Termodinamika adalah bidang fisika yang mempelajari transfer energi. Ini berusaha untuk memahami hubungan antara panas, energi dan kerja, menganalisis jumlah panas yang dipertukarkan dan pekerjaan yang dilakukan dalam proses fisik.
Ilmu termodinamika awalnya dikembangkan oleh para peneliti yang mencari cara untuk meningkatkan mesin, pada periode Revolusi Industri, meningkatkan efisiensinya.
Pengetahuan ini saat ini diterapkan dalam berbagai situasi kehidupan kita sehari-hari. Misalnya: mesin termal dan lemari es, mesin mobil dan proses untuk mengubah mineral dan produk minyak bumi.
Hukum Termodinamika
Hukum dasar termodinamika mengatur bagaimana panas menjadi kerja dan sebaliknya.
Hukum Pertama Termodinamika
ITU Hukum Pertama Termodinamika berhubungan dengan prinsip kekekalan energi. Ini berarti bahwa energi dalam suatu sistem tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan, hanya diubah.
Rumus yang mewakili hukum pertama termodinamika adalah sebagai berikut:
Besarnya kalor, usaha dan variasi energi dalam memiliki satuan standar ukuran Joule (J).
Contoh praktis konservasi energi adalah ketika seseorang menggunakan pompa untuk mengembang benda tiup, ia menggunakan gaya untuk memompa udara ke dalam benda tersebut. Artinya energi kinetik membuat piston turun. Namun, sebagian dari energi ini diubah menjadi panas, yang hilang ke lingkungan.
ITU Hukum Hess adalah kasus khusus dari prinsip konservasi energi. Tahu lebih banyak!
Hukum Kedua Termodinamika
Di perpindahan panas mereka selalu terjadi dari tubuh terhangat ke tubuh terdingin, itu terjadi secara spontan, tetapi tidak sebaliknya. Artinya, proses transfer energi termal tidak dapat diubah.
Dengan cara ini, oleh Hukum Kedua Termodinamika, panas tidak dapat sepenuhnya diubah menjadi bentuk energi lain. Untuk alasan ini, panas dianggap sebagai bentuk energi yang terdegradasi.
Besaran fisika yang berhubungan dengan Hukum Kedua Termodinamika adalah entropi, yang sesuai dengan derajat ketidakteraturan suatu sistem.
Baca juga:
- Siklus Carnot
- Ekspansi termal
Hukum Nol Termodinamika
ITU Hukum Nol Termodinamika berkaitan dengan syarat-syarat untuk memperoleh keseimbangan termal. Di antara kondisi ini kita dapat menyebutkan pengaruh bahan yang membuat konduktivitas termal lebih tinggi atau lebih rendah.
Menurut undang-undang ini,
- jika benda A berada dalam kesetimbangan termal dalam kontak dengan benda B dan
- jika benda A berada dalam kesetimbangan termal dalam kontak dengan benda C, maka
- B berada dalam kesetimbangan termal dalam kontak dengan C.
Ketika dua benda dengan suhu berbeda dikontakkan, yang lebih hangat akan memindahkan panas ke yang lebih dingin. Hal ini menyebabkan suhu untuk menyamakan mencapai keseimbangan termal.
Disebut hukum nol karena pemahamannya terbukti diperlukan untuk dua hukum pertama yang sudah ada, hukum pertama dan kedua termodinamika.
Hukum Ketiga Termodinamika
ITU Hukum Ketiga Termodinamika itu muncul sebagai upaya untuk menetapkan titik referensi absolut yang menentukan entropi. Entropi sebenarnya adalah dasar dari Hukum Kedua Termodinamika.
Walther Nernst, fisikawan yang mengusulkannya, menyimpulkan bahwa tidak mungkin zat murni dengan suhu nol memiliki entropi pada nilai perkiraan nol.
