Thursday, March 5, 2020

TERMODINAMIKA DAN TENAGA BEBAS


Pengertian
Kata "Termodinamika" berasal dari kata thermos (panas) dan dynamic (gerak atau perubahan) yang artinya adalah salah satu cabang dari ilmu fisika yang mempelajari panas dan temperatur, serta hubungan keduanya pada energi dan gerak. Inti dari pembahasan termodinamika ini adalah bagaimana energi dalam bentuk panas dapat mengalir dari satu benda ke benda lain, proses dari aliran energi tersebut, dan akibat yang dihasikan oleh perpindahan energi tersebut. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
Aplikasi dan penerapan termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri.

Prinsip Termodinamika
Prinsip termodinamika sebenarnya yaitu hal alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi suatu bentuk mekanisme yang bisa membantu manusia dalam kegiatannya. Penerapan prinsip-prinsip termodinamika yang meliputi Mekanika, Panas dan Kalkulus Diferensial pada ilmu pengetahuan lain ditunjukkan pada Gambar 1.
Pengertian Termodinamika, Prinsip, Hukum, Keadaan, Semua Lengkap!

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:
1. 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.
2. Sistem terisolasi
Tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
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.

Hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.


Hukum Pertama Termodinamika
Hukum yang sama juga terkait dengan kasus kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup, sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.
Hasil gambar untuk termodinamika hukum 1

Hasil gambar untuk termodinamika hukum 1
Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius.

Pernyataan clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi.
Pernyataan kelvin-planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab5).
Total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi” merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan menggunakan sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab6).

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.

Tenaga Bebas
Tenaga bebas adalah bagian dari suatu sistem energi yang dapat digunakan untuk reaksi. Tenaga bebas juga merupakan jumlah energi yang  tersedia untuk memutus dan selanjutnya  membentuk suatu ikatan kimia. Gibbs’ free energy (G), bahwa di dalam sel adalah jumlah  energi yang yang terkandung dalam ikatan kimia suatu  molekul (dimana T&P adalah constant)
Perubahan dalam energi bebas disebut dengan ΔG, disebut dengan Endergonik jika reaksinya membutuhkan input  energi dan Exergonik jika reaksi melepaskan energi bebas.

Perbedaan Endergonik dan Exergonik
Endergonik dan eksergonik dua jenis reaksi kimia , atau proses, dalam kimia panas atau kimia fisik. Nama-nama menggambarkan apa yang terjadi pada energi selama reaksi. Klasifikasi terkait dengan endotermik dan reaksi eksotermik , kecuali endergonik dan eksergonik menjelaskan apa yang terjadi dengan segala bentuk energi, sementara endotermik dan eksotermik hanya berhubungan dengan panas atau energi panas.
Reaksi endergonik
- Reaksi endergonik juga dapat disebut reaksi yang tidak menguntungkan atau reaksi nonspontaneous. Reaksi membutuhkan lebih banyak energi daripada yang Anda dapatkan dari itu.
- Reaksi endergonik menyerap energi dari lingkungan mereka.
- Ikatan kimia yang terbentuk dari reaksi lebih lemah daripada ikatan kimia yang rusak.
- Energi bebas dari sistem meningkat. Perubahan standar Gibbs Free Energy (G) dari reaksi endergonik positif (lebih besar dari 0).
- Perubahan entropi (S) menurun.
- Reaksi endergonik tidak spontan.
- Contoh reaksi endergonik termasuk reaksi endotermik, seperti fotosintesis dan mencairnya es ke dalam air cair.
- Jika suhu lingkungan menurun, reaksi endotermik.
Reaksi eksergonik
- Reaksi eksergonik dapat disebut reaksi spontan atau reaksi yang menguntungkan.
- Reaksi eksergonik melepaskan energi ke lingkungan.
- The ikatan kimia yang terbentuk dari reaksi lebih kuat dari mereka yang rusak di reaktan.
- Energi bebas dari sistem menurun. Perubahan standar Gibbs Free Energy (G) dari reaksi eksergonik negatif (kurang dari 0).
- Perubahan entropi (S) meningkat. Cara lain untuk melihatnya adalah bahwa gangguan atau keacakan dari sistem meningkatkan.
- Reaksi eksergonik terjadi secara spontan (tidak ada energi luar diperlukan untuk memulai mereka).
- Contoh reaksi eksergonik termasuk reaksi eksotermik, seperti pencampuran natrium dan klorin untuk membuat garam meja, pembakaran, dan chemiluminescence (cahaya adalah energi yang dilepaskan).
- Jika suhu lingkungan meningkat, reaksi adalah eksotermis.

Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan sebelumnya, kita dapat menyimpulkan bahwa  :
Termodinamika adalah  cabang dari ilmu fisika yang mempelajari tentang proses perpindahan energi sebagai kalor dan usaha antara sistem dan lingkungan. Kalor diartikan sebagai perpindahan energi yang disebabkan oleh perbedaan suhu, sedangkan usaha merupakan perubahan energi melalui cara-cara mekanis yang tidak disebabkan oleh perubahan suhu. Adapun proses termodinamika antara lain proses isobaric, isochoric,isothermal dan adiabatic.
Hukum termodinamika I merupakan hukum yang terkait dengan kekekalan energy. Hukum ini menyatakan perubahan dari suatu system termodinamika tertutup sama dengan jumlah total jumlah energy kalor yang disuplai ke dalam system dan yang dilakukan terhadap system
Hukum termodinamika II berbunyi “ panas mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah, dan panas tidak dapat mengalir secara spontan dari benda yang bersuhu rendah menuju benda yang bersuhu tinggi”.

DAFTAR PUSTAKA :
    Campbell,Neil A.2008.Biologi Edisi 8 Jilid 1 (Terjemahan Bahasa Indonesia).Jakarta: Penerbit Erlangga
    Campbell,Neil A.2016.Biology Eleventh Edition.New York: Pearson

0 comments:

Post a Comment