Hukum termodinamika

Termodinamika
Mesin panas klasik Carnot
Cabang Klasik Statistik Kimia Termodinamika kuantum Kesetimbangan / Tak setimbang
Hukum Awal Pertama Kedua Ketiga
Sistem Keadaan Persamaan keadaan Gas ideal Gas nyata Wujud zat Kesetimbangan Volume kontrol Instrumen Proses Isobarik Isokorik Isotermis Adiabatik Isentropik Isentalpik Quasistatik Politropik Ekspansi bebas Reversibel Ireversibel Endoreversibilitas Siklus Mesin kalor Pompa kalor Efisiensi termal
Properti sistem Catatan: Variabel konjugat dengan huruf miring Diagram properti Sifat ekstensif dan intensif Fungsi proses Kerja Panas Fungsi keadaan Suhu / Entropi (Pendahuluan) Tekanan / Volume Potensi kimia / Nomor partikel Kualitas uap Properti tereduksi
Persamaan Teorema Carnot Teorema Clausius Hubungan dasar Hukum gas ideal Hubungan Maxwell Onsager reciprocal relations Persamaan Bridgman Tabel persamaan termodinamika
Potensial Energi bebas Entropi bebas Energi dalam ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energi bebas Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energi bebas Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Ilmuwan Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Buku Kategori Portal Termodinamika
l b s

Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan usaha pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampau ihal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.

Hukum kenol termodinamika menyatakan bahwa tiga jenis sistem akan berada dalam keadaan setimbang, ketika dua sistem di antaranya dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga. Hukum ini didasari oleh prinsip perpindahan panas dari suatu sistem ke sistem yang lainnya. Perpindahan panas secara umum dipengaruhi oleh perbedaan suhu antar sistem. Sifat perpindahan panasnya adalah pemuaian secara kelistrikan. Meskipun suatu sistem tidak saling bersentuhan secara langsung, hukum kenol termodinamika tetap berlaku.^[1]

Hukum Termodinamika Pertama berbunyi "energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain." Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.^[2]

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa jumlah entropi akan tetap konstan atau bertambah di dalam suatu sistem yang terisolasi saat sedang mengalami suatu proses. Hukum pertama termodinamika sesuai dengan prinsip kenaikan entropi.^[3] Dalam kasus kekekalan energi juga berlaku hukum pertama termodinamika. Besarnya perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika terisolasi sama dengan jumlah keseluruhan energi kalor yang dikirimkan ke dalam sistem. Nilai perubahan energi juga sama dengan besarnya usaha yang dilakukan terhadap sistem.^[4]

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan keberadaan entropi. Tidak ada pernyataan resmi yang menjadi penjelasan bagi hukum kedua termodinamika. Pernyataan hukum kedua termodinamika hanya didasarkan pada kenyataan eksperimental. Pernyataan tiap ilmuwan dapat dinyatakan sebagai hukum kedua termodinamika asalkan sesuai dengan hasil eksperimen. Salah satu pernyataannya disampaikan oleh Clausius. Clausius menyatakan bahwa tidak mungkin suatu sistem apapun dapat bekerja sedemikian rupa sehingga hanya menghasilkan perpindahan energi sebagai panas dari sistem. Pernyataan ini berlaku pada perpindahan panas dengan temperatur yang lebih rendah ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi. Pernyataan Clausius didasarkan dari prinsip kenaikan entropi.^[5]

Hukum ketiga termodinamika dapat dinyatakan sebagai:^[6]

Entropi sebuah sistem mendekati sebuah nilai konstan saat temperaturnya mendekati nol mutlak.

Pada suhu nol mutlak, sebuah sistem yang berada pada keadaan dengan energi panas minimum, yaitu keadaan dasar. Nilai entropi konstan (tidak harus nol) pada kondisi ini disebut sebagai entropi residu dari sistem. Dengan pengecualian padatan nirwujud (seperti kaca), entropi residu dari sistem umumnya mendekati nilai nol.^[6] Namun, nilai ini mendekati nol ketika sistem memiliki keadaan dasar yang unit (misalnya keadaan dengan energi panas minimum yang hanya memiliki satu konfigurasi, atau keadaan mikro). Keadaan mikro di sini digunakan untuk mendeskripsikan kemungkinan sebuah sistem berada pada keadaan spesifik, karena setiap keadaan mikro diasumsikan memiliki kemungkinan yang sama untuk muncul, jadi keadaan makro dengan keadaan mikro yang lebih sedikit kurang mungkin. Secara umum, entropi berhubungan dengan jumlah kemungkinan keadaan mikro berdasarkan dari prisip Boltzmann:

${\displaystyle S=k_{\mathrm {B} }\,\mathrm {ln} \,\Omega }$

dengan ${\textstyle S}$ adalah entropi sistem, ${\displaystyle k_{B}}$ adalah konstanta Boltzmann, dan ${\textstyle \Omega }$ adalah jumlah keadaan mikro. Pada nol mutlak, hanya terdapat satu keadaan mikro yang mungkin (${\textstyle \Omega =1}$ karena seluruh atom sama untuk zat murni, dan karena seluruh hasil dari seluruh orde sama karena hanya terdapat satu kombinasi) dan ${\textstyle \ln(1)=0}$.

• Asraf, A.; Kurniawan, B. (2021). Darojah, Lia Inarotut, ed. Fisika Dasar untuk Sains dan Teknik: Jilid 2 Mekanika Fluida dan Termodinamika. Jakarta: Bumi Aksara. ISBN 978-602-444-955-1.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)