Hukum Termodinamika 2

HUKUM TERMODINAMIKA II

 Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa energi adalah kekal. Bagaimanapun, ada banyak proses yang bisa kita bayangkan yang merubah energi tetapi tidak tampak terjadi di alam. Sebagai contoh, ketika sebuah benda yang panas diletakkan bersentuhan dengan benda yang dingin, kalor mengalir dari yang panas ke yang dingin, tidak pernah sebaliknya secara spontan. Jika kalor meninggalkan benda yang dingin dan masuk ke yang panas, energi akan tetap bisa kekal. Tetapi proses ini tidak berlangsung secara spontan (tanpa masukan kerja dalam bentuk apapun). Sebagai contoh kedua, pertimbangkan apa yang terjadi ketika anda menjatuhkan batu dan menimpa tanah. Energi potensial awal batu berubah menjadi energi kinetik pada saat batu jatuh, dan ketika batu tersebut mengenai tanah, energi ini diubah menjadi energi dalam dari batu tersebut dan tanah di sekitar tempat jatuhnya; molekul-molekul bergerak dengan lebih cepat dan temperatur sedikit naik. Tetapi pernahkah Anda melihat yang sebaliknya-sebuah batu dalam keadaan diam di tanah tiba-tiba naik ke udara karena energi termal molekul diubah menjadi energi kinetik batu sebagai satu kesatuan? Energi dapat kekal pada proses ini, tetapi kita tidak pernah melihatnya terjadi.

        Ada banyak contoh lain dari proses yang terjadi di alam tetapi kebalikannya tidak pernah terjadi. Ada dua contoh. (1) Jika Anda meletakkan selapis garam disebuah botol dan menutupnya dengan selapis butuiran merica yang ukurannya sama, ketika Anda mengocoknya, akan didapat campuran yang sempurna. Tetapi tidak peduli seberapa lama Anda mengocoknya, campuran tersebut tidak akan berpisah menjadi dua lapisan lagi. (2) Cangkir kopi dan gelas akan pecah seketika jika Anda menjatuhkannya. Tetapi pecahannya tidak akan bersatu kembali dengan seketika (gambar 8).

Pada Hukum termodinamika ke 2 Memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi. Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi, tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada Hukum I Termodinamika. Contoh, sebuah benda yang jatuh dari ketinggian h sehingga menumbuk lantai. Pada peristiwa ini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi kalor (panas) dan sebagian kecil menjadi energi bunyi. Mungkinkah energi-energi kalor dapat berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan benda setinggi h? Jelas bahwa hal ini akan terjadi, meskipun benda kita panaskan terus-menerus.

Hukum II Termodinamika diilhami oleh hukum I Termodinamika. Masih ingatkah bagaimana bunyi hukum I termodinamika ? hukum I Termodinamika merupakan hukum kekekalan energi, yang menyatakan enrgi bersifat kekal artinya energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan. Menurut hukum kekekalan energi kita boleh mengubah energi panas menjadi bentuk energi lain sesuka hati kita dengan syarat memenuhi hukum kekekalan energi tersebut. Tetapi pada kenyataannya tidak demikian, kita tidak dapat mengubah satu bentuk energi ke menjadi bentuk energi yang lain sesuka hati kita. Sebagai contoh Jika anda menjatuhkan sebuah bola dari ketinggian tertentu. Sesaat sebelum bola dijatuhkan, bola mempunyai energi potensial, ketika bola bergerak ke bawah energi potensialnya berkurang dan energi kinetik bola bertambah. Ketika bola menyentuh permukaan tanah energi potensial bola bernilai nol, energi kinetik bola berubah menjadi energi panas dan energi bunyi. Sekarang jika proses tersebut kita balik. Bola tersebut kita panaskan sehingga bola mempuyai energi panas. Apakah energi panas tersebut dapat berubah menjadi energi kinetik yang menyebabkan bola bergerak ke atas sampai pada ketinggian tertentu sehingga bola mempunyai energi potensial ? hal tersebut tentu tidak akan terjadi walau kita sudah memanaskan besi hingga suhu maksimum. Peristiwa tersebut menunjukkan kepada kita bahwa proses perubahan bentuk energi bersifat irreversible. Artinya proses perubahan bentuk tersebut hanya terjadi dalam satu arah saja

Hukum II Termodinamika berbunyi “ panas mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu lebih rendah, dan panas tidak dapat mengalir secara spontan dari benda bersuhu rendah menuju benda yang bersuhu lebih tinggi”.

