Dalam termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem adalah benda atau sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan menjadi pusat perhatian. Sedangkan lingkungan adalah benda-benda yang berada diluar dari sistem tersebut. Sistem bersama dengan lingkungannya disebut dengan semesta atau universal. Batas adalah perantara dari sistem dan lingkungan. Contohnya adalah pada saat mengamati sebuah bejana yang berisi gas, yang dimaksud dengan sistem dari peninjauan itu adalah gas tersebut sedangkan lingkungannya adalah bejana itu sendiri.
Kajian termodinamika secara formal dimulai sejak awal abad ke 19 walaupun berbagai aspek termodinamika telah dipelajari sejak dahulu kala. Kata termodinamika berasal dari bahasa yunani therme berarti kalor dan dynamics berarti kakas. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda panas menghasilkan usaha/kerja. Namun sekarang ini pengertian termodinamika telah berkembang, termodinamika diartikan sebagai ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat (properties) fisis materi. Energi muncul dalam berbagai bentuk seperti energi listrik, energi magnet, energi yang digunakan untuk memanaskan air, energi untuk memindahkan objek, dan lain sebagainya. Dalam termodinamika, kalor dan usaha merupakan dua bentuk energi yang paling banyak dan paling utama dipelajari.
Aplikasi Termodinamika
Penerapan prinsip dan metode termodinamika membentang di seluruh kehidupan manusia. Perkembangan teknologi telah memacu manusia untuk memanfaatkan energi dan kemaslahatan bersama. Alam telah menunjukkan bagaimana kerja dapat diubah menjadi kalor dapatdiubah menjadi kerja dengan sebuah mesin. Namun sebagian kalor masih terbuang secara percuma ketika mesin bekerja dalam siklus. Ini adalah tantangan bagi manusia bagaimana memperkecil kalor yang terbuang dan meningkatkan kamampuan melakukan kerja dari sebuah mesin.
Alam juga menunjukkan kesatuarahan dalam proses. Kerja dapat diubah menjadi kalor secara spontan namun kalor tidak dapat berubah menjadi kerja secara spontan. Kalor selalu berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah dengan sendirinya namun proses sebaliknya tidak dapat terjadi dengan sendirinya.
Oleh karena itu manusia menciptakan mesin-mesin untuk mengubah kalor menjadi kerja yang diacu sebagai mesin kalor danmesin-mesin untuk memindahkan kalor dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi yang diacu sebagai mesin pendingin. Berbagai contoh mesin-mesin kalor dan mesin-mesin pendingin yang menggunakan prinsip-prinsip termodinamika dalam perancangannya adalah mesin pembakaran internal, pembangkit listrik energi nuklir dan konvensional, mesin turbo, sistem pengkondisi udara dan refrijerasi, sistem penggerak propulsi roket, misla peswata terbang, kapal, dan kendaraan darat, sistem magnet dan listrik dan sistem termolistrik.
Gambar Diagram skematik pembangkit daya uap
Pada gambar diperlihatkan diagram skematik sebuah pembangkit daya uap. Pembangkit dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas alam, nuklir, energi terbarukan, geothermal, dan panas pembuangan dari pembangkit energi gas sebagai sumber energi. Fungsi pembangkit adalah untuk mengkonversikan sebanyak mungkin energi bahan bakar menjadi energi listrik kemudian mengirimkan energi listrik melalui kawat trasmisi ke pada para konsumen. Oleh karena itu peningkatan efisiensi pusat pembangkit tenaga listrik menjadi tujuan pokok yang ingin dicapai.
Pemeriaan Makroskopik Dan Mikroskopik
Dalam meneliti gejala alam biasanya kita memusatkan perhatian pada satu bagian materi yang akan dipelajari, kita dipisahkan dari lingkungannya. Sejumlah tertentu dari bahan yang sedang diteliti disebut sistem. Permukaan batas sistem dapat nyata atau imajiner, dapat diam atau bergerak, dapat berubah ukuran atau bentuknya. Segala sesuatu di luar sistem yang mempunyai pengaruh langsung terhadap sifat sistem disebut lingkungan. Terdapat dua pandangan untuk menyelidiki perilaku sistem atau interaksinya dengan lingkungan atau keduanya yaitu pandangan mikroskopik dan pandangan makroskopik.
Misalnya kita mempunyai sebuah sistem mengandung 1023atom pada tekanan dan suhu atmosfer. Untuk memerikan posisi dari setiap atom pada sistem ini diperlukan tiga buah koordinat dan untuk memerikan keecepatan setiap atom kita memerlukan tiga komponen kecepatan. Jadi untuk memerikan perilaku sistem ini secara lengkap diperlukan sekurang-kurangnya 6 x 1023 persamaan. Jumlah persamaan yang sangat banyak, begitu banykanya sehingga belum selesai ditulis semuanya, berbagai sifat telah berubah harganya. Meskipun dengan menggunakan bantuan komputer yang berkecepatan sangat tinggi, menyelellsaikan sekian banyak persamaan hampir mustahil dapat dilakukan walaupun demikian terdapat dua pendekatan yang dapat digunakan untuk mengurangi jumlah persamaan dan peubahnya agar dapat diselesaikan secara relative mudah. Pendekatan pertama adalah pendekatan statistic yang di dasarkan pada perilaku statistic dari sejumlah besar molekul. Pendekatan pertama ini digunakan dalam disiplin ilmu yang dikenal sebagai teroi kinetic dan mekanika statistic.
Dalam mekanika statistic, teori kuantum digunakan untuk menjelaskan tentang atom-atom. Disini kita meninjau besaran-besaran yang menjelaskan tentang atom-atom dan molekul-molekul yang membentuk sistem tersebut seperti laju, massa, momentum, sifatnya selama tumbukan dan lain sebagainya. Sifat-sifat mikroskopik ini tidak langsung didasarkan pada penerimaan indera kita. Pemerian yang mengacu pada sifat-sifat mikroskopik disebtu dengan pemerian mikroskopik.
Pendekatan kedua menggunakan pandangan makroskopik. Pada pendekatan makroskopik, perilaku sistem dipelajari tanpa memerlukan hipotesisi mengenai struktur materi dalam skala atomic dan interaksi antara atom-atom penyusun materi tersebut. Pendekatan seperti ini seringkali disebut sebagai termodinamika klasik.
Misalkan ditinjau sebuah tabung yang dilengkapi denga piston berisi gas. Gas dalam tabung dipilih sebagai sistem dan piston sebagai lingkungannya. Sifat gas dipengaruhi oleh aksi piston dan kita harus memilih besaran-besaran yang sesuai yang dapat diamati untuk menjelaskan sifat gas tersebut. Besaran-besaran ini diacu sebagai cirri umum atau sifat kasar sistem. Pemerian sistem berdasarkan ciri umum disebut pemerian makroskopik. Banyak besaran makroskopik yang terukur (seperti tekanan, volume, dan suhu) langsung didasarkan pada penerimaan indera kita.
Besaran makroskopik yang dapat diukur secara langsung atau dihitung berdasarkan pengukuran lain sebenarnya merupakan rata-rata statistik perilaku sejumlah besar partikel atau rata-rata terhadap selang waktu tertentu dari sejumlah ciri khas mikrsokopik. Sebagai contoh, tekanan gas dapat diindera dan diukur secara langsung dengan menggunakan manometer. Secara pandangan mikroskopik, tekanan dihubungkan dengan kecepatan rata-rata pergeseran terus menerus dari pergerakan molekul gas pada permukaan manometer yang memberikan momentum pada zalir manometer persatuan luas.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar