jenis jenis sistem termodinamika

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. Sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

 Sistem yang tidak mengakibatkan terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya : air yang disimpan dalam termos. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
            Termos Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju lingkungan maupun sebaliknya.2. Mesin kendaraan bermotor Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

1.    Sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkanh sebagai sifat pembatasnya:

Ø  pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

Ø  pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

                   Pada Sistem tertutup  terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang dapat keluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam bentuk panas atau kerja.   Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon. Selain itu Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja.

2.    Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan  pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

            Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pecampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

            Sistem terbuka yaitu terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Dalam sistem terbuka, energi dan masa dapat keluar sistem atau masuk kedalam sistem melewati batas sistem. Sebagian besar mesinmesin konversi energi adalah sistem terbuka. Sistem mesin motor bakar adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistemmelalui knalpot. Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan lain-lain adalah merupakan sistem thermodinamika terbuka, karena secara simultan ada energi dan masa keluar-masuk sistem tersebut.

SISTEM DAN PERSAMAAN KEADAANNYA

Persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang.  Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi.

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).  Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.  Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.  Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Di dalam fisika dan termodinamika, persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang.

Ø  Keadaan seimbang mekanis : Sistem berada dalam keadaan seimbang mekanis, apabila resultan semua gaya (luar maupun dalam) adalah nol

Ø  Keadaan seimbang kimiawi : Sistem berada dalam keadaan seimbang kimiawi, apabila didalamnya tidak terjadi perpindahan zat dari bagian yang satu ke bagian yang lain (difusi) dan tidak terjadi reaksi-reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semulanya ; tidak terjadi pelarutan atau kondensasi. Sistem itu tetap komposisi maupun konsentrasnya.

Keadaan seimbang termal : sistem berada dalam keadaan seimabng termal dengna lingkungannya, apbiala koordinat-kooridnatnya tidak berubah, meskipun sistem berkontak dengan ingkungannnya melalui dinding diatermik. Besar/nilai koordinat sisterm tidak berubah dengan Ø  perubahan waktu.

Ø  Keadaan keseimbang termodinamika : sistem berada dalam keadaan seimbang termodinamika, apabila ketiga syarat keseimbangan diatas terpenuhi. Dalam keadan demikian keadaan keadaan koordinat sistem maupun lingkungan cenderung tidak berubah sepanjang massa. Termodinamika hanya mempelajari sistem-sistem dalam keadaan demikian.

Dalam keadan seimbang termodinamis, hanya dua diantara ketiga koordinat sistem merupakan variabel bebas.

Contoh : Sistem = penjumlahan gas dalam bejana. Perhatikan tiga koorinatnya P, V dan T (dari jumlah 8 yang ada). Kalau V dan T ditentukan terlebih dahulu secara bebas (misal gas dimasukkan dalam bejana tertentu, dan dipanasi sampai suhu tertentu), maka tekannya sudah memiliki nilai tertentu tidak dapat dapat kita tentukan secara bebas. Berlaku : f(P,V,T)=0 disebut persamaan keadaan gas.

Beberapa sistem termodinamika (Jumlah partikel tetap) :

o   Sistem hidrostatik

Sistem hidrostatik = gas, cairan, padatan (atau campurannya) suatu zat kimiawi, tanpa memperhatikan sifat listrik dan sifat magnetiknya.

Disebut zat murni, apabila terdiri atas 1 senyawa kimiawi saja,misal H₂O Disebut zat tak murni, apabila terdiri atas campuran atas beberapa zat murni, misalnya O₂ dan N₂.

Persamaan keaadaanya : f(P,V,T)=0 misalnya PV=nRT, disebut persamaan gas ideal.

     

• Sistem paramagnetik 

Sistem paramagnetik = gas, cairan, padatan (atau campurannya) dari zat yang bersifat paramagnetik, seperti Al, Ca, Cr, Mg dll. Atom-atom ini memiliki momen (atau dipol) magnetik  (atau Pm) tertentu dan karenanya merupakan magnet kecil disebut magnet elementer. Momen magnet ini bersumber pada elektron yang mengelilingi inti dalam kulit (atau subkulit) yang tidak penuh seluruhnya. Momen magnet atom dinyatakan dalam satuan (nol) SI yang disebut magneton Bohr . Pertama-tama sistem paramagnetik mamiliki suatu koordinat yakni besaran-besaran yang menyatakan kuat medan magnet luar, disebut induksi magnet B

•    Sistem dielektrik

Apabila zat dielektrik dimasukkan dalam medan magnet έ , terjadilah polarisasi atom (atau molekkul) didalamnya, yakni karena imbas medan listrik luar itu, pusat muatan positif inti dan elektron atom tidak lagi berimpit, melainkan agak tegeser, hingga atom (molekul) menyerupai dipol listrik kecil.

Benda dielektrik secara kesluruhan memiliki apa yang disebut polarisasi P , yang secara termodinamis merupakan salsah satu koordinat sistem dielektrik. Koordinat yang lain tentunya medan listrik  , karena mereka saling mempengaruhi

•  Dawai tegang

Dawai yang diberi tegangan juga dapat dilihat sebagai suatu sistem termodnamika.

o   Selaput tipis (thin layer), misalnya minyak diatas air

o   Sel listrik (aki)