Penguapan (evaporasi)

Penguapan atau evaporasi terjadi ketika cairan merubah bentuknya menjadi bentuk gas atau uap. Kebanyakan yang terjadi di Bumi adalah perubahan dari keadaan cair dari air ke uap air. Meskipun terlihat sangat sederhana, air tidak hanya senyawa yang paling berlimpah di Bumi, hal ini juga sangat kompleks. Jumlah air di bumi tidak pernah berubah; itu hanya berubah bentuk saat melewati apa yang dikenal sebagai siklus air. Setiap tahap memerlukan proses yang berbeda yang diperlukan untuk mengubah air menjadi bentuk baru.

Selama proses penguapan, air berubah menjadi uap.

Air memiliki tiga keadaan yang berbeda: cair, uap, dan es. Penguapan air adalah proses yang berubah dari cair ke uap. Untuk melakukan hal ini, air memerlukan salah satu dari beberapa kondisi berada di tempat. Untuk badan air seperti danau, sungai, atau laut untuk memungkinkan beberapa molekul air untuk beralih dari cairan dan akan dilepas sebagai uap air ke udara, panas dari matahari harus hadir untuk memulai proses. Perubahan energi atau tekanan selalu diperlukan dari beberapa sumber untuk proses ini terjadi.

Molekul air yang terkandung dalam badan air lainnya, seperti laut, tidak memiliki tingkat energi yang sama. Molekul individual dengan energi yang lebih tinggi akan melepaskan diri dari molekul lain ketika matahari memberikan panas, atau energi, ke seluruh badan air. Ini adalah bagaimana penguapan terjadi di lautan. Semakin banyak energi yang disediakan, semakin kuat beberapa molekul menjadi dan semakin mudah bagi mereka untuk memutuskan ikatan mereka ke molekul air dengan sedikit energi kinetik. Inilah sebabnya mengapa air mendidih juga menghasilkan perubahan dari cair ke uap. Panas disuplai dari kompor menyediakan energi yang memungkinkan beberapa molekul air untuk melarikan diri ke udara.

Contoh lain adalah keringat manusia. Ketika tubuh manusia memanas dengan tenaga, keringat manusia, kemudian keringat yang meliputi kulit menguap untuk mendinginkan tubuh ke bawah. Hal ini terjadi karena molekul energi tinggi melarikan diri ke udara sebagai uap air, dan beberapa panas yang digunakan dalam proses lolos juga. Akibatnya, kulit dan tubuh akan didinginkan.

Pengertian Viskositas

Viskositas adalah istilah ilmiah yang menggambarkan resistensi terhadap aliran fluida. Fluida bisa menjadi cair atau gas, tetapi istilah ini lebih sering dikaitkan dengan cairan. Sebagai contoh sederhana, sirup memiliki viskositas lebih tinggi daripada air: kekuatan lebih diperlukan untuk memindahkan sesendok melalui botol sirup dari dalam botol air karena sirup lebih susah mengalir di sekitar sendok. Resistensi ini disebabkan oleh gesekan yang dihasilkan oleh molekul cairan dan mempengaruhi baik sejauh mana cairan akan menentang gerakan obyek melalui itu dan tekanan yang dibutuhkan untuk menggerakan cairan melalui tabung atau pipa. Viskositas dipengaruhi oleh sejumlah faktor, termasuk ukuran dan bentuk molekul, interaksi di antara mereka, dan suhu.

Pengukuran

Viskositas cairan dapat diukur dalam beberapa cara oleh perangkat yang disebut Alat ukur kekentalan atau viskometer. Ini baik dapat mengukur waktu yang dibutuhkan untuk cairan sehingga berindah sejauh jarak tertentu melalui tabung atau waktu yang dibutuhkan untuk sebuah objek dengan ukuran tertentu dan kepadatan jatuh melalui cairan. Satuan SI untuk pengukuran ini adalah pascal detik, dengan pascal sebagai satuan tekanan. Kualitas ini karena itu diukur dari segi tekanan dan waktu, sehingga, di bawah tekanan yang diberikan, cairan kental akan mengambil lebih banyak waktu untuk berpindah pada jarak tertentu.