Aplikasi dari hukum II Termodinamika ialah mesin carnot. Hukum II Termodinamika pada mesin Carnot berbunyi “ tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang cara kerjanya meyerap kalor dari reservoir bersuhu tinggi kemudian mengubah semua kalor tersebut menjadi usaha”. Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan tidak mungkin ada mesin carnot dengan efisiensi 100 %.

Perhatikan cara kerja mesin Carnot yang ditunjukkan oleh gambar 1 di atas. Kalor yang diterima (Q1) oleh mesin Carnot di ubah menjadi usaha (W) dan kalor sisanya akan dibuang (Q2).
Dari grafik yang ditunjukkan oleh gambar 1 kita dapatkan suatu persamaan Q1 = W + Q2

Efisisensi mesin Carnot merupakan perbandingan anatara usaha (W) yang dihasilkan dengan jumlah kalor secara keseluruhan. Efisiensi mesin Carnot dirumuskan :



Hukum II Termodinamika juga menyatakan bahwa” total entropi suatu semesta adalah konstan atau tetap jika berlangsung proses reversible dan total entropi suatu semesta akan bertambah jika berlangung proses irreversible”

Entropi merupakan total banyaknya kalor yang tidak diubah menjadi usaha oleh mesin carnot.

Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).

Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).

Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

Bunyi Hukum II Termodinamika

Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Pengertian Entropi

Termodinamika menyatakan bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyerupai perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Entropi sama seperti halnya tekanan dan temperatur, yang merupakan salah satu sifat dari sifat fisis yang dapat diukur dari sebuah sistem. Apabila sejumlah kalor Q diberikan pada suatu sistem dengan proses reversibel pada suhu konstan, maka besarnya perubahan entropi sistem adalah

dengan:

ΔS = perubahan entropi ( J/K)
Q = kalor ( J)
T = suhu (K)

Mesin Pendingin

Mesin pendingin merupakan peralatan yang prinsip kerjanya berkebalikan dengan mesin kalor. Pada mesin pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoir bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem. Contohnya, pada lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (AC). Bagan mesin pendingin dapat dilihat pada gambar berikut.

Bagan proses penyerapan kalor pada mesin pendingin

Ukuran kinerja mesin pendingin yang dinyatakan dengan koefisien daya guna merupakan hasil bagi kalor yang dipindahkan dari reservoir bersuhu rendah Q2 terhadap usaha yang dibutuhkan W.

dengan:

Kp = koefisien daya guna
W = usaha yang diperlukan ( J)
Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi ( J)
Q2 = kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah ( J)
T1 = suhu pada reservoir bersuhu tinggi (K)
T2 = suhu pada reservoir bersuhu rendah (K)

Penerapan hukum II termodinamika dapat diamati pada proses mengalirnya kalor pada mesin pemanas seperti ditunjukan pada gambar berikut.

dengan:

Kp = koefisien daya guna
W = usaha yang diperlukan ( J)
Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi ( J)
Q2 = kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah ( J)
T1 = suhu pada reservoir bersuhu tinggi (K)
T2 = suhu pada reservoir bersuhu rendah (K)

Penerapan hukum II termodinamika dapat diamati pada proses mengalirnya kalor pada mesin pemanas seperti ditunjukan pada gambar berikut.

Pure Substances

PROPERTY ZAT MURNI DAN KARAKTERISTIK GAS IDEAL

Zat murni adalah zat yang mempunyai komposisi kimia yang  tetap dan homogeny. Zat murni kebanyakan mengandung lebih dari satu fase, tetapi komposisi kimianya sama untuk semua fase. Misalnya, cairan air, campuran dari cairan air dan uap air, atau campuran dari padatan es dan cairan air adalah zat murni karena setiap fase mempunyai komposisi kimia sama. Namun, campuran udara cair dan udara gas bukan merupakan zat murni karena komposisi fase udara cair dan udara gas bukan merupakan zat murni karena komposisi fase udara cair berbeda dengan udara uap. Seringkali zat murni disebut zat yang dapat termampatkan sederhana.

