Filosofi Termodinamika – Properti, Proses, dan Persamaan

Materi yang berada dalam suatu sistem termodinamika dapat hadir dalam beberapa fase,sebagai padatan,cairan,atau gas. Fase adalah suatu kuantitas dari materi yang memiliki komposisi kimiawi yang sama secara menyeluruh. Batas-batas fase memisahkan berbagai fase dalam campuran (mixture). Properti adalah suatu kuantitas yang kita pakai untuk mendeskripsikan suatu sistem. Keadaam dari suatu sistem adalah kondisinya yang terdapat deskripsi dengan cara memberikan nila-nilai tertentu untuk properti-propertinya pada suatu waktu tertentu.

Properti dan keadaan (state) dari suatu sistem termodinamika

Properti intensif adalah properti yang tidak bergantung pada massa dari sistemnya, contohnya tempertaur,tekanan, densitas dan kecepatan karena properti-properti ini berlaku untuk seluruh sistem tersebut, atau bagian-bagian dari sistem tersebut Properti ektensif adalah properti yang nilainya bergantung pada ukuran sistem, seperti massa dan volume. Sebagai contoh, bila sistem kita bagi dua, maka massa masing-masing subsistem akan menjadi setengah dari ukuran sistem keseluruhan (Craig, W, 2008). Tidak semua property bersifat independent, sebagai contoh adalah densitas. Densitas merupakan massa persatuan volume. Demikian pula dengan volume jenis atau spesific volume yang kita definisikan sebagai volume persatuan massa. Contoh lain adalah spesific gravity atau densitas relatif, yakni perbandingan antara densitas dari suatu substansi terhadap densitas substansi standar pada suhu tertentu.

Perubahan dalam berbagai fungsi termodinamika yang menyertai reaksi (entropi, entalpi, dan energi bebas)

Berbagai fungsi termodinamika yang menyertai reaksi seperti entropi, entalpi , dan energi bebas, sering kali berguna untuk mengetahui besaran secara terpisah untuk setiap bahan yang masuk ke dalam reaksi. Misalnya, jika entropi kita ketahui secara terpisah untuk reaktan dan produknya, maka perubahan entropi untuk reaksinya hanyalah selisihnya (Britania,Thermodynamic).

Entropi merupakan fungsi keadaan dan dapat kita anggap sebagai ukuran keteraturan suatu sistem. Perubahan entropi sistem (∆S) ketika sejumlah kalor kita berikan kepadanya dengan proses reversible pada temperatur konstan. Entropi merupakan fungsi keadaan dan dapat kita anggap sebagai ukuran keteraturan suatu sistem. Perubahan entropi sistem (∆S) ketika sejumlah kalor kita berikan kepadanya dengan proses reversible pada temperatur konstan.

Proses Irreversible maupun Proses Reversible

Maka berdasarkan rumus di atas,menyatakan bahwa seluruh alam semesta akan bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur, tidak terencana, dan tidak terorganisir (Giancoli, 2001). Entropi adalah satu besaran termodinamika terkait perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Alam secara subatomik seakan mengelak untuk diketahui oleh manusia (Jumini Sri, 2016). Sehingga terkesan semakin tidak teratur. Suatu besaran adalah sebuah sifat jika, dan hanya jika, perubahan nilai yang terjadi antara dua keadaan tidak tergantung pada proses.

Karena entropi merupakan sebuah sifat, maka perubahan sistem yang berlangsung dari keadaan satu ke keadaan lain, mempunyai nilai yangsama untuk semua proses, baik proses irreversible maupun proses reversible. Jika sistem berubah menuju keadaan lain dengan entropi yang sama, maka proses pada sistem merupakan proses adiabatik reversibel. Proses reversibel ialah kita dapat kembali keadaan sebelumnya tanpa adanya perubahan pada sistem.

Proses reversibel kita sebut juga proses ideal, karena harus kita lakukan pada keadaan adiabatis yakni tidak ada interaksi antara lingkungan dan sistem. Ada dua syarat penting agar terjadinya proses reversibel, yakni 1) terjadi pada waktu yang sangat singkat dari titik setimbang satu ke titik setimbag lain (infinitesimally amount of time), 2) keadaan awal dan keadaan akhir harus setimbang satu sama lain. Pada kehidupan sehari-hari tidak pernah terjadi proses reversibel yang sempurna, hanya mendekati. entropi menentukan arah suatu proses terjadi, berarti proses yang kita alami hampir semuanya satu arah. Karena alam semesta secara keseluruhan merupakan sistem terisolasi (tak ada sesuatu di luar alam semesta) dan proses di dalmnya dapat di katakan irreversibel,

