wp_head(); ?>

Termodinamika – hukum, kegunaan, sifat, siklus

Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari efek perubahan suhu, tekanan, dan volume sistem fisik (bahan, cairan, kumpulan benda, dll.), pada tingkat makroskopik. Akar kata “termo” berarti panas dan dinamika mengacu pada gerakan, sehingga termodinamika mempelajari pergerakan panas dalam suatu benda. Materi terdiri dari partikel yang berbeda yang bergerak dengan cara yang tidak teratur. Termodinamika mempelajari gerakan tidak teratur ini.

Kepentingan praktis terletak secara fundamental dalam keragaman fenomena fisik yang digambarkannya. Akibatnya, pengetahuan tentang keragaman ini telah menghasilkan produktivitas teknologi yang sangat besar.

Apa itu Termodinamika?

Termodinamika dikatakan sebagai cabang fisika yang berhubungan dengan kalor, usaha, dan suhu dan hubungannya dengan energi dan radiasi dan sifat fisik materi. Perilaku besaran-besaran ini diatur oleh empat hukum termodinamika yang menyampaikan deskripsi kuantitatif menggunakan besaran makroskopik yang dapat diukur dalam fisika. Tetapi semua ini juga dapat dijelaskan dalam istilah konstituen mikroskopis dengan mekanika statistik . Fenomena termodinamika berlaku untuk berbagai topik dalam sains dan teknik, terutama dalam kimia fisik, teknik kimia, dan teknik mesin serta di bidang kompleks lainnya seperti meteorologi. Di sini, kita akan membahas termodinamika secara rinci.

Apa yang dipelajari termodinamika?

Dalam termodinamika, interaksi antara berbagai sistem termodinamika dipelajari dan diklasifikasikan.

Sistem termodinamika dicirikan oleh sifat-sifatnya, yang terkait satu sama lain melalui persamaan keadaan. Ini dapat digabungkan untuk mengekspresikan energi internal dan potensi termodinamika, berguna untuk menentukan kondisi keseimbangan antara sistem, proses spontan dan pertukaran energi dengan lingkungannya.

Konsep utama yang kami miliki untuk belajar Anda adalah:

  • Hukum termodinamika. Hukum-hukum ini menentukan cara energi dapat dipertukarkan antara sistem fisik dalam bentuk panas atau kerja.
  • Entropi. Entropi adalah besaran yang dapat didefinisikan untuk sistem apa pun. Secara khusus, entropi mendefinisikan ketidakteraturan di mana partikel-partikel internal yang menyusun materi bergerak, yaitu energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel yang membentuk suatu benda.
  • Entalpi. Entalpi adalah fungsi dari keadaan sistem fisik yang dipertimbangkan. Sebenarnya, hukum pertama termodinamika, sebagai fungsi entalpi, mengambil bentuk dQ = dH – Vdp, yaitu, jumlah panas yang disuplai ke sistem digunakan untuk meningkatkan entalpi dan melakukan kerja eksternal – Vdp.

Dengan alat ini, termodinamika menjelaskan bagaimana sistem merespons perubahan di lingkungan mereka. Studi ini sering diterapkan pada gas. Dalam hal ini, sering disebut sebagai gas ideal.

Apa itu gas ideal?

Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari sekumpulan partikel titik dengan perpindahan acak, yang tidak berinteraksi satu sama lain, yaitu partikel yang menyusunnya tidak bertukar energi.

Konsep gas ideal berguna karena berperilaku menurut hukum gas ideal, persamaan keadaan yang disederhanakan, yang dapat dianalisis menggunakan mekanika statistik.

Dalam kondisi normal seperti kondisi tekanan dan suhu normal, sebagian besar gas nyata berperilaku secara kualitatif sebagai gas ideal.

Apa hukum termodinamika?

Prinsip-prinsip termodinamika diucapkan selama abad kesembilan belas, yang mengatur transformasi termodinamika, kemajuannya, batasnya. Sebenarnya, mereka adalah aksioma nyata berdasarkan pengalaman yang menjadi dasar seluruh teori.