ZAT MURNI (PURE SUBSTANCE) Merupakan zat yang mempunyai komposisi kimia yang tetap (stabil), misalnya : air (water) , nitrogen, helium, dan CO2. Zat murni bisa terdiri dari satu elemen kimia (N2 ) maupun campuran (udara).Campuran dari beberapa fase zat murni adalah zat murni, contohnya campuran air dan uap air. Tetapi campuran dari udara cair dan gas bukan zat murn karena susunan kimianya berubah atau berbeda

FASE dari ZAT MURNI 

Diidentifikasi berdasarkan susunan molekulnya.

• Solid (padat) : jarak antar molekul sangat dekat sehingga gaya tarik antar molekul sangat kuat, maka bentuknya tetap. Gaya tarik antara molekulmolekul cenderung untuk mempertahankannya pada jarak yang relatif konstan.Pada temperatur tinggi molekul melawan gaya antar molekul dan terpencar.

• Liquid (cair) : Susunan molekul mirip dengan zat padat , tetapi terhadap yang lain sudah tidak tetap lagi. Sekumpulan molekul akan mengambang satu sama lain.

 • Gas : Jarak antar molekul berjauhan dan susunannya acak. Molekul bergerak secara acak.

PERUBAHAN FASA dari ZAT MURNI

Semua zat murni mempunyai mempunyai kelakuan umum yang sama. Sebagai contoh air (water). 

State 1 : Pada state ini disebut compressed liquid atau subcooled liquid. Pada state ini penambahan panas hanya akan menaikkan temperatur tetapi belum menyebabkan terjadi penguapan (not about to vaporize).

State 2 : Disebut saturated liquid (cairan jenuh). Pada state ini fluida tepat akan berubah fasenya. Penambahan panas sedikit saja akan menyebabkan terjadi penguapan (about to vaporize). Akan mengalami sedikit penambahan volume.

State 3 : Disebut “Saturated liquid - vapor mixture” (campuran uap - cairan jenuh). Pada keadaan ini uap dan cairan jenuh berada dalam kesetimbangan. Penambahan panas tidak akan menaikkan temperatur tetapi hanya menambah jumlah penguapan.

 State 4 : Campuran tepat berubah jadi uap seluruhnya, disebut “saturated vapor” (uap jenuh). Pada keadaan ini pengurangan panas akan menyebabkan terjadi pengembunan (“about to condense”).

State 5 : Disebut “superheated vapor” (uap panas lanjut). Penambahan panas akan menyebabkan kenaikkan suhu dan volume.

Kadang-kadang campuran gas seperti udara dianggap sebagai zat murni sepanjang tidak ada perubahan fase karena udara mempunyai beberapa karakteristik zat murni.

Salah satu alasan penting untuk memperkenalkan konsep zat murni adalah keadaan zat murni didefinisikan oleh dua sifat bebas. Sebagai contoh misalkan uap bermassa konstan berada dalam bejana yang dilengkapi peralatan sedemikian rupa sehingga tekanan, volume, dan suhunya dapat diukur dengan mudah. Jika volumenya kita tetapkan pada suatu harga suhu tertentu yang kita pilih, nilai tekanan tidak dapat diubah. Sekali kita sudah menetapkan harga volume dan suhu, harga tekanan dalam kesetimbangan diperoleh secara alami. Jadi di antara tiga koordinat termodinamik p, V dan T hanya dua yang merupakan sifat bebas.

Sistem yang keadaannya ditentukan oleh dua sifat bebas disebut sistem sederhana. Walaupun tidak ada sistem yang benar-benar sederhana namun banyak sistem yang dapat dimodelkan sebagai sistem sederhana untuk keperluan analisis termodinamika. Contoh sistem sederhana adalah sistem termampatkan sederhana. Zat murni merupakan zat yang digunakan dslam sistem termampatkan sederhana oleh karena itu zat murni seringkali disebut sebagai zat termampatkan sederhana.

Untuk lebih memahami istilah sifat bebas, kita tinjau keadaan cairan jenuh dan uap jenuh dari zat murni. Suhu dan tekanan cairan jenuh dan uap jenuh dari zat murni adalah sama, akan tetapi keadaan keduanya benar-benar tidak sama. Oleh karena itu kita katakana bahwa dalam keadaan jenuh, suhu dan tekanan bukan merupakan dua sifta yang saling bebas. Dua sifat bebas seperti tekanan dan volume jenis, atau tekanan dan kualitas digunakan untuk menentukan keadaan dari zat murni.

