti dicatat oleh Gibbs, entropi tidak seperti energi dan massa, karena tidak lokal kekal. Entropi kuantitas stand-out tidak pernah kekal dalam proses fisik yang nyata;. semua proses fisik yang nyata yang ireversibel Gerakan planet tampaknya reversibel pada skala waktu yang singkat (jutaan tahun), namun gerakan mereka, menurut hukum Newton , secara matematis contohkekacauan deterministik . Akhirnya sebuah planet akan menderita benturan tak terduga dengan obyek dari lingkungannya, ruang angkasa dalam kasus ini, dan akibatnya tentu saja masa depan akan secara radikal tak terduga. Secara teoritis hal ini dapat dinyatakan dengan mengatakan bahwa setiap proses alami menghilang beberapa informasi dari bagian diprediksi kegiatannya ke bagian terduga.Bagian diprediksi dinyatakan dalam variabel mekanik umum, dan bagian tak terduga di panas.
Ada variabel negara lain yang dapat dianggap sebagai subjek kondisional 'luas' untuk pemesanan seperti di atas, tetapi tidak luas seperti yang didefinisikan di atas. Contohnya adalah energi bebas Gibbs, energi bebas Helmholtz, dan entalpi. Akibatnya, hanya karena untuk beberapa sistem di bawah kondisi tertentu dari variabel-variabel lingkungan mereka negara seperti itu kondisional konjugat untuk variabel intensif, conjugacy tersebut tidak membuat variabel negara seperti luas seperti yang didefinisikan di atas. Ini adalah alasan lain untuk membedakan studi termodinamika ekuilibrium dari studi non-ekuilibrium termodinamika. Di lain cara berpikir, ini menjelaskan mengapa panas harus dianggap sebagai kuantitas yang mengacu pada proses dan bukan ke keadaan dari suatu sistem.
Perubahan kondisi sistem
Dalam pendekatan melalui bagian sistem, proses dapat digambarkan dalam dua cara utama. Dalam satu cara, sistem ini dianggap terhubung ke lingkungan oleh beberapa jenis partisi yang memisahkan lebih atau kurang, dan dibiarkan mencapai kesetimbangan dengan lingkungan dengan partisi di tempat. Kemudian, sementara karakter separatis partisi yang disimpan tidak
17 Sistem Termodinamika berubah, kondisi lingkungan yang berubah, dan menggunakan pengaruh mereka pada sistem lagi melalui memisahkan partisi, atau partisi tersebut akan dipindahkan sehingga untuk mengubah volume sistem; dan keseimbangan baru tercapai. Sebagai contoh, sistem diperbolehkan untuk mencapai kesetimbangan dengan mandi panas pada satu suhu, maka suhu dari panas mandi berubah dan sistem diperbolehkan untuk mencapai keseimbangan baru, jika partisi memungkinkan konduksi panas, keseimbangan baru akan berbeda dari keseimbangan lama.
Dalam cara lain, beberapa sistem yang terhubung ke satu sama lain dengan berbagai macam partisi memisahkan lebih atau kurang, dan untuk mencapai kesetimbangan dengan satu sama lain, dengan partisi-partisi tersebut di tempat. Dengan cara ini, seseorang dapat berbicara tentang 'sistem kompleks'. Kemudian satu atau lebih partisi dihapus atau diubah dalam sifat separatis atau pindah, dan kesetimbangan baru tercapai. Percobaan Joule-Thomson adalah contoh dari ini, sebuah tabung gas dipisahkan dari tabung lain oleh partisi berpori; volume yang tersedia di masing-masing tabung ditentukan oleh masing-masing piston; ekuilibrium didirikan dengan set awal volume; yang volume yang berubah dan keseimbangan baru didirikan. Contoh lain adalah dalam pemisahan dan pencampuran gas, dengan penggunaan kimia membran semi-permeabel.
Proses termodinamik
Hal ini sering nyaman untuk mempelajari suatu proses termodinamika di mana suatu variabel tunggal, seperti suhu, tekanan, atau volume, dan lain - lain, dibuat tetap. Selain itu, berguna untuk mengelompokkan proses menjadi pasangan-pasangan, di mana setiap variabel konstan adalah salah satu anggota dari konjugasi pasangan.
Beberapa proses termodinamik umumnya adalah:
Proses isobarik : terjadi pada tekanan konstan
Proses Isochoric : terjadi pada volume konstan yang juga disebut isometrik / isovolumetric
Proses isotermal : terjadi pada sebuah konstanta suhu
Proses adiabatik : terjadi tanpa pengurangan atau penambahan dari energi panas
Isentropik proses : proses adiabatik reversibel, terjadi pada sebuah konstanta entropi
Proses Isenthalpic : terjadi pada sebuah konstanta entalpi
18 Sistem Termodinamika Kadang-kadang menarik untuk mempelajari proses di mana beberapa variabel yang dikontrol, tunduk pada beberapa kendala tertentu. Dalam sebuah sistem di mana suatu reaksi kimia dapat terjadi, misalnya, di mana tekanan dan suhu dapat mempengaruhi komposisi kesetimbangan, proses mungkin terjadi di mana suhu tetap konstan tetapi tekanan secara perlahan diubah, hanya agar kesetimbangan kimia dipertahankan semua jalan. Akan ada proses yang sesuai pada suhu konstan di mana tekanan akhir adalah sama tetapi dicapai oleh sebuah lompatan yang cepat. Maka dapat ditunjukkan bahwa perubahan volume yang dihasilkan dari proses yang cepat melompat lebih kecil daripada yang dari proses kesetimbangan yang lambat. Pekerjaan ditransfer berbeda antara dua proses.
19 Sistem Termodinamika
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
1. Dalam termokimia sistem adalah reaksi kimia itu sendiri ditambah dengan hal-hal lain yang dianggap perlu untuk dipelajari sesuai tujuan dari si peneliti.
2. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
Sistem terisolasi : tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. =
Sistem tertutup : terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan.
Sistem terbuka : terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya.
3. Fungsi keadaan merupakan sifat suatu sistem dimana berdasarkan sifat tersebut sistem-sistem yang memenuhi fungsi keadaan adalah sistem yang untuk mencapai kedaan tertentu hanya tergantung pada kedaan awal dan akhirnya saja, tidak tergantung pada jalan atau proses untuk mencapai kedaan tersebut.
4. Usaha yang dilakukan oleh sebuah sistem bukan hanya tergan-tung pada keadaan awal
dan akhir, tetapi juga tergantung pada proses perantara antara keadaan awal dan keadaan akhir.
5. Kalor yang dipindahkan masuk atau keluar dari sebuah sistem tergantung pada proses perantara di antara keadaan awal dan keadaan akhir.
6. Besaran (variabel) ekstensif adalah variabel yang harganya tergantung pada jumlah zat dalam sistem, misalnya volume sistem gas, muatan listrik sistem sel elektrokimia, dan kandungan energi pada suatu sistem.
20 Sistem Termodinamika
DAFTAR PUSTAKA
Anonym. 2013. http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika. Diakses pada tanggal 16 februari 2013 pukul 19.32 Wib.
Anonym. 2013. http://www.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics. Diakses pada tanggal 16 februari 2013 pukul 19.40 Wib.
Anonym. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Termodinamika%20materi.pdf. Diakses pada tanggal 15 februari 2013pukul 18.01 Wib.
Dlarsen. 2013. http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Thermodynamics
/A_System_And_Its_Surroundings#attachForm. Diakses pada tanggal 15 februari 2013 pukul 20.17 Wib.
