Satu, Dua, Tiga dan Siklus Carnot

Definisi termodinamika

Termodinamika (Yunani: termos = ‘panas’ dan dinamis = ‘perubahan’) adalah fisika energi, panas, kerja, entropi, dan spontanitas proses. Termodinamika terkait erat dengan mekanika statistik yang darinya banyak hubungan termodinamika muncul.

Dalam sistem di mana terjadi proses perubahan keadaan atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak ada hubungannya dengan kinetika reaksi (kecepatan terjadinya proses reaksi). Untuk alasan ini, penggunaan istilah “termodinamika” biasanya mengacu pada termodinamika kesetimbangan. Dalam hal ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasi-statis, yang diidealkan, proses “sangat lambat”.

Termodinamika adalah studi tentang perpindahan panas. Kumpulan objek yang ditinjau disebut sistem, sedangkan segala sesuatu yang berada di sekitar (di luar) sistem disebut lingkungan.

Termodinamika adalah cabang fisika teoretis yang berkaitan dengan hukum pergerakan panas, dan konversi panas menjadi bentuk energi lain. Prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi, yang berbentuk hukum kesetaraan panas dan kerja. Prinsip kedua menyatakan bahwa kalor itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa perubahan pada kedua benda tersebut.

Babak Pertama Termodinamika

Hukum Pertama Termodinamika menyatakan “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.”

Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor pada benda tersebut atau dengan melakukan usaha pada benda tersebut. Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. itu mewakili perubahan energi internal dari sistem termodinamika tertutup sama dengan jumlah energi panas yang diberikan ke sistem dan pekerjaan yang dilakukan pada sistem.

• Energi Internal dan Hukum Pertama Termodinamika

Energi dalam adalah salah satu konsep terpenting dalam termodinamika energi dan tidak termasuk energi potensial yang dihasilkan dari interaksi antara sistem dan lingkungannya.

Babak Kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa entropi total dari sistem termodinamika terisolasi cenderung meningkat dengan bertambahnya waktu dan mendekati nilai maksimumnya.

Clasius nyatakan hukumnya sebagai berikut: untuk mesin siklik tidak mungkin menghasilkan efek lain selain memindahkan panas secara terus-menerus dari satu benda ke benda lain pada suhu yang lebih tinggi.

Hukum ini mengecualikan kemungkinan energi panas mengalir dari benda dingin ke benda panas dalam kasus seperti itu dan dengan demikian menentukan arah perpindahan panas. Arah hanya dapat dibalik dengan pengeluaran kerja.

Kelvin (dengan Plack) nyatakan hukumnya sebagai berikut: Transformasi yang hasil akhirnya hanyalah transformasi semua panas menjadi kerja diambil dari sumber yang pada suhu yang sama sepanjang tidak mungkin.

Pernyataan ini mendominasi mesin panas ambisius kami karena itu berarti kami tidak dapat menghasilkan kerja mekanis dengan mengekstraksi panas dari satu reservoir tanpa mengembalikan sebagian panas ke reservoir pada suhu yang lebih rendah.

Hasil percobaan menyimpulkan bahwa tidak mungkin membuat mesin kalor yang mengubah kalor seluruhnya menjadi kerja, yaitu mesin dengan efisiensi termal 100% Ketidakmungkinan ini menjadi dasar salah satu pernyataan hukum kedua termodinamika sebagai berikut:

Tidak mungkin sistem apa pun menjalani proses di mana sistem menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanis, dengan sistem berakhir dalam keadaan yang sama seperti saat dimulainya.

Siklus Carnot dan Hukum Kedua Termodinamika

Tidak ada mesin yang lebih efisien daripada mesin Carnot yang beroperasi di antara dua temperatur yang sama. Ini karena setiap langkah dalam siklus Carnot dapat dibalik, seluruh siklus dapat dibalik. Maka dapat diperoleh bahwa semua mesin Carnot yang beroperasi pada dua suhu yang sama memiliki efisiensi yang sama terlepas dari jenis bahan kerjanya.

Selama perpindahan kalor dalam siklus Carnot, tidak boleh ada perbedaan temperatur yang cukup besar. Ketika mesin mengambil kalor dari reservoir pada temperatur T_Hbahan kerja di mesin juga harus di shu T_H, jika tidak, aliran panas menjadi tidak dapat diubah. Demikian pula jika mesin melepaskan kalor ke reservoir pada temperatur T_Charus mesin juga berada pada suhu T_C. Jadi setiap proses yang melibatkan perpindahan panas harus isotermal atau T_H maupun T_C.

Di sisi lain, dalam proses dimana suhu bahan kerja di dalam mesin antara T_H dan T_C, tidak boleh ada perpindahan panas antara mesin dan kedua reservoir, karena perpindahan panas tidak boleh reversibel. Oleh karena itu, setiap proses di mana temperatur bahan kerja: kerja T berubah harus berlangsung secara adiabatik. Setiap proses dalam siklus ini harus isotermal atau adiabatik. Kesetimbangan termal dan mekanik harus dipertahankan setiap saat agar proses reversibel dapat diselesaikan.

Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika berkaitan dengan suhu nol mutlak. Hukum ini menyatakan bahwa ketika suatu sistem mencapai suhu nol mutlak, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimumnya.

Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi suatu benda dengan struktur kristal sempurna pada suhu nol mutlak adalah nol.

Hukum temperatur 0 Kelvin (-273,15 Celsius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi akibat gerak kinetik pada skala molekuler. Jika gerakan ini dihentikan

Titik nol pada skala Kelvin disebut nol mutlak. Pada nol mutlak, sistem memiliki energi internal total seminimal mungkin. Namun, karena efek kuantum, tidak tepat bahwa semua gerakan molekuler berhenti pada T = 0. Semakin mendekati nol absolut, semakin sulit untuk didekati.

Aplikasi: Sebagian besar logam dapat menjadi superkonduktor pada suhu yang sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerak kinetik pada skala molekuler yang mengganggu aliran elektron

Demikian artikel Duniaduniadik.co.id tentang Hukum Termodinamika: Satu, Dua, Tiga, Siklus Carnot, Pengertian, Rumus, semoga artikel ini bermanfaat untuk sobat semua.