Kerja pemampatan dan pemuaian

Konsep dasar

Sistem adalah bagian dari dunia yang menjadi perhatian khusus bagi dunia kita. Sistem dapat berupa tabung reaksi, mesin, sel elektrokimia, dan sebagainya. Di sekitar sistem ada lingkungan, tempat kita melakukan pengamatan. Kedua bagian itu dapat berada dalam kontak dan dipisahkan dengan sebuah batas. Dengan menetapkan sistem dan lingkungannya, kita bisa mendapatkan spesifikasi yang teliti batas antara keduanya. Jika materi dapat dipindahkan melalui batas antara sistem dan lingkungannya, maka sistem itu dikatakan terbuka, dan jika sebaliknya, maka sistem itu dikatakan tertutup. Sistem terisolasi adalah sitem tertutup yang tidak mempunyai kontak mekanis maupun termal dengan lingkungannya.

Kerja pemampatan dan pemuaian

Dalam termodinamika kita sering memperhatikan kerja yang dilakukan pada atau oleh sistem ketika sistem tersebut memuai. Kerja dilakukan selama proses, jika proses itu dapat digunakan untuk menghasilkan perubahan ketinggian sebuah beban pada suatu tempat di lingkungannya. Misalnya adalah gas yang mendorong keluar penghisap silinder dan menaikkan beban, meregangkan secarik karet, dan memutar pegas. kita bisa mengatakan bahwa kerja dilakukan oleh sistem jika beban sudah dinaikkan di lingkungannya, dan bahwa kerja dilakukan pada sistem jika beban diturunkan (McGlashan, 1979).

Kita misalkan gerakan penghisap silinder bersifat kuasistatis, atau lambat dibandingkan dengan proses apapun yang menyebarkan energi dan materi melalui lingkungannya, sehingga tidak menimbulkan daerah kekacauan. Proses kuasistatis  adalah proses dalam keadaan ideal dengan hanya mengubah sedikit saja gaya eksternal yang bereaksi pada sistem sehingga gaya tak berimbangnya sangat kecil. Proses kuasistatis merupakan suatu pengidealan yang dapat diterapkan untuk segala sistem termodinamika, termasuk sistem listrik dan magnetik.

Cara lain untuk menyatakan hal ini adalah dengan mengatakan bahwa lingkungan harus tetap dalam kesetimbangan dalam, artinya tidak akan ada aliran energi atau materi dari satu daerah lain di lingkungan itu pada saat silinder berhenti. Gerakan kuasistatis menjamin bahwa lingkungan itu dalam kesetimbangan dalam.

Jika memuai secara kuasistatis melalui jarak dz, sistem menaikkan beban peksA melalui jarak dz, sehingga kerja yang dilakukan dw = -peksA x dz. Tetapi A dz adalah volume yang ditinggalkan selama pemuaian, yang dilambangkan dengan dV. Oleh karena itu, kerja yang dilakukan jika sistem memuai melalui dV melawan tekanan tetap peks adalah :

dw = -Peks dV

sebaliknya, jika sistem dimampatkan, beban sebesar peksA diturunkan dalam lingkungannya, sehingga kerja sebesar peksA x |dz|sekarang dilakukan pada sistem. Penting untuk dicatat bahwa masih tekanan luar-lah yang menentukan besarnya kerja walaupun sistemlah yang menentang masuknya silinder. Hal ini disebabkan tindakan pemampatan dapat disamakan dengan penurunan beban sebesar peksA dalam lingkungannya. Oleh karena itu, dalam kedua hal itu, kerja yang dilakukan pada sistem dinyatakan dengan persamaan diatas. Hanya saja dalam hal pemampatan, dV bertanda negatif (pengurangan volume) sehingga dw bertanda positif. Kerja dilakukan pada sistem dengan pemampatan, dan selama tak ada perubahan energi lain, energi dalamnya naik (Smith, 1982).
Jenis lain dari kerja (misalnya kerja listrik) mempunyai pernyataan yang analog, dengan setiap hasil kali faktor intensif (misalnya tekanan) dan faktor ekstensif (perubahan volume).

Perubahan reversibel dalam termodinamika adalah perubahan yang dapat dikembalikan dengan modifikasi sangat kecil dari sebuah variabel. Sistem berada dalam ksetimbangan dalam lingkungannya jika suatu perubahan sangat kecil pada kondisi tersebut dengan arah yang berlawanan menghasilkan perubahan yang berlawanan pada keadaanya. Sebagai contoh dari reversibilitas (kedapatbalikan) yang sudah pernah dijumpai adalah kesetimbangan termal dua benda yang temperaturnya sama. Pemindahan energi antara keduanya reversibel karena jika temperatur dari benda yang manapun diturunkan sangat sedikit, energi mengalir ke dalamnya, tetapi jika temperaturnya dinaikkan sangat sedikitm energi keluar dari padanya (Atkins, 1990).

Misalkan satu gas yang dibatasi oleh silinder penghisap dan tekanan luar peks ditentukan sama dengan tekanan gas yang terkurung p. Sistem seperti ini dalam kesetimbangan mekanis dengan lingkungannya, karena perubahan sangat kecil dari tekanan luarnya dengan arah manapun menyebabkan perubahan volume dengan arah yang berlawanan. Jika tekanan luar sedikit lebih kecil daripada tekanan dalam, gas sedikit memuai. Jika tekanan luar sedikit dinaikkan, gas sedikit dimampatkan. Kedua hal ini, perubahan tersebut adalah reversibel dalam pengertian termodinamika. Jika sebaliknya, tekanan luar cukup berbeda  dari tekanan dalam, maka mengubah sedikit peks tidak akan menurunkannya di bawah tekanan gas, dan karena itu tidak akan mengubah arah proses. Sistem tidak dalam kesetimbangan mekanis dengan lingkungannya dan pengembangan itu secara termodinamika tak reversibel.

DAFTAR PUSTAKA
1.    Atkins, P.W. 1990. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga.
2.    McGlashan, M. L. 1979. Chemical Thermodynamics. London : Academic Press.
3.    Smith, E.B. 1982. Basic Chemical Thermodynamics. England : Oxford University Press.

By : Makhro Fitri Maulani 16630050