Untuk alasan ini, ini adalah hukum yang kontroversial, dianggap oleh banyak fisikawan sebagai aturan dan bukan hukum.
sistem termodinamika
Dalam sistem termodinamika bisa ada satu atau beberapa benda yang saling berhubungan. Lingkungan yang mengelilinginya dan Semesta mewakili lingkungan di luar sistem. Sistem dapat didefinisikan sebagai: terbuka, tertutup atau terisolasi.
sistem termodinamika
Ketika sistem dibuka, terjadi perpindahan massa dan energi antara sistem dan lingkungan luar. Pada sistem tertutup hanya terjadi perpindahan energi (panas), dan bila terisolasi tidak terjadi pertukaran.
perilaku gas
Perilaku mikroskopis gas lebih mudah dijelaskan dan ditafsirkan daripada dalam keadaan fisik lainnya (cair dan padat). Itu sebabnya gas paling banyak digunakan dalam penelitian ini.
Dalam studi termodinamika gas ideal atau sempurna digunakan. Ini adalah model di mana partikel bergerak secara kacau dan berinteraksi hanya dalam tumbukan. Selain itu, tumbukan antara partikel dan dinding wadah dianggap elastis dan berlangsung dalam waktu yang sangat singkat.
Dalam sistem tertutup, gas ideal mengandaikan perilaku yang melibatkan kuantitas fisik berikut: tekanan, volume dan suhu. Variabel-variabel ini menentukan keadaan termodinamika gas.
Perilaku gas menurut hukum gas
Tekanan (p) dihasilkan oleh pergerakan partikel gas di dalam wadah. Ruang yang ditempati oleh gas di dalam wadah adalah volume (v). Dan suhu (t) berhubungan dengan energi kinetik rata-rata partikel gas yang bergerak.
Baca juga Hukum Gas dan Studi Gas.
energi dalam
Energi internal suatu sistem adalah kuantitas fisik yang membantu mengukur bagaimana transformasi yang dialami gas terjadi. Besarnya ini terkait dengan variasi suhu dan energi kinetik partikel.
Gas ideal, yang hanya terdiri dari satu jenis atom, memiliki energi internal yang berbanding lurus dengan suhu gas. Ini diwakili oleh rumus berikut:
Soal Latihan Termodinamika
pertanyaan 1
Sebuah silinder dengan piston bergerak berisi gas pada tekanan 4.0.104T/m2. Ketika 6 kJ panas disuplai ke sistem, pada tekanan konstan, volume gas mengembang sebesar 1,0,10-1saya3. Tentukan pekerjaan yang dilakukan dan perubahan energi internal dalam situasi ini.
Jawaban yang benar: usaha yang dilakukan adalah 4000 J dan perubahan energi dalam adalah 2000 J.
Data:
P = 4,0.104 T/m2
Q = 6KJ atau 6000J
V = 1,0.10-1 saya3
T =? U = ?
Langkah 1: Hitung pekerjaan dengan data masalah.
T = P V
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
Langkah 2: Hitung variasi energi internal dengan data baru.
Q = T + U
U = Q - T
U = 6000 - 4000
U = 2000J
Jadi, usaha yang dilakukan adalah 4000 J dan perubahan energi dalam adalah 2000 J.
pertanyaan 2
(Diadaptasi dari ENEM 2011) Sebuah motor hanya dapat melakukan kerja jika menerima sejumlah energi dari sistem lain. Dalam hal ini, energi yang tersimpan dalam bahan bakar sebagian dilepaskan selama pembakaran sehingga alat dapat berfungsi. Ketika mesin berjalan, sebagian energi yang diubah atau diubah dalam pembakaran tidak dapat digunakan untuk melakukan kerja. Artinya ada kebocoran energi dalam bentuk lain.
Menurut teks, transformasi energi yang terjadi selama operasi mesin disebabkan oleh:
a) pelepasan panas di dalam mesin tidak mungkin.
b) pekerjaan yang dilakukan oleh mesin tidak dapat dikendalikan.
c) konversi penuh panas menjadi kerja tidak mungkin.
d) transformasi energi panas menjadi kinetika tidak mungkin.
e) potensi penggunaan energi bahan bakar tidak terkendali.
Alternatif yang benar: c) konversi penuh panas menjadi kerja tidak mungkin.
Seperti yang terlihat sebelumnya, panas tidak dapat sepenuhnya diubah menjadi kerja. Selama operasi motor, sebagian energi panas hilang, dipindahkan ke lingkungan eksternal.
Lihat juga: Latihan Termodinamika