maka perubahan entropi alam semesta dari waku ke waktu selalu bertambah. Termodinamika selain mengenal energi internal U, juga mengenal fungsi yang kitanamakan Fungsi Energi Bebas. Ada dua jenisnya, yang satu kita sebut Fungsi Energi Bebas Helmholt (Helmholtz Free Energy), yang satunya lagi di kenal dengan nama Fungsi Energi Bebas Gibbs (Gibbs Free Energy). Energi bebas, yang nilainya berbeda dengan energi internal U, di sebabkan karena tidak semua energi yang terkandung dalam U itu bebas untuk kita gunakan. Energi bebas Helmholtz, biasanya kita beri lambang F, nilainya.

Entropi dan Arah Waktu

Konsep arah waktu berkaitan erat dengan setelah kemunculan termodinamika Boltzmann. Setelah kemunculan konsep entropi terutama entropi Boltzmann, para ilmuwan heran kenapa suatu proses cenderung untuk bergerak ke satu sisi arah saja, kenapa tidak bisa ke arah sebaliknya. Kebingungan ini membuahkan konsep time-asymmetry. singkatnya, secara garis besar termodinamika boltzmann mengatakan kita hanya dapat bergerak lurus ke masa depan dengan entropi yang semakin meningkat, dan tidak mungkin untuk ke keadaan sebelumnya, dengan entropi yang lebih rendah (Borge Holthoefer, dkk , 2016).

Bahasa Matematika dalam Termodinamika

Hukum pertama termodinamika kemudian mengasumsikan bentuk diferensial 

Karena U adalah fungsi keadaan, jumlah yang sangat kecil dU harus merupakan diferensial yang tepat, yang berarti bahwa integral hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem. Sebaliknya, besaran 

bukanlah perbedaan yang tepat, karena integralnya dapat kita evaluasi hanya jika jalur yang menghubungkan keadaan awal dan akhir kita tentukan. Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, “Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar”.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi sebuah sistem pada nol mutlak adalah konstanta yang terdefinisikan dengan baik. Ini karena sistem pada suhu nol berada dalam keadaan dasarnya, sehingga entropinya kita tentukan hanya oleh degenerasi dari keadaan dasar.

Persamaan Keadaan Sistem

Sebagai hubungan fungsional yang menghubungkan berbagai parameter yang diperlukan untuk menentukan keadaan sistem. Persamaan keadaan kemudian mengambil bentuk persamaan yang berkaitan dengan P , V , dan T , sehingga jika ada dua yang ditentukan, yang ketiga ditentukan PV = nRT di mana n adalah jumlah mol dari gas dan R adalah konstanta gas universal, 8,3145 joule per K. Dalam Sistem Satuan Internasional , energi diukur dalam joule , volume dalam meter kubik (m³ ), gaya dalam newton (N), dan tekanan dalam pascal (Pa) , dimana 1 Pa = 1 N / m ² .

Kapasitas Panas dan Panas Spesifik

Perbedaan utama antara kapasitas panas dan panas spesifik adalah bahwa kapasitas panas tergantung pada jumlah zat sementara kapasitas panas spesifik tidak tergantung padanya. Lebih lanjut, ketika mempertimbangkan teori, kapasitas panas dari jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu suatu zat sebesar 1°C atau 1K sementara panas spesifik adalah panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu 1g zat dengan 1°C atau 1K.

REFERENSI :

Giancolli, D. C., 2001. Fisika I Edisi Kelima Alih Bahasa: Yuhilza Hanum. Jakarta: Erlangga . hal. 535

Holthoefer-Borge, J., Perra, N., Goncalves, B., Gonzalez-Bailon, S., Arenas, A., Moreno, Y., & Vespignani, A., 2016. “The Dynamics of Informationdriven Coordination Phenomena: A Transfer Entropy Analysis”,Reseach Article, 2, hal 1-8.).

Helmenstine, Anne Marie. “Kapasitas Panas Khusus dalam Kimia.” ThoughtCo, 21 Maret 2019

Merle c. Potter, ph.d., craig w. Somerton, ph.d., 2008. Schaum’s: termodinamika teknik ed.2. Jakarta : Erlangga.

https://www.britannica.com/science/thermodynamics/Thermodynamic–properties–and–relations akses 30 Oktober 2020 jam 21.02 WIB

Sri Jumini. 2016. Ketidakpastian Heisenberg dalam Peristiwa Isro’ mi’roj.Seminar Nasional Pendidikan Sains. Surakarta, 469.)