Thermodinamika dan Hukumnya

THERMODINAMIKA berasal dari kata thermos yaitu 'panas' dan dynamic  yang artinya 'perubahan' adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnyadinamakan termostatik.

A.  Usaha dan Proses dalam Termodinamika

Termodinamika adalah ilmu pengetahuan yang membahas tentang hubungan antara panas (kalor) dan usaha yang dilakukan oleh kalor tersebut. Dalam melakukan pengamatan mengenai aliran energi antara panas dan usaha ini dikenal dua istilah, yaitu sistem dan lingkungan.

Apakah yang dimaksud sistem dan lingkungan dalam termodinamika? Untuk memahami penggunaan kedua istilah tersebut dalam termodinamika, perhatikan Gambar berikut :

Bola besi dan air merupakan suatu sistem yang akan diamati. Adapun, udara luar merupakan lingkungannya.

Misalkan, Anda mengamati aliran kalor antara bola besi panas dan air dingin. Ketika bola besi tersebut dimasukkan ke dalam air. Bola besi dan air disebut sistem karena kedua benda tersebut menjadi objek pengamatan dan perhatian Anda. Adapun, wadah air dan udara luar disebut lingkungan karena berada di luar sistem, tetapi dapat memengaruhi sistem tersebut. Dalam pembahasan termodinamika, besaran yang digunakan adalah besaran makroskopis suatu sistem, yaitu tekanan, suhu, volume, entropi, kalor, usaha, dan energi dalam.

Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) terhadap lingkungannya bergantung pada proses -proses dalam termodinamika, di antaranya proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik.

1. Usaha Sistem terhadap Lingkungannya

Bagaimanakah cara menghitung usaha pada gas? Amati  suatu gas yang berada dalam tabung dengan penutup berbentuk piston yang dapat bergerak bebas, seperti terlihat pada gambar

Ketika gas ideal di dalam tabung dipanaskan,gas tersebut memuai sehingga piston berpindah sejauh Δs.

Ketika gas tersebut dipanaskan, piston akan berpindah sejauh Δs karena gas di dalam tabung memuai dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂. Gaya yang bekerja pada piston adalah F = pA. Jika luas penampang piston (A) dan tekanan gas dalam tabung (P) berada dalam keadaan konstan, usaha yang dilakukan oleh gas dinyatakan dengan persamaan

W = pA Δs

Oleh karena A Δs = ΔV, persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis menjadi :

W = p ΔV

            atau

W = p(V2 – V1)

                       

Keterangan :

p = tekanan gas (N/m2),

ΔV = perubahan volume (m3), dan

W = usaha yang dilakukan gas (joule).

Nilai W dapat berharga positif atau negatif bergantung pada ketentuan berikut.

a.       Jika gas memuai sehingga perubahan volumenya berharga positif, gas (sistem) tersebut dikatakan melakukan usaha yang menyebabkan volumenya bertambah. Dengan demikian, usaha W sistem berharga positif.

b.      Jika gas dimampatkan atau ditekan sehingga perubahan volumenya berharga negatif, pada gas (sistem) diberikan usaha yang menyebabkan volume sistem berkurang. Dengan demikian, usaha W pada tersebut sistem ini bernilai negatif.

2. Proses dalam Termodinamika

2.1  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 tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V2 – V1)

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.

2.2  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.

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).

Terdapat empat proses dalam gas pada bahasan termodinamika, yaitu proses Isotermal, Isobarik, Isokhorik dan Adiabatik. Usaha yang terdapat pada gas yang mengalami proses-proses termodinamika tersebut akan diuraikan sebagai berikut.

a.      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).

b.      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

c.       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.  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).

d.      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.

3. Hukum Termodinamika 1

Suhu gas berhubungan dengan energi kinetik yang dimiliki oleh gas tersebut. Perubahan energi dalam dapat terjadi jika terjadi perubahan suhu (energi dalam akan meningkat jika suhu gas (sistem) meningkat atau pada gas diberikan kalor). Apakah perubahan energi dalam dapat terjadi pada gas yang diberi atau melakukan usaha mekanik?

Hubungan antara kalor yang diterima atau dilepaskan suatu sistem, usaha yang dilakukan pada sistem, serta perubahan energi dalam sistem yang ditimbulkan oleh kalor dan usaha tersebut dijelaskan dalam Hukum Pertama Termodinamika.

Hukum Pertama Termodinamika adalah perluasan bentuk dari Hukum Kekekalan Energi dalam mekanika. Hukum ini menyatakan bahwa: "Jumlah kalor pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem tersebut ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem."

Dengan demikian, meskipun energi kalor sistem telah berubah menjadi energi mekanik (usaha) dan energi dalam, jumlah seluruh energi tersebut selalu tetap. Secara matematis, Hukum Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W

         

dengan: 

Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem,

ΔU = U2 — U1 = perubahan energi dalam sistem, dan

W = usaha yang dilakukan sistem.

Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan tersebut adalah sebagai berikut.

1. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.

2. Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif

3. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif

4. Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif

Tugas Mata Kuliah Thermodinamika, Ir. Selastia Yuliati, M.Si.