Faktor yang Mempengaruhi Viskositas

Sebagai aturan, cairan dengan molekul lebih besar, lebih kompleks, akan memiliki viskositas yang lebih tinggi. Hal ini terutama berlaku untuk waktu yang panjang, seperti rantai molekul yang ditemukan di polimer dan senyawa hidrokarbon yang lebih berat. Molekul-molekul ini cenderung menjadi terjerat dengan satu sama lain, menghambat gerakan mereka.

Faktor lain yang penting adalah cara molekul berinteraksi satu sama lain. Senyawa polar dapat membentuk ikatan hidrogen yang menghubungkan molekul terpisah bersama-sama, meningkatkan ketahanan keseluruhan terhadap aliran dan gerakan. Meskipun air adalah molekul polar, memiliki viskositas rendah karena fakta bahwa molekul yang kecil. Cairan yang paling kental cenderung mereka dengan molekul panjang yang memiliki polaritas terlihat, seperti gliserin dan propilen glikol.

Suhu memiliki pengaruh besar pada viskositas – begitu banyak sehingga pengukuran kualitas ini untuk cairan selalu disertakan dengan suhu. Dalam cairan, itu menurun seiring dengan suhu, seperti yang dapat dilihat jika sirup atau madu dipanaskan. Hal ini karena molekul bergerak lebih besar, dan karena itu menghabiskan lebih sedikit waktu kontak dengan satu sama lain. Sebaliknya, resistensi terhadap perubahan gas meningkat bersama suhu. Hal ini karena, saat molekul bergerak lebih cepat, ada lebih banyak tumbukan antara mereka, yang mengurangi kemampuan untuk mengalir.

Pentingnya untuk Industri

Minyak mentah sering disalurkan melalui pipa jarak jauh di daerah dengan suhu yang berbeda-beda, dan laju aliran dalam menanggapi tekanan bervariasi. Minyak mengalir melalui Alaska lebih kental daripada minyak di pipa di Teluk Persia, karena suhu tanah yang berbeda, dan akibatnya tekanan perlu diterapkan untuk tetap mengalir. Untuk mengatasi masalah gaya yang dibutuhkan untuk mengalirkan minyak melalui pipa, sensor di beberapa pipa akan mengukur viskositas fluida dan menentukan apakah tekanan yang lebih besar atau lebih kecil harus ditambahkan untuk menjaga aliran minyak konstan dan stabil.

Tentu, oli motor juga terkena perubahan viskositas saat dipanaskan oleh mesin. Minyak yang menjadi terlalu tipis dari panas mesin tidak akan bekerja dengan baik. Untuk mengatasi masalah ini, polimer ditambahkan ke minyak untuk mempertahankan gesekan konstan di bawah suhu yang lebih tinggi.

Viskositas dapat digunakan untuk mengukur aliran lava setelah letusan gunung berapi.

Relevansi untuk Vulkanisme

Viskositas magma, atau panas, batuan cair di bawah permukaan bumi, merupakan faktor penting dalam studi gunung berapi. Lava berair cenderung menghasilkan letusan lebih sering tetapi kurang kekerasan, karena mengalir dengan mudah naik dari ruang magma dan keluar dari gunung berapi. Hal ini juga memungkinkan melepaskan gelembung gas keluar lebih mudah. Magma tebal cenderung akan menjebak gas ini pada tekanan tinggi, dan kekuatan lebih besar diperlukan untuk mengeluarkan lava dari gunung berapi, sehingga tekanan besar akan terbentuk dari waktu ke waktu. Saat ini jenis gunung berapi tidak meletus, ia akan melakukannya secara eksplosif, sering berakibat dengan bencana yang dahsyat.

Konversi Suhu Derajat Celcius dan Fahreinheit

Ada beberapa cara untuk mendekati melakukan konversi. Salah satu metode yang umum digunakan dikenal sebagai metode faktor-label  untuk mengubah satuan atau metode kereta api. Hal ini sering diperlukan untuk mengkonversi dari satu jenis unit ke unit lain. Konversi satuan adalah konversi satuan yang berbeda dari pengukuran untuk jumlah yang sama, biasanya menggunakan faktor konversi. Sebagai contoh, jika kita membaca sebuah buku masak Eropa, beberapa jumlah dapat dinyatakan dalam satuan liter; jika kita memasak di AS  kita akan perlu untuk mengkonversi pengukuran ke cangkir. Atau, mungkin Anda sedang membaca arah berjalan dari satu lokasi ke lokasi lain dan Anda tertarik berapa mil Anda akan berjalan. Dalam hal ini, Anda akan perlu mengkonversi satuan kaki ke mil.

Metode faktor-label adalah aplikasi berurutan faktor konversi yang dinyatakan sebagai pecahan dan diatur sedemikian rupa sehingga setiap satuan dimensi muncul di kedua pembilang dan penyebut dari salah satu fraksi dapat dibatalkan sampai diperoleh  satuan dimensi yang diinginkan. Sebagai contoh, 10 mil per jam dapat dikonversi ke meter per detik dengan menggunakan urutan faktor konversi.

Setiap faktor konversi setara dengan nilai satu. Misalnya, dimulai dengan 1 mil = 1609 meter dan membagi kedua sisi persamaan dengan 1 mil hasil 1 mil / 1 mil = 1609 meter / 1 mil, yang ketika disederhanakan menghasilkan 1 = 1609 meter / 1 mil. Secara fisik mencoretsatuan yang membatalkan satu sama lain keluar juga akan membantu memvisualisasikan apa yang tersisa.

Jadi, ketikasatuan mil dan jam yang dibatalkan dan aritmatika dilakukan, 10 mil per jam mengkonversi ke 4,47 meter per detik.

Keterbatasan metode faktor-label adalah bahwa ia hanya dapat mengkonversi antara satuan yang memiliki rasio konstan yang dapat dikalikan, atau faktor multiplikasi. Metode ini tidak dapat digunakan antara satuan yang memiliki perpindahan, atau faktor perbedaan. Contohnya adalah konversi antara derajat Celsius dan kelvin, atau antara Celsius dan Fahrenheit. Untuk ini, yang terbaik adalah menggunakan rumus konversi  tertentu.

Rumus Konversi Suhu Derajat Celcius dan Fahreinheit

Misalnya, jika kita merencanakan perjalanan ke luar negeri di Spanyol dan ramalan cuaca memprediksi cuaca menjadi sebagian besar berawan dan 16 ° C, kita mungkin ingin mengubah suhu menjadi ° F, satuan yang kita menafsirkan lebih nyaman. Untuk melakukan hal ini, kita akan perlu tahu rumus konversi dari Celsius ke Fahrenheit.

Formula ini adalah: [° F] =[° C × 9/5] + 32.

[° F] = (16 × 9/5) + 32

[° F] = 28,8 + 32

[° F] = 60,8

Jadi,  16 ° C setara dengan 60,8 ° F .

Gaya Apung dan Prinsip Archimedes

Gaya apung adalah kemampuan suatu benda mengapung dalam cairan atau fluida. Hubungan berat benda dengan berat air yang dipindahkan adalah apa yang menentukan jika benda akan mengapung; meskipun ukuran dan bentuk benda akan memiliki efek, mereka bukan alasan utama mengapa benda mengapung atau tenggelam. Jika suatu benda memindahkan air lebih berat, itu akan mengapung. Gaya apung merupakan faktor penting dalam desain banyak benda dan dalam sejumlah kegiatan berbasis air, seperti berperahu atau scuba diving.

Gaya apung memungkinkan itik untuk mengapung di air.

Prinsip Archimedes

Matematikawan Archimedes, yang hidup pada abad ketiga SM, mendapat penghargaan dengan menemukan cara kerja gaya apung. Menurut legenda, ia masuk ke kamar mandi pada suatu hari dan melihat bahwa semakin ia membenamkan dirinya di dalam air, semakin tinggi tingkat akan naik. Dia menyadari bahwa tubuhnya menggeser air di bak mandi. Kemudian, ia memutuskan bahwa benda yang berada dalam air beratnya kurang dari benda di udara. Melalui ini dan realisasi lainnya, ia mendirikan apa yang kemudian dikenal sebagai Prinsip Archimedes:

Sebuah benda yang mengapung dalam cairan akan memiliki gaya apung positif. Ini berarti bahwa jumlah air yang dipindahkan oleh benda berat lebih besar dari benda itu sendiri. Misalnya, perahu yang beratnya 23 kg, tetapi memindahkan 45 kg air akan mudah mengapung. Perahu yang menggantikan berat air yang lebih besar sebagian karena ukuran dan bentuk; sebagian besar interior perahu adalah udara, yang sangat ringan. Hal ini menjelaskan mengapa kapal laut yang berukuran besar dapat mengapung: asalkan air yang dipindahkan beratnya lebih besar dari kapal-kapal itu sendiri, mereka tidak akan tenggelam.

Gaya apung negatif inilah yang menyebabkan benda tenggelam. Hal ini mengacu pada sebuah benda yang berat badannya lebih dari berat cairan yang dipindahkan. Misalnya, kerikil mungkin memiliki berat 25 gram, tetapi jika hanya memindahkan 15 gram air, tidak bisa mengapung. Jika kapal setelah dimuat memiliki berat 23 kg dengan ditambah 34 kg dari barang bawaan, itu akan tidak lagi mengapung karena berat totalnya menjadi 56 kg lebih berat dari berat air yang dipindahkan yakni sebesar 45 kg.

Hal ini juga memungkinkan untuk sebuah benda menjadi apung netral atau melayang di air. Ini berarti bahwa berat benda dan jumlah cairan yang digantikan yang hampir sama. Sebuah benda apung netral akan melayang-layang dalam cairan, tidak tenggelam atau mengambang. Sebuah kapal selam dapat menyesuaikan berat badan dengan menambahkan atau mengeluarkan air dalam tangki khusus yang disebut tangki ballast. Dengan keseimbangan ballast-nya, kapal selam dapat melayang-layang di berbagai tingkatan di bawah permukaan air tanpa tenggelam.

Ukuran dan Bentuk

Berapa banyak dari permukaan suatu benda menyentuh air memiliki efek pada daya apung. Sebuah kapal yang sangat besar memiliki banyak area permukaan, yang berarti bahwa berat badan kapal yang tersebar di banyak air, semuanya akan mendorong pada kapal. Jika kapal yang sama berada di air dengan bentuk busur yang mengarah ke bawah, itu akan mulai tenggelam karena semua berat terkonsentrasi di satu area kecil, dan air itu menggusur berat kurang dari berat kapal.

Sebuah contoh umum yang digunakan untuk menunjukkan ini adalah orang yang mengambang di air. Jika orang tersebut mengapung di atas punggungnya, seluruh tubuhnya bisa tinggal di atau dekat permukaan air. Ketika dia mengapung di air dengan kaki ke bawah, dia akan tenggelam lebih jauh; biasanya, hanya bagian atas tubuhnya akan tinggal di atas air.
untuk menjaga stabilitas

Sebuah kapal kontainer terasa akan naik di dalam air saat muatannya dibongkar.

Stabilitas dalam cairan tergantung pada lokasi pusat benda apung dalam kaitannya dengan pusat gravitasinya. Pusat benda gravitasi adalah titik di mana semua benda berat benda tampaknya terkonsentrasi; itu juga dapat dianggap sebagai lokasi rata-rata berat benda. Pusat apung adalah pusat gravitasi dari air yang benda telah berpindah. Hal ini tidak di dalam air, tetapi dalam benda yang mengambang di atasnya.

Ketika pusat apung langsung di atas pusat gravitasi, maka benda akan stabil. Namun, jika pusat gravitasi berada di atas pusat apung – seperti dalam sebuah kapal yang sarat dengan barang yang tinggi di atas permukaan air – maka benda menjadi tidak stabil. Jika pergeseran barang ke satu sisi karena alasan apapun, pusat gravitasi dan pusat apung tidak akan lagi segaris. Kapal akan terbalik saat pusat apung mencoba untuk naik di atas pusat gravitasi lagi.

