Variabel keadaan dalam termodinamika

Mengapa Anda merasa lebih hangat saat Anda menggosok kedua telapak tangan di pagi hari? Ini terjadi karena menggosok telapak tangan kita menghasilkan kalor. Juga pada mesin uap, kita menggunakan panas uap untuk memindahkan piston, karena roda kereta berputar. Tapi apa proses sebenarnya di balik ini? Nah, ini terjadi karena ‘termodinamika’. Mari kita pelajari lebih lanjut di bawah ini.

Apa itu Termodinamika?

Mari kita pecahkan kata termodinamika menjadi dua kata, termo dan dinamika. ‘Thermo’ adalah singkatan dari kalor sementara ‘dinamika’ digunakan sehubungan dengan gerakan mekanis yang melibatkan ‘usaha’. Termodinamika adalah cabang fisika yang membahas hubungan antara kalor dan bentuk energi lainnya.sistem termodinamika

Sekarang jumlah yang menentukan kondisi sistem? Ini adalah tekanan, volume, suhu, massa atau komposisi, energi internal, dll. Besaran ini disebut sebagai variabel keadaan dan hanya diukur pada kesetimbangan. Sistem yang kita pelajari dalam termodinamika terdiri dari sejumlah besar atom atau molekul yang berinteraksi dengan cara rumit . Tetapi, jika sistem ini memenuhi keseimbangan yang tepat, mereka dapat digambarkan dengan sejumlah kecil pengukuran atau angka.

Sistem

Dalam termodinamika, sistem didefinisikan sebagai ruang atau area tertentu tempat studi transfer energi dan konversi energi dilakukan.

  • Sistem terbuka: Sistem tempat massa dan energi dapat melintasi batas sistem.
  • Sistem tertutup: Sistem di mana massa tidak melewati batas sistem, meskipun energi dapat melakukannya.
  • Sistem terisolasi: Sistem di mana tidak ada masa maupun energi yang melewati batas sistem.

Batas

Sistem dan lingkungan dipisahkan oleh batas. Mungkin diperbaiki atau dipindah atau imajiner. Ini tidak akan menempati volume atau massa apa pun pada ruang.

Lingkungan

Apa pun di luar sistem yang mempengaruhi perilaku sistem dikenal sebagai lingkungan.

Kalor

Kalor adalah energi yang ditransfer antar zat atau sistem karena perbedaan suhu di antara mereka. Sebagai bentuk energi, kalor kekal yang artinya tidak dapat dibuat atau dihancurkan. Namun, dapat ditransfer dari satu tempat ke tempat lain. Kalor juga dapat dikonversi ke dan dari bentuk energi lainnya.

Misalnya, turbin uap dapat mengubah panas menjadi energi kinetik untuk menjalankan generator yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Bola lampu dapat mengubah energi listrik ini menjadi radiasi elektromagnetik yang, ketika diserap oleh suatu permukaan, diubah kembali menjadi panas. Dengan konvensi, kalor yang diberikan kepada benda  dianggap positif sedangkan yang dikeluarkan dari benda diambil sebagai negatif.

Perjanjian konvensi untuk kalor dalam energi internal: –

  • ΔU dianggap positif jika energi internal sistem meningkat.
  • ΔU dianggap negatif jika energi internal sistem berkurang.

Usaha

Dalam suatu proses, usaha yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem tidak hanya bergantung pada kondisi awal dan akhir sistem tetapi juga pada jalur yang diadopsi untuk proses tersebut. Usaha dilakukan ketika suatu gaya yang bekerja pada suatu sistem memindahkan benda ke arahnya sendiri. Usaha ‘W’ yang dilakukan pada atau oleh suatu sistem adalah hasil kali dari gaya dan perpindahan.

Sebagai contoh, seorang pria yang mendorong mobil mungkin merasa bahwa dia melakukan banyak usaha, tetapi tidak ada usaha yang benar-benar dilakukan kecuali mobil itu bergerak. Usaha yang dilakukan adalah produk dari gaya yang diterapkan oleh manusia dikalikan dengan jarak di mana mobil bergerak. Jika tidak ada gesekan dan permukaannya rata, maka mobil, setelah bergerak, akan terus berputar tanpa batas dengan kecepatan konstan. Mobil yang berputar memiliki energi gerak kinetik yang sama dengan usaha yang diperlukan untuk mencapai kondisi gerak itu.

Energi dalam

Energi dalam hanyalah jumlah energi kinetik dan energi potensial dari molekul. Kita menyatakan energi dalam sistem oleh U. Energi yang dimiliki oleh atom atau molekul berdasarkan gerak mereka adalah energi kinetik. Karena ada gaya tarik-menarik antara dua molekul, mereka memiliki beberapa energi potensial. Jumlah total energi kinetik dan potensial atom atau molekul yang membentuk suatu sistem adalah energi dalam dari sistem.

Energi internal suatu sistem tergantung pada keadaan sistem. Energi ini memiliki nilai yang pasti untuk keadaan termodinamika tertentu. Ini bukan besaran yang bisa diukur. Jika suatu sistem mulai dari satu keadaan melewati keadaan yang berbeda dan akhirnya kembali ke keadaan awal, maka perubahan energi internalnya akan menjadi nol.

Kesetimbangan termal

Suatu keseimbangan dibagi menjadi tiga kategori berikut. Dalam termodinamika, kita hanya berurusan dengan konsep kesetimbangan termal. Dua sistem berada dalam kesetimbangan termal jika tidak ada perpindahan kalor di antara mereka dan keduanya memiliki suhu yang sama.

Pertanyaan Untuk Anda

Suhu di bagian bawah air terjun tinggi lebih tinggi daripada di bagian atas karena

a. dengan sendirinya kalor mengalir dari suhu tinggi ke rendah.

b. perbedaan tinggi menyebabkan perbedaan tekanan.

c. energi kalor berubah menjadi energi kimia.

d. energi mekanik berubah menjadi energi panas.

Jawab: D