Secara khusus, tiga prinsip dasar dapat dibedakan, ditambah prinsip “nol” yang mendefinisikan suhu dan tersirat dalam tiga prinsip lainnya.

Prinsip nol termodinamika

Hukum nol termodinamika menyatakan bahwa ketika dua sistem yang berinteraksi berada dalam kesetimbangan termal, mereka berbagi beberapa sifat, yang dapat diukur dengan memberi mereka nilai numerik yang tepat. Akibatnya, ketika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan yang ketiga, mereka berada dalam kesetimbangan satu sama lain dan sifat bersama ini adalah suhu.

Prinsip termodinamika pertama

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa ketika suatu benda bersentuhan dengan benda lain yang relatif lebih dingin, terjadi transformasi yang mengarah ke keadaan keseimbangan di mana suhu kedua benda sama.

Oleh karena itu, prinsip pertama adalah prinsip kekekalan energi. Di setiap mesin kalor, sejumlah energi diubah menjadi kerja: tidak mungkin ada mesin yang menghasilkan kerja tanpa mengonsumsi energi.

Singkatnya, prinsip termodinamika pertama secara tradisional dinyatakan sebagai: Variasi energi internal sistem termodinamika tertutup sama dengan perbedaan antara panas yang disuplai ke sistem dan kerja yang dilakukan oleh sistem di lingkungan.

Prinsip termodinamika kedua

Ada beberapa pernyataan hukum kedua termodinamika, semua setara, dan masing-masing formulasi menekankan aspek tertentu. Pertama, ia menegaskan bahwa “tidak mungkin untuk mewujudkan mesin siklis yang dapat memindahkan panas dari benda dingin ke benda hangat” (pernyataan Clausius). Oleh karena itu, perpindahan panas selalu berpindah dari benda yang hangat ke benda yang dingin.

Di sisi lain, dapat juga dikatakan, dengan cara yang setara, bahwa “tidak mungkin melakukan transformasi yang hasilnya hanya mengubah panas yang diambil dari satu sumber menjadi kerja mekanis” (pernyataan Kelvin).

Prinsip Ketiga Termodinamika

Hukum ketiga hukum termodinamika terkait erat dengan yang terakhir, dan dalam beberapa kasus dianggap sebagai konsekuensi dari yang terakhir. Dalam pengertian ini, dapat dinyatakan dengan mengatakan bahwa “tidak mungkin mencapai nol mutlak dengan jumlah transformasi yang terbatas” dan memberikan definisi yang tepat dari besaran yang disebut entropi.

Selain itu, hukum ketiga termodinamika juga menyatakan bahwa entropi untuk padatan kristal sempurna, pada suhu 0 kelvin, sama dengan 0.

Apa itu sistem termodinamika?

Sistem termodinamika mengacu pada area terbatas yang digunakan untuk penelitian termodinamika, dan merupakan objek penelitian. Ruang luar sistem termodinamika disebut lingkungan sistem ini.

Batas-batas suatu sistem memisahkan sistem dari bagian luarnya. Batas ini bisa nyata atau imajiner, tetapi sistem harus dibatasi pada ruang yang terbatas. Sistem dan lingkungannya dapat mentransfer materi, kerja, panas, atau bentuk energi lain pada batas.

Apa itu siklus termodinamika?

Siklus termodinamika adalah rangkaian transformasi termodinamika yang dilakukan dalam satu atau lebih perangkat yang ditujukan untuk memperoleh kerja dari dua sumber panas pada suhu yang berbeda, atau sebaliknya, untuk menghasilkan perpindahan panas dari sumber suhu yang lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi.

Tujuan dari siklus termodinamika adalah untuk mendapatkan usaha dari dua sumber panas pada temperatur yang berbeda, misalnya pada instalasi energi panas matahari. Usaha yang diperoleh umumnya digunakan untuk menghasilkan gerakan atau untuk menghasilkan listrik.

Kinerja adalah parameter utama yang mencirikan siklus termodinamika. Efisiensi termal dari siklus termodinamika didefinisikan sebagai usaha yang diperoleh dibagi dengan panas yang dikeluarkan dalam proses.

Apa itu sifat termodinamika?

Sifat termodinamika adalah sifat yang mendefinisikan dan mengintervensi keadaan termodinamika suatu sistem. Termodinamika dicirikan oleh keadaan kesetimbangan di mana tekanan, volume, suhu dan komposisi hadir.

Sifat-sifat ini dapat diklasifikasikan sebagai ekstensif atau intensif. Di antara sifat-sifat ini kita menemukan energi internal, entropi, entalpi, panas, suhu, tekanan, volume, dll.

Apa yang dimaksud dengan usaha termal?

Usaha termal atau efisiensi mesin termal adalah koefisien atau rasio tak berdimensi yang dihitung sebagai hasil bagi energi yang dihasilkan (dalam siklus operasi) dan energi yang disuplai ke mesin (sehingga dapat menyelesaikan siklus termodinamika). Dilambangkan dengan huruf Yunani.

Tergantung pada jenis mesin kalor, perpindahan energi ini akan berlangsung dalam bentuk kalor, Q, atau usaha, W.

Pada tahun 1824, fisikawan Prancis Sadi Carnot menurunkan efisiensi termal untuk mesin kalor ideal sebagai fungsi dari suhu reservoir panas dan dinginnya:

dimana:

  • Th adalah suhu reservoir panas;
  • Tc adalah suhu reservoir dingin.

Kesimpulannya, persamaan kinerja termal menyatakan bahwa tingkat efisiensi yang lebih tinggi diperoleh dengan gradien suhu yang lebih besar antara fluida panas dan dingin. Dalam praktiknya, semakin panas fluida, semakin tinggi efisiensi motor.

Untuk apa termodinamika?

Termodinamika dapat diterapkan pada berbagai topik sains dan teknik, seperti motor, transisi fase, reaksi kimia, fenomena transportasi, dan bahkan lubang hitam.

Berikut adalah beberapa contoh beberapa manfaat termodinamika:

  • Makanan. Dapur panas adalah contoh konstan transformasi kimia melalui proses termodinamika.
  • Ilmu bahan. Dalam hal ini, proses termal digunakan untuk mendapatkan jenis bahan baru yang memiliki sifat kimia dan fisik yang terdefinisi dengan baik.
  • Aplikasi industri. Dalam dunia industri terdapat banyak proses yang mengubah bahan mentah menjadi produk jadi dengan menggunakan mesin dan energi. Contohnya adalah industri keramik di mana terowongan panjang membakar batu bata pada suhu di atas 800 derajat Celcius.
  • Arsitektur. Di bidang konstruksi, sangat penting untuk memperhitungkan transfer panas antara eksterior dan interior rumah. Termidinamika memainkan peran mendasar dalam arsitektur bioklimatik, itulah sebabnya semua aspek energi surya pasif dipelajari secara rinci.
  • Pembangkitan listrik. Di semua pembangkit listrik termal (bahan bakar fosil, energi nuklir atau pembangkit listrik tenaga surya) konsep ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap dan generator listrik.

Studi termodinamika sangat penting dalam hal energi panas matahari karena jenis instalasi surya ini didasarkan pada pertukaran panas.

Pada akhirnya, hasil termodinamika sangat penting untuk bidang fisika dan kimia lainnya, teknik kimia, teknik kedirgantaraan, teknik mesin, biologi sel, teknik biomedis, dan ilmu material untuk beberapa nama.

Apa itu energi surya termodinamika?

Penerapan energi surya ini merupakan sistem teknologi yang memanfaatkan perbedaan suhu cairan di panel surya (dalam hal ini panel termodinamika) dan suhu lingkungan.

Dalam energi surya termodinamika, panel surya membawa cairan pendingin pada suhu yang sangat rendah. Cairan pendingin, dalam kontak dengan suhu lingkungan, mengalami proses termodinamika pertukaran panas selama suhu eksternal tidak lebih rendah dari cairan pendingin.

Keuntungan dari sistem ini adalah energi panas juga dapat dihasilkan pada malam hari, dalam kondisi cuaca buruk, hujan, angin, dll.