Dalam tubuh manusia, pusat gravitasi biasanya di daerah pusar. Pusat apung sedikit lebih tinggi, itulah sebabnya mengapa tubuh cenderung mengapung tegak dengan bahu dan dada di atas kaki. Terbalik, di mana kaki di atas batang tubuh, pusat gravitasi tubuh berada di atas pusat apung. Hal ini membuat tubuh tidak stabil, dan posisi hanya dapat dipertahankan melalui usaha.

Gaya Apung dalam Praktek

Dengan menerapkan prinsip-prinsip daya apung, insinyur dapat merancang perahu, kapal, dan pesawat amfibi yang tetap bertahan dan stabil di dalam air. Hal ini berlaku dari banyak benda lain, seperti pelampung dan ponton. Apa saja yang dirancang untuk bekerja pada air akan bergantung pada pemahaman tentang prinsip-prinsip ini.

Perenang tahu bahwa menahan napas penuh dapat membuat mereka lebih ringan.

Banyak perenang tahu bahwa ada cara untuk membuat tubuh mereka lebih ringan, seperti berbaring di punggung mereka atau menahan napas penuh. Selain itu, mencoba untuk menyelam ke dasar kolam membutuhkan usaha karena tubuh secara alami mengapung.  Penyelam membutuhkan cara khususnya untuk mengetahui bagaimana mengapung, melayang-layang, dan tenggelam, dan mereka sering memakai tambahan bobot dan peralatan lainnya untuk membantu mereka mengelola manuver tersebut.

FLUIDA

Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam keseimbangan, fluida tidak dapat menahan gaya tangensial atau gaya geser. Semua fluida memiliki suatu derajat kompresibilitas dan memberikan tahanan kecil terhadap perubahan bentuk.
Karena adanya kekentalan zat cair, maka terjadi perbedaan kecepatan partikel pada medan aliran.

Partikel zat cair yang berdampingan dengan dinding batas akan diam (kecepatan nol) sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak dari dinding batas.
Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Kekentalan adalah sifat zat cair untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak/mengalir. Kekentalan disebabkan karena kohesi antara partikel zat cair.

Zat cair ideal tidak mempunyai kekentalan. Aliran viskos dapat dibedakan menjadi dua macam. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminer. Aliran laminer terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminer manjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair bergerak secara tidak teratur (Triatmodjo, B., 1993).

Bila fluida diberi tegangan geser, maka ia akan mengalami perubahan bentuk, dengan kata lain ia mengalami regangan geser. Selain itu bagian yang terkena tegangan geser, langsung akan bergerak inilah yang disebut sebagai aliran. Jadi jelaslah bahwa zat padat tidak tergolong fluida, karena bila dikenai tegangan geser zat padat tidak akan mengalir (Sardjito, 2000).Osborne Reynolds berpendapat bahwa tipe aliran tergantung dari kecepatan, kerapatan dan kekentalan dari cairan dan ukuran dari tempat mengalirnya dan tergantung pula dari angka Reynolds (Kodoatie, J. R., 2001).

Kekentalan zat cair menyebabkan terbentuknya gaya-gaya geser antara dua elemen zat cair. Keberadaan kekentalan ini menyebabkan terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran atau diperlukannya energi untuk menjamin adanya pengaliran. Viskositas gas meningkat dengan suhu, tetapi viskositas cairan berkurang dengan naiknya suhu. Perbedaan dalam kecenderungan terhadap suhu tersebut dapat di terangkan dengan menyimak penyebab-penyebab viskositas. Tahanan suatu fluida terhadap tegangan geser tergantung pada kohesinya dan pada laju perpindahan momentum molekulnya.

Cairan dengan molekul-molekul yang jauh lebih rapat dari pada gas, mempunyai gaya-gaya kohesi yang jauh lebih besar dari pada gas. Kohesi nampaknya merupakan penyebab utama viskositas dalam cairan dan karena kohesi berkurang dengan naiknya suhu, maka demikian pula viskositas. Sebaliknya gas mempunyai gaya-gaya kohesi yang sangat kecil. Sebagian besar dari tahanannya terhadap tegangan geser merupakan akibat perpindahan momentum molekuler.

Tegangan molekular menimbulkan tegangan geser semu dalam gas, yang lebih penting dari pada gaya-gaya kohesi, dan karena kegiatan molekular meningkat dengan suhu, maka viskositas gas juga meningkat dengan suhu. Untuk tekanan-tekanan yang biasa viskositas tidak tergantung pada tekanan dan tergantung pada suhu saja. Untuk tekanan yang sangat besar, gas-gas dan kebanyakan cairan menunjukkan variasi viskositas yang tidak menentu terhadap tekanan.

Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama antara cairan dan gas adalah (a) cairan praktis tak kompresibel, sedangkan gas kompresibel dan sering kali harus diperlakukan demikian dan (b) cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya.

Usaha Luar Dalam Sistem Termodinamika

Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂ pada tekananp konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V₂ – V₁)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V₂ > V₁. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V₂ < V₁ dan usaha gas bernilai negatif.

Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol⁻¹ K⁻¹, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Gambar

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V₂ dan V₁ adalah volume akhir dan awal gas.

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q_V.

Q_V = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q_p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

Q_V =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Q_p − Q_V

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q_p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q_V).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p₁ dan V₁ mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p₂ dan V₂, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

Pengertian Termodinamika

Pengertian Termodinamika. Termodinamika adalah bidang ilmu yang meliputi hubungan antara panas dan jenis energi lainnya. Termodinamika ditemukan dan diteliti awal tahun 1800-an. Pada saat itu, itu terkait dengan dan mendapat perhatian karena penggunaan mesin uap.

Termodinamika dapat dipecah menjadi empat hukum. Meskipun ditambahkan ke dalam hukum termodinamika setelah tiga hukum lainnya, hukum ke nol biasanya dibahas terlebih dahulu. Ini menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Dengan kata lain, jika dua sistem adalah temperatur yang sama sebagai sistem yang ketiga, maka ketiganya adalah suhu yang sama.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi total sistem tetap konstan, bahkan jika itu diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, energi kinetik – energi yang memiliki obyek ketika bergerak – diubah menjadi energi panas ketika sopir menekan rem pada mobil untuk memperlambatnya. Ada sering menangkap frase untuk membantu orang mengingat hukum pertama termodinamika: “Usaha adalah kalor, dan kalor adalah usaha.” Pada dasarnya, usaha dan panas yang setara.

Hukum kedua termodinamika adalah salah satu hukum yang paling dasar dalam ilmu pengetahuan. Ini menyatakan bahwa panas tidak bisa mengalir ke sistem pada suhu yang lebih tinggi dari sistem pada suhu yang lebih rendah dengan kemauan sendiri. Untuk tindakan tersebut terjadi, usaha harus dilakukan. Jika es batu ditempatkan dalam secangkir air hangat, es batu mencair saat panas air mengalir ke dalamnya. Hasil akhirnya adalah secangkir air yang sedikit dingin. Es batu hanya bisa terbentuk jika menggunakan energi.

Contoh lain dari hukum kedua hanya bekerja dengan penambahan energi dapat dilihat dengan kulkas tua. Dalam hal ini, pendinginan dari dalam kulkas menghangatkan di luar itu. Jadi, usaha yang dilakukan dan usaha membuat kalor. Usaha selesai dengan pompa kulkas.

Hukum kedua termodinamika juga mengatakan bahwa hal-hal dapat aus. Sebagai contoh, jika sebuah rumah bata dibiarkan tidak terawat, akhirnya akan runtuh karena angin, hujan, dingin, dan kondisi cuaca lainnya. Namun, jika tumpukan batu bata jika dibiarkan tanpa pengawasan, tidak akan pernah membentuk sebuah rumah, kecuali usaha akan ditambahkan ke dalam campuran.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi dari suatu sistem ketika mengubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya mendekati nol suhunya mendekati nol pada skala Kelvin. Nol pada skala Kelvin adalah mutlak batas bawah suhu – ketika atom dan molekul memiliki energi paling mungkin. Entropi didefinisikan sebagai ketersediaan energi sistem untuk melakukan pekerjaan. Jadi, berikut bahwa ada skala absolut entropi. Akibatnya, tidak ada sistem nyata yang bisa mencapai nol derajat pada skala Kelvin.