√ Rumus Termodinamika Entropi – Referensi Soal Dan Tanggapan Termodinamika Entropi

Termodinamika

Adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika bekerjasama akrab dengan mekanika statistik di mana kekerabatan termodinamika berasal. Temukan Rumus Termodinamika Entropi di bawah ini.

Dalam bahasa Yunani: thermos = ‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak bekerjasama dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah “termodinamika” biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan kekerabatan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses “super pelan”. Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Sebuah sistem termodinamika. Mesin perluasan tiga kali lipat.

 

Pengertian Entropi

Entropi adalah ukuran pola distribusi energi total sistem dikalangan atom-atom penyusunan.

Jika makin luas distribusinya, maka semakin tersebara dan kurang teratur strukturnya. Sehingga tingkat ketersediaan energi untuk melaksanakan perjuangan semakin rendah. Maka entropi dapat juga dikaitkan dengan tingkat keteraturan sistem dan ketersediaan energi (energi bebas) untuk melaksanakan usaha.

 

Rumus Termodinamika

Hukum Termodinamika I

ΔU = Q − W

Keterangan :

ΔU = perubahan energi dalam (joule)

Q = kalor (joule)

W = perjuangan (joule)

Proses-proses

Isobaris → tekanan tetap

Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0

Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0

Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0

Siklus → daur → ΔU = 0

Persamaan Keadaan Gas

Hukum Gay-Lussac

Tekanan tetap → ^V/_T = Konstan → ^V₁/_T1 = ^V₂/_T2

Hukum Charles

Volume tetap → ^P/_T = Konstan → ^P₁/_T1 = ^P₂/_T2

Hukum Boyle

Suhu tetap → PV = Konstan → P₁V₁ = P₂V₂

P, V, T Berubah (non adiabatis)

^(P₁^V₁⁾ / _(T1) = ^(P₂^V₂⁾ / _(T2)

Adiabatis

P₁V₁ ^γ= P₂V₂^γ

T₁V₁ ^{γ − 1}= T₂V₂^{γ − 1}

γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = ^C_p/_Cv

Usaha

W = P(ΔV) → Isobaris

W = 0 → Isokhoris

W = nRT ln (V₂ / V₁) → Isotermis

W = − ³/₂ nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)

Keterangan :

T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)

P = tekanan (Pa = N/m²)

V = volume (m³)

n = jumlah mol

1 liter = 10⁻³m³

1 atm = 10⁵ Pa ( atau ikut soal!)

Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 = 0,693

Mesin Carnot

η = ( 1 − ^T_r / _Tt ) x 100 %

η = ( ^W / _Q1 ) x 100%

W = Q₁ − Q₂

Keterangan :

η = efisiensi mesin Carnot (%)

T_r = suhu reservoir rendah (Kelvin)

T_t = suhu reservoir tinggi (Kelvin)

W = perjuangan (joule)

Q₁ = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)

Q₂ = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)

 

Rumus Termodinamika Lubang Hitam Entropi

Hukum kedua termodinamika mensyaratkan bahwa lubang hitam mempunyai entropi. Jika lubang hitam tidak membawa entropi, akan memungkinkan untuk melanggar aturan kedua dengan melemparkan massa ke dalam lubang hitam. Peningkatan entropi lubang hitam lebih banyak daripada mengkompensasi penurunan entropi yang dibawa oleh benda yang tertelan.

Persamaan untuk entropi lubang hitam biasanya diberikan dengan rumus: Bekenstein-Hawking menduga bahwa entropi lubang hitam itu

 

yang diana dimana  adalah area cakrawala bencana (event horizon), yang dihitung pada },   yakni konstanta Boltzmann, dan yakni panjang Planck. Hal ini sering disebut sebagai formula Bekenstein-Hawking. BH subscriptus abreviasi dari “black hole” atau “Bekenstein-Hawking”. Entropi lubang hitam sebanding dengan luas cakrawala kejadiannya .

Fakta bahwa entropi lubang hitam juga merupakan entropi maksimal yang sanggup diperoleh oleh Bekenstein yang terikat (dimana Bekenstein terikat menjadi persamaan ) yakni pengamatan utama yang mengarah pada prinsip holografik (sebuah prinsip teori dawai dan properti yang seharusnya dimiliki gravitasi kuantum yang menyatakan bahwa deskripsi volume dari sebuah ruangdapat dianggap sebagai pengkodean pada batas dimensi yang lebih rendah ke wilayah itu—kemungkinan besar sebuah batas serupa-cahaya seperti horison gravitasi).

 

Kecepatan cahaya

Disimbolkan dengan c, yakni sebuah konstanta fisika universal yang penting dalam banyak bidang fisika. Nilai presisinya adalah 299.792.458 meter per detik (kira-kira 3,00×10⁸ m/s)

 

Panjang Planck

Dalam fisika, Panjang Planck, dinotasikan ℓ_P, yakni satuan panjang, sama dengan 1,616199(97)×10⁻³⁵ meter. Satuan ini adalah satuan dasar dalam sistem satuan Planck, dikembangkan oleh fisikawan Max Planck. Panjang Planck sanggup didefinisikan dari 3 konstanta fisika dasar: kecepatan cahaya dalam vakum, konstanta Planck, dan konstanta gravitasi.

Panjang Planck ℓ_P didefinisikan dengan

dengan {\displaystyle c} adalah kecepatan cahaya dalam vakum, G adalah konstanta gravitasi, dan ħ adalah konstanta Planck tereduksi. 2 digit yang diberi tanda kurung merupakan kesalahan standar estimasi.

Panjang Planck sekitar 10⁻²⁰ kali diameter proton (partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1,6 × 10⁻¹⁹ coulomb dan massa 938 MeV (1,6726231 × 10⁻²⁷ kg, atau sekitar 1.836 kali massa sebuah elektron).

 

Konstata gravitasi

Menurut hukum gravitasi universal, gaya tarik (F) antara dua benda proporsional terhadap massa benda (m₁ dan m₂), dan berbanding terbaik proporsional terhadap kuadrat jarak r, (hukum kuadrat terbalik) di antara keduanya:

G, yakni tetapan gravitasi.

Tetapan gravitasi sulit diukur secara akurat. Dalam SSI tahun 2010 direkomendasikan:

dengan standar ketidakpastan relative 1,2×10⁻⁴.

 

Contoh Soal Termodinamika Entropi

1. Sejumlah gas dalam sebuah wadah mengalami pemuaian adiabatik. Berapakah perubahan entropi gas tersebut?

Pembahasan:

Selama proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem (gas). Karena Q = 0 maka ΔS = 0. Entropi sistem tidak berubah alias konstan. Bagaimana dengan aksentuasi adiabatik ? Pada dasarnya sama saja. Selama aksentuasi adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karenanya entropi sistem konstan.

2. Suatu gas ideal mengalami proses siklus menyerupai pada gambar P − V. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah… kilojoule.

A. 200

B. 400

C. 600

D. 800

E. 1000

Pembahasan:

W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda

W = ab x bc

W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule

3. 1,5 m³ gas helium yang bersuhu 27^oC dipanaskan secara isobarik hingga 87^oC. Jika tekanan gas helium 2 x 10⁵ N/m² , gas helium melaksanakan perjuangan luar sebesar…

A. 60 kJ

B. 120 kJ

C. 280 kJ

D. 480 kJ

E. 660 kJ

Pembahasan:

Data:

V₁ = 1,5 m³

T₁ = 27^oC = 300 K

T₂ = 87^oC = 360 K

P = 2 x 10⁵ N/m²

W = PΔV

Mencari V₂ :

^V₂/_T2 = ^V₁/_T1

V₂ = ( ^V₁/_T1 ) x T₂ = ( ^1,5/₃₀₀ ) x 360 = 1,8 m³

W = PΔV = 2 x 10⁵(1,8 − 1,5) = 0,6 x 10⁵ = 60 x 10³ = 60 kJ

4. Suatu gas mempunyai volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume jadinya menjadi 4,5 m³. Jika tekanan gas yakni 2 atm, tentukan perjuangan luar gas tersebut!

(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

Pembahasan:

Data:

V₂ = 4,5 m³

V₁ = 2,0 m³

P = 2 atm = 2,02 x 10⁵ Pa

Isobaris → Tekanan Tetap

W = P (ΔV)

W = P(V₂ − V₁)

W = 2,02 x 10⁵ (4,5 − 2,0) = 5,05 x 10⁵ joule

5. ²⁰⁰⁰/₆₉₃ mol gas helium pada suhu tetap 27^oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan perjuangan yang dilakukan gas helium! 

Pembahasan:

Data:

n = ²⁰⁰⁰/₆₉₃ mol

V₂ = 5 L

V₁ = 2,5 L

T = 27^oC = 300 K

Usaha yang dilakukan gas :

W = nRT ln (V₂ / V₁)

W = (²⁰⁰⁰/₆₉₃ mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( ^{5 L} / _{2,5 L} )

W = (²⁰⁰⁰/₆₉₃) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule

6. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka perjuangan yang dihasilkan adalah…

A. 120 J

B. 124 J

C. 135 J

D. 148 J

E. 200 J

Pembahasan:

Data:

η = ( 1 − ^T_r / _Tt ) x 100 %

Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :

η = ( 1 − ⁴⁰⁰/₆₀₀) = ¹/₃

η = ( ^W / _Q1 )

¹/₃ = ^W/₆₀₀

W = 200 J

7. Suatu mesin Carnot, kalau reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…%

A. 50,0

B. 52,5

C. 57,0

D. 62,5

E. 64,0

Pembahasan:

Data pertama:

η = 40% = ⁴ / ₁₀

T_t = 400 K

Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (T_r) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:

η = 1 − (^Tr/_Tt)

⁴ / ₁₀ = 1 − (^Tr/₄₀₀)

(^Tr/₄₀₀) = ⁶ / ₁₀

Tr = 240 K

Pembahasan:

Data kedua:

Tt = 640 K

Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)

η = ( 1 − ^Tr/_Tt) x 100%

η = ( 1 − ²⁴⁰/₆₄₀) x 100%

η = ( ⁵ / ₈ ) x 100% = 62,5%

8. Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi yakni 1200 joule, tentukan :

a) Efisiensi mesin Carnot

b) Usaha mesin Carnot

c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan perjuangan yang dilakukan mesin Carnot

d) Jenis proses ab, bc, cd dan da

Pembahasan:

a) Efisiensi mesin Carnot

Data :

Tt = 227oC = 500 K

Tr = 27oC = 300 K

η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%

η = ( 1 − 300/500) x 100% = 40%

b) Usaha mesin Carnot

η = W/Q1

4/10 = W/1200

W = 480 joule

c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan perjuangan yang dilakukan mesin Carnot

Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule

Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2

d) Jenis proses ab, bc, cd dan da

ab → pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap)

bc → pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun)

cd → pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap)

da → pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik)

 

Aplikasi termodinamika yang biasa dipakai dalam kehidupan sehari-hari

1. Air Conditioner (AC)

Sistem kerja AC terdiri dari kepingan yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan biar penguapan dan absorpsi panas sanggup berlangsung. Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang lalu dimampatkan di kondenser.

2. Mesin penanak nasi (Rice Cooker)

Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan yakni sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sesungguhnya sanggup dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C.

3. Dispenser air

Dispenser Prinsip kerja pemanas air Proses pemanasan air terjadi pada dikala air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, sesudah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan tetapkan arus listrik pada elemen pemanas, pada dikala elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada dikala elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati.

Peragaan aturan kedua termodinamika. Sumber foto: Wikimedia

 

Sistem termodinamika

Sistem termodinamika yakni kepingan dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang positif atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika menurut pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Terdapat 3 jenis sistem menurut jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

• Terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi yakni wadah terisolasi, menyerupai tabung gas terisolasi.


• Tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah referensi 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:
  
  
  
  • pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
  
  
  • pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
  
  
  
  


• Terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan referensi dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak sanggup terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, alasannya yakni niscaya 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.

 

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Terdapat 4 Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

• 
  

  Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

  
  

Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan sesudah aturan pertama.

• 
  

  Hukum Pertama Termodinamika

  
  

Hukum yang sama juga terkait dengan kasus kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum ini sanggup diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.

• 
  

  Hukum kedua Termodinamika

  
  

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada suara untuk aturan kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius. Pernyataan clausius: mustahil suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya yakni perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi.

Pernyataan kelvin-planck: mustahil suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memperlihatkan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil mendapatkan energi panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab5). “total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi” merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan memakai sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley) Bab6).

• 
  

  Hukum ketiga Termodinamika

  
  

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada dikala suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal tepat pada temperatur nol adikara bernilai nol.

 

Bacaan Lainnya

• Rumus Fisika: Alat optik: Lup, Mikroskop, Teropong Bintang, Energi, Frekuensi, Gaya, Gerak, Getaran, Kalor, Massa jenis, Medan magnet, Mekanika fluida, Momen Inersia, Panjang gelombang, Pemuaian, Percepatan (akselerasi), Radioaktif, Rangkaian listrik, Relativitas, Tekanan, Usaha Termodinamika, Vektor


• Rumus Kimia Konsep Mol Dan Empiris Beserta Contoh Soal Dan Jawaban


• Sebagian cabang biologi: Biofisika 


• Contoh Soal SBMPTN Beserta Jawabannya


• Tabel Periodik Lengkap Dengan Daftar Unsur Kimia Berdasarkan Nama, Warna Dan Jenis


• Pemahaman Kanker: Mengenal Dasar-Dasar, Contoh Kanker, Bentuk, Klasifikasi, Sel dan Pemahaman Penyakit Kanker Lebih Jelas


• Apakah Produk Pembalut Wanita Aman?


• Penyakit Difteri Penularan, Penyebab, Gejala, Perawatan dan Pencegahan


• Penyakit Kusta Penularan, Penyebab, Gejala, Perawatan dan Pencegahan


• Sakit Punggung: Penyebab, gejala, pencegahan dan perawatan


• Penyebab Dan Cara Mengatasi Iritasi Atau Lecet Akibat Pembalut Wanita


• Sistem Reproduksi Manusia, Hewan dan Tumbuhan


• Cara Mengenal Karakter Orang Dari 5 Pertanyaan Berikut Ini


• Kepalan Tangan Menandakan Karakter Anda & Kepalan nomer berapa yang Anda miliki?

 

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar kalau Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pandai harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang menciptakan Anda menjadi lebih smart!

• HP Android


• HP iOS (Apple)

Sumber bacaan: National Center for Biotechnology Information (NCBI), Wikipedia (Inggris), Phys.org

              

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”

Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya

Sumber aciknadzirah.blogspot.com