Job Interview Questions (Sample)

1.      "Tell me about yourself..."

Be prepared to talk for two minutes about yourself. Be logical. Start anywhere, such as high school, college or your first professional position. The interviewer is trying to evaluate your communication skills and linear thinking. You may try to score a point or two by describing a major personal attribute.

2.      "Why are you leaving your current position?"

This is a very critical question. Don't bad mouth your previous employer or co-workers or sound too opportunistic. It's fine to mention major problems, a buy-out or a shutdown. You may want to state that after long personal consideration, your chance to make a contribution is very low due to extensive company-wide changes.

3.      "What do you consider your most significant accomplishment?"

A good answer to this question can get you the job. Prepare extensively—discuss hard work, long hours, pressure and important company issues at stake. You may want to tell a two minute detailed story, discussing personal involvement.

4.      "Why do you believe you are qualified for this position?"

Pick two or three main factors about the job and about yourself that are most relevant. Discuss for two minutes, including specific details. You may mention a technical skill, a management skill and/or a personal success story.

5.      "Have you ever accomplished something you didn't think you could?"

The interviewer is trying to determine your goal orientation, work ethic, personal commitment and integrity. Prepare a good example where you overcame difficulties and succeeded. Prove that you're not a quitter.

6.      "What do you like/dislike most about your current or last position?"

The interviewer is trying to determine compatibility with the open position. Be careful; don't say you dislike overtime, like management, or get too detailed. It's safe to say that you like challenges, pressure situations, opportunities to grow, or that you dislike bureaucracy and frustrating situations.

7.      "How do you handle pressure? Do you like or dislike these situations?"

High achievers tend to perform well in high-pressure situations. Conversely, these questions could imply that the open position is pressure-packed and out of control. Know what you're getting into. If you do perform well under stress, provide a good, detailed example. Be descriptive.

8.      "The sign of a good employee is the ability to take initiative. Can you describe a situation where you did this?"

The proactive, results-oriented person doesn't have to be told what to do. To convince the interviewer you possess this trait, give a series of short examples describing your self-motivation. Discuss one example in-depth, describing the extra effort, your strong work ethic
and your creative, resourceful side.

9.      "What was the worst/most embarrassing situation of your career? How would you have done things differently with 20/20 hindsight?"

Your interviewer wants to know how introspective you are, and to see if you can learn from your mistakes. Don't be afraid to talk candidly about your failures, especially if you learned something significant from them.

10.  "How have you grown or changed over the past few years?"

Maturation, increased technical skills and increased self-confidence are important developmental aspects. To discuss these effectively is indicative of a well-balanced, intelligent individual. Overcoming personal obstacles or recognising manageable weaknesses can help identify you as an approachable and desirable employee.

11.  "What do you consider your most significant strength?"

Know your key five or six strengths—the ones most compatible with the job opening. Discuss each with specific examples. Don't include your management or interpersonal skills unless you can describe specific examples of good management, or how your relationship skills have been critical to your success.

12.  "Deadlines, frustrations, difficult people and silly rules can make a job difficult. How do you handle these types of situations?"

Most companies, unfortunately, face these problems daily. If you can't deal with petty problems, you'll be seen as uncooperative. How you overcome these are important. Diplomacy, perseverance and common sense will prevail in difficult circumstances.

13.  "One of our biggest problems is… What has been your experience with this? How would you deal with it?"

Think on your feet. Ask questions to get more details and break the problem into subsections. It is highly likely that you will have had some experience dealing with the subsections. Answer these and summarise the total. If you can't answer directly, state how you would go about solving the problem. Be specific and show your organisational and analytical skills.

14.  "How has your technical ability been important in accomplishing results?"

A potential employee needs a strong level of technical competence. Most strong managers have good technical backgrounds. Describe specific examples of your technical abilities, and how you resolved a technical issue.

15.  "How would you handle a situation with tight deadlines, low employee morale and inadequate resources?"

Your interviewer is looking for strong management skills. You need to be creative and describe your toughest management task, even if it doesn't meet all the criteria. Most situations don't. Organisational and interpersonal skills, handling pressure and good handling of this question are indicative of effective management skills.

16.  "Are you satisfied with your career to date? What would you change if you could?"

Be honest. The interviewer wants to know if you'll be happy. Are you willing to make some sacrifices to get your career on the right track? Your degree of motivation is an important selection factor.

17.  "What are your career goals? Where do you see yourself five or ten years from now?"

Be realistic! Pie-in-the-sky goals label you as immature. One or two management jumps in 3-5 years is a reasonable goal. If your track record indicates you're in line for senior management in 10 years, then mention it. If you've had a rocky road, be introspective.

18.  "Why should we hire you for this position? What kinds of contributions would you make?"

This is a good chance to summarise. By now, you should know the key problems. Restate and show how you would address them. Don't be arrogant—instead demonstrate a thoughtful, organised and strong attitude.

Tugas Mata Kuliah Bahasa Inggris, Dra. Risnawati, M.Pd.