Sifat sistem, adalah cirri umum dari sistem yang mempunyai nilai. Nilai sifat ini seringkali dapat diukur secara langsung seperti tekanan p, volume V, dan suhu T. dalam termodinamika terdapat besaran yang bukan merupakan sifat sistem kerja dan kalor. Keduanya merupakan sesuatu yang diterapkan terhadap suatu sistem untuk menghasilkan berbagai perubahan sifat. Misalkan mula-mula sistem mempunyai suhu T₁ kemudian suhunya dinaikkan menjadi T_2. Pemanasan dapat dilakukan pada tekanan konstan, banyaknya kalor yang diperlukan adalah yang besarnya sangat bergantung pada lintasan integral C_p (T). Karena kalor bergantung pada lintasan, kalor bukanlah sifat sistem.

Sifat sistem digolongkan menjadi dua yaitu ekstensif dan intensif. Katakan terdapat suatu sistem yang dapat dibagi menjadi beberapa subsistem atau bagian. Jika harga sifat seluruh sistem sama dengan jumlah harga sifat subsistem atau bagian, sifat disebut ekstensif, besaran seperti volume total dan energi total adalah sifat ekstensif. Dan apabila harga sifat seluruh sistem tidak sama dengan jumlah harga sifat subsistem atau bagian, sifat ini disebutintensif. Besaran seperti suhu, tekanan dan rapat massa merupakan sifat intensif.

Sebarang besaran ekstensif apabila dibagi dengan massa atau jumlah mol menjadi besaran intensif. Pada umumnya persamaan termodinamika dinyatakan dalam besaran intensif karena persamaan menjadi tidak bergantung pada massa sistem. Perbandingan antara besaran ekstensif suatu sistem terhadap massa sistem disebut harga jenis rerata dari sistem. Besaran ekstensif dituliskan dengan huruf besar dan harga jenis dituliskan dengan huruf kecil.

Spesifikasi keadaan (state) dari sistem termodinamik bergantung pada sifat-sifat alami dari sistem seperti tekanan, suhu, volume dan masa.

Fase Zat

Fase merupakan besaran zat yang memiliki struktur fisika dan komposisi kimia yang seragam. Struktur fisika dikatakan seragam apabila zat terdiri dari gas saja, cair saja ataupun padat saja. Zat murni memiliki komposisi yang seragam dan tidak berubah. Zat murni dapat berada dalam beberapa fase:

·      Fase padat

·      Fase cair

·      Fase uap

·      Campuran kesetimbangan fase cair dan uap

·      Campuran kesetimbangan fase padat dan cair

·      Campuran kesetimbangan fase padat dan uap

      Pengertian Perubahan Fase Zat

Perubahan fase adalah proses perubahan bentuk suatu zat menjadi bentuk lain, salah satu faktor penyebab perubahan fase tersebut adalah kalor.

Setiap zat akan berubah apabila menerima panas (kalor). Es dipanaskan akan mencair. Air dipanaskan akan menguap menjadi uap air (gas). Apabila uap air didinginkan menjadi embun dan kembali menjadi air. Air didinginkan menjadi es. Perubahan wujud benda terjadi karena proses pemanasan dan pendinginan. Perubahan wujud itu dibagi menjadi beberapa macam.

      Berbagai Perubahan Fase Zat

1.      Mencair

Pencairan atau peleburan (kadang-kadang disebut fusi) adalah proses yang menghasilkan perubahan fase zat dari padat ke cair. Energy internal zat padat meningkat (biasanya karena panas) mencapai temperatur tertentu (disebut titik leleh) saat zat ini berubah menjadi cair. Benda yang telah mencair sepenuhnya disebut benda cair.

2.       Membeku

Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat daric air menjadi padat. Sebagai contoh, pada suhu tertentu air dapat membeku menjadi es. Proses membekunya suatu zat biasanya terjadi pada suhu yang rendah. Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku. Setiap benda memiliki titik beku yang berbeda-beda. Titik beku merupakan sifat fisika benda yang dapat digunakan untuk meramalkan bentuk zat pada suhu tertentu.

