The Law of Thermodynamics Generalities and The Zeroth Law

Jenis Energi dan Hukum Pertama Termodinamika Energi Kinetik: energi yang dimiliki dikarenakan gerakan benda Energi potensial: energi yang dimiliki dikarenakan posisinya pada medan gaya (force field), mis: berat dalam medan gravitasi, muatan dalam medan listrik Energi termal: energi yang dimiliki dikarenakan temperature benda Energi yang dimiliki dikarenakan zat penyusunnya seperti senyawa memiliki energi kimia, inti memiliki energi nuklir Energi yang dimiliki oleh benda karena massanya, the relativistic mass-energy equivalence Generator menghasilkan energi listrik Motor menghasilkan energi mekanis

Objek termodinamika adalah untuk mencari hubungan secara logis antara jenis energi dan beragam manifestasinya. Hukum termodinamika mengatur transformasi satu jenis energi ke energi lainnya

Kasus Motor dan Generator Listrik

Dalam generator, energi mekanik hilang dan energi listrik muncul. Jumlah energi listrik "diproduksi" oleh generator, ditambah friction losses, persis sama dengan energi mekanik yang hilang Dalam motor listrik, Energi mekanik yang dihasilkan ditambah dengan friction losses sama persis dengan energi listrik yang disuplai ke motor Hukum termodinamika pertama adalah pernyataan paling umum dari hukum kekekalan energi ini; tidak ada pengecualian terhadap hukum ini

Batasan Konversi Energi Hukum pertama termodinamika tidak menempatkan batasan pada konversi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya Hukum ini hanya mensyaratkan bahwa jumlah total energi sama sebelum dan sesudah konversi Perubahan suatu jenis energi menjadi energi termal dengan jumlah yang sama selalu bisa terjadi Semua jenis energi dapat sepenuhnya diubah menjadi energi panas yang termanifestasikan dalam peningkatan suhu materi, seperti air. Kuantitas energi yang terlibat dapat diukur dengan mengukur kenaikan suhu dari massa air tertentu

Energi juga dapat diklasifikasikan menurut kemampuannya untuk meningkatkan energi potensial dari massa dengan mengangkatnya melawan gaya gravitasi. Hanya sejumlah jenis energi yang dapat sepenuhnya diubah untuk pengangkatan massa melawan gravitasi (misalnya, energi mekanik yang dihasilkan oleh motor listrik). Energi panas dari ketel uap atau energi kimia suatu senyawa hanya dapat diubah sebagian untuk mengangkat suatu massa. Fakta ini yang membawa kita pada hukum kedua termodinamika

Hukum Kedua Termodinamika 𝐸 𝑝 𝐸 𝑝 𝐸 𝑝 𝐸 𝑝 𝐸 𝑘 𝐸 𝑘 𝐸 𝑘 𝐸 𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚 Hukum Kedua Termodinamika

Keterangan Pada kasus bola pertama, jika bola tersebut bersifat elastic maka tidak ada energi yang hilang hanya perubahan dari energi potensial menjadi energi kinetic atau sebaliknya Hukum pertama Termodinamika pada kasus ini simply hukum kekekalan energi mekanis Jumlah energi potensial dan energi kinetic selama pergerakan bola tersebut menurut HK-1 adalah konstan namun tidak menguraikan berapa jumlah energi potensial dan berapa jumlah energi kinetic Pada kasus bola kedua yang jatuh ke air, seolah-olah ada energi yang hilang. Karena bola tidak lagi memiliki energi potensial dan juga energi kinetic Dalam kasus ini, energi potensial bola dikonversi menjadi energi termal dari bola dan air 𝐸 𝑏(𝑘𝑖𝑛) + 𝐸 𝑎(𝑘𝑖𝑛) + 𝐸 𝑏(𝑝𝑜𝑡) + 𝐸 𝑎(𝑝𝑜𝑡) + 𝐸 𝑏(𝑡𝑒𝑟𝑚) + 𝐸 𝑎(𝑡𝑒𝑟𝑚) =𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

Ruang Lingkup Hukum Pertama Jika pada kasus bola pertama kita bisa melihat possibility bola tersebut memperoleh kembali ketinggiannya, maka pada bola kedua kita tidak akan pernah melihat bola keluar dari air Hukum Pertama Termodinamika tidak mengatur dan memprediksi kejadian keluarnya bola dari air Kasus bola dan air tidak semata-mata dilihat dari kacamata kekekalan energi tapi juga harus dikombinasi dengan terminology real process atau proses alamiah Bola jatuh dan menempel diair adalah proses alamiah, sedangkan bola keluar dari air adalah bukan proses alamiah Jika dikombinasi dengan Hukum Pertama, maka kita bisa memprediksi arah proses alamiah dan memperkirakan keadaan kesetimbangan Ruang Lingkup Hukum Pertama

Proses Alami Dan Proses Tidak Alami Pada kasus yang lebih kompleks, misalnya tanki bahan bakar yang dikombinasikan dengan mesin dengan penggerak roda seperti pada kendaraan Proses alami secara berurutan adalah: terbakarnya bahan bakar, dihasilkannya CO2 dan H2O, bergeraknya roda dan kendaraan Hukum Kedua dapat mem-prediksi possible efficiency dari proses konversi energi kimia dari bahan bakar menjadi energi mekanis Foto Ini oleh Penulis Tidak Diketahui dilisensikan atas namaCC BY-SA

Hukum Kedua mem-prediksi bahwa kita tidak bisa membalik proses ini untuk menghasilkan kembali gasoline Contoh yang lebih sederhana tentang pentingnya hukum kedua bagi ahli kimia adalah hukum ini memungkinkan perhitungan posisi kesetimbangan dari setiap reaksi kimia, dan ia mendefinisikan parameter yang mencirikan kesetimbangan (misalnya, konstanta kesetimbangan).

Hukum Ke-Nol Termodinamika Hukum keseimbangan termal, hukum ke-nol termodinamika, adalah prinsip penting lainnya. Pentingnya hukum ini untuk memahami konsep suhu tidak terlalu disadari sampai bagian lain termodinamika telah mencapai keadaan perkembangan yang agak maju Maka hukum ini walaupun diketahui lebih lama, namun dalam kaitan termodinamika baru belakangan disadari sehingga diberi nama Hukum Ke-Nol

Ilustrasi Hukum Ke-Nol Misalkan ada 2 sample gas masing-masing dalam vessel dengan V1 dan V2 dengan tekanan p1 dan p2 Mula-mula system dalam keadaan terisolasi dan dalam kesetimbangan Saat kedua system dijadikan ber-kontak maka ada 2 kemungkinan apakah keduanya saling mempengaruhi atau tidak Jika system tidak saling mempengaruhi maka dinding pemisahnya bersifat insulating atau adiabatic Jika system saling mempengaruhi maka akan ada perubahan tekanan hingga nilai p1 dan p2 tidak ada lagi Posisi bawah mengisyaratkan dinding harus bersifat thermal conducting dan telah terjadi thermal contact yang menghasilkan thermal equllibrium

Kesetimbangan Termal Sistem yang berada dalam kesetimbangan termal akan memiliki temperature yang sama Sistem yang tidak dalam keadaan kesetimbangan termal akan memiliki temperature yang berbeda Hukum ke-Nol memberikan definisi operasional tentang temperature yang tidak tergantung pada physiological sensation terkait panas dan dingin Hukum ini mensyaratkan benda yang berada dalam kesetimbangan termal memiliki hotness yang sama dan thermal contact belum selesai hingga keduanya memiliki panas yang sama atau temperature yang sama