3.       Menguap

Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas atau uap. Suhu ketika suatu zat cair berubah menjadi uap disebut dengan titik uap. Ketika suatu zat cair dipanaskan pada tekanan normal (1 atm), maka pada suhu tertentu akan terlihat pada seluruh bagian zat cair timbul gelembung-gelembung yang bergerak ke atas dan kemudian pecah saat mencapai permukaan. Pada keadaan yang demikian, zat cair dikatakan mendidih. Ketika suatu zat cair mendidih, maka hamper tiap bagian zat segera berubah menjadi uap. Berdasarkan hal ini, maka titik uap sering disebut dengan titik didih. Sebagai contoh, air murni menddih ketika mencapai suhu +100 pada tekanan normal (1 atm) dan pada keadaan tersebut partikel-partikel air akan berubah menjadi gas.

4.       Mengembun

Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (yaitu tekanan yang ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat.

5.       Menyublim

Sublimasi adalah perubahan wujud dari padat ke gas tanpa mencair terlebih dahulu. Misalkan es yang langsung menguap tanpa mencair terlebih dahulu. Pada tekanan normal, kebanyakan benda dan zat memiliki tiga bentuk yang berbeda pada suhu yang berbeda-beda. Pada kasus ini transisi dari wujud padat ke gas membutuhkan wujud antara. Namun untuk beberapa antara, wujudnya bisa langsung berubah ke gas tanpa harus mencair. Ini bisa terjadi apabila tekanan udara pada zat tersebut terlalu rendah untuk mencegah molekul-molekul ini melepaskan diri dari wujud padat.

6.       Mengkristal

Desublimasi adalah proses pengkristalan di mana hal ini terjadi karena proses mengerasnya / membekunya suatu benda yang memiliki zat-zat tertentu dan memiliki unsur-unsur zat yang dapat memberikan warna saat mengeras dan jika dilihat seperti warna Kristal. Hal ini adalah lawan dari sublimasi.

Sistem Tertutup Termodinamika

ANALISA PADA SISTEM TERTUTUP TERMODINAMIKA

<

        Suatu sistem (system) didefinisikan sebagai sesuatu yang harus di cermat dan juga di kaji lebh dalam lagi. Daerah di luar sistem disebut lingkungan (surrounding), sedangkan batas antara sistem dan lingkungan disebut batas sistem (system boundary). Sistem dapat dibedakan menjadi sistem tertutup (close system) dan sistem terbuka (open system). Pada kuliah ke 3 di Universitas Sriwijaya tepatnya di Palembang ini, pada pertemuan ke 3 kami mempelajari tentang Sistem tertutup termodinamika atau Mass Energy and Analysis of Volume Controles.

        Sistem tertutup atau biasa dikenal sebagai kontrol massa, terdiri dari sejumlah massa dan tidak ada massa yang melewati batas sistem (system boundary). Meskipun tidak ada perpindahan massa yang masuk dan keluar sistem, tetapi panas atau kerja masih dapat keluar-masuk sistem. Apabila terdapat kondisi sistem tertutup yang tidak mengijinkan energi atau panas untuk keluar-masuk sistem, sistem itu disebut sistem terisolasi (isolated system). Contoh dari sistem tertutup adalah piston pada sepeda motor.

Moving Boundary bekerja dengan mesin atau kompresor sesungguhnya tidak bisa ditentukan secara tepat dari analisis termodinamika saja karena piston biasanya bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, sehingga menyulitkan gas di dalam untuk menjaga keseimbangan. Kemudian bagian yang dapat melalui dimana sistem dapat melewati selama proses tidak dapat di tentukan, dan tidak ada jalur proses yang dapat dilakukan yang belum di putuskan. alat Bekerja, menjadi fungsi yang di putuskan tidak bisa ditentukan secara analitis tanpa sebuah pengetahuan tentang putusan itu. Karena itu, batas pekerjaan di mesin nyata atau kompresor ditentukan dengan pengukuran langsung. Pada bagian ini, kita menganalisis kerja batas bergerak

Perhatikan gas yang tertutup dalam perangkat silinder piston yang ditunjukkan. Tekanan awal gas adalah P, total volume adalah V, dan luas penampang piston adalah A. Jika piston diperbolehkan memindahkan jarak ds dengan cara kuasi-ekuilibrium, kerja diferensial yang dilakukan selama proses ini adalah:

Contoh Soal Moving Boundary

     Pada sistem tertutup juga 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 dapatkeluar 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
dengan lingkungan.

Sebagaimana gambar sistem tertutup dibawah ini, jika panas diberikan kepada sistem (Qin), maka akan terjadi pengembangan pada zat yang berada didalam sistem. Pengembangan ini akan mengakibatkan piston akan terdorong ke atas (terjadi Wout). Karena sistem ini tidak mengizinkan adanya keluar masuk massa kedalam sistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut dengan control mass.

Suatu sistem bisa mengalami pertukaran panas atau kerja atau keduanya, biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

• Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
• Pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

Dikenal juga istilah dinding, ada dua jenis dinding yaitu dinding adiabatik dan dinding diatermik. Dinding adiabatik yaitu dinding yang menyababkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang lama (lambat). Untuk dinding adiabatik sempurna tidak memungkinkan terjadinya suatu pertukaran kalor antara dua zat. Sedangkan dinding diatermik yaitu dinding yang memungkinkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang singkat (cepat)

Persamaan ini dapat pula disebut Hukum Termodinamika I untuk sistem tertutup.

Hukum I Thermodinamika menerangkan tentang prinsip konservasi energi yang menyatakan bahwa, energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, namun demikian energi tersebut dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain  menjadi kerja misalnya. Dari konsep ini, dapat dikatakan bahwa energi dapat diubah menjadi kerja dan juga kerja dapat diubah menjadi energi.  Dalam kaitan dengan Thermodinamika salah satu bentuk dari energi yang dimaksud adalah Panas (Heat),  dan kerja (Work).

Ditinjau suatu sistem tertutup, persamaan energi di peroleh dari penyusunan Neraca Energi untuk sistem tertutup tersebut, yaitu seperti berikut :

           (8)

                  (9)

Keterangan :    Q         = Panas yang berpindah dari atau ke sistem ( Q_in – Q_out )

                             W         = Kerja dalam berbagai bentuk ( W_out – W_in )

                              = Perubahan Energi total dari sistem, ( E₂ – E₁ )

Perubahan Energi total  dinyatakan sebagai jumlah dari perubahan energi dalam , energi potensial  , dan energi kinetik  pada suatu sistem, maka persamaan (9) dapat ditulis dalam bentuk :

                                                                             (10)

Keterangan :

                             

                              

                               

kebanyakan sistem tertutup adalah stasioner sehingga perubahan energi kinetik dan potensial dapat diabaikan, persamaan (10) menjadi :

                                                                                                     (11)

Telah menjadi suatu kesepakatan umum, bahwa tanda “ + “ dan “ – “ dari nilai Q dan W adalah seperti berikut ini.

Gambar 4. Sistem tertutup dan notasi kerja dan panas

Untuk menghitung nilai Kerja (W) dari suatu proses pada sistem tertutup ini, akan diilustrasikan dari pergerakan piston di dalam sebuah silinder, seperti gambar berikut ini.

ENERGY BALANCE FOR CLOSED SYSTEM 

        Hubungan energi keseimbangan (atau hukum pertama) yang telah diberikan bersifat intuitif dan mudah digunakan saat besaran dan arah perpindahan panas dan kerja diketahui. Hukum pertama termodinamika tidak lain adalah hukum kekekalan energi (conservation of energy). Hukum ini menyatakan bahwa: “energi tidak bisa diciptakan dan tidak pula bisa dimusnahkan dalam sebuah proses; ia hanya bisa berubah bentuk.” Hukum pertama termodinamika bisa pula dinyatakan dalam formulasi “energy balance” sebagai berikut:

Ein – Eout biasa disebut sebagai net energy transfer.

Transfer energi bisa dilakukan melalui 3 cara:

Heat transfer Q

Work transfer W

Mass flow

Khusus untuk sistem tertutup, transfer energi hanya bisa dilakukan melalui cara 1 dan 2 (heat transfer dan work transfer saja). Adapun untuk control volume, transfer energi bisa dilakukan dengan ketiga cara diatas.

Dengan demikian, formulasi energy balance diatas bisa dijabarkan sebagai berikut:

 

Dalam bentuk rate, formulasi energy balance diatas bisa dinyatakan sebagai berikut:

Pada kondisi steady state, (dE)system/dt = 0 sehingga:

Pada sistem tertutup, dikarenakan tidak ada transfer energi akibat mass flow, maka persamaan energy balance tereduksi menjadi:

Qnet – W net = (dE)system

dimana:

Qnet = Qin – Qout

Wnet = Win – Wout

Pada sebuah siklus (proses yang membentuk kurva tertutup), (dE)system adalah nol, sehingga Qnet = Wnet.