Tag: Gibbs

  • Jembatan Keledai Segi Delapan Ajaib GPHSUVFT – Besaran Fisis dan Potensial Termodinamika

    Jembatan Keledai Segi Delapan Ajaib GPHSUVFT – Besaran Fisis dan Potensial Termodinamika

    Ahmaddahlan.NET – Pada dasarnya terdapat delapan besaran fisis dalam termodinamika yakni :

    1. Energi bebas Gibbs (G)
    2. Tekanan (p)
    3. Entalpi (H)
    4. Entropi (S)
    5. Energi Dalam (U)
    6. Volume (V)
    7. Energi bebas Helmholtz (F)
    8. Temperature (T)

    A. Konsep Potensial Termodinamika

    Untuk memudahkan mengingat delapan besaran ini dibuat jembatan keledai yakni :

    Good Physicians Have Studied Under Very Fine Teacher

    Kalimat tersebut singkatan dari GPHSUVFT yang diambil dari simbol besaran-besaran fisis dalam termodinamika. Secara harfiah artinya Fisikawan yang baik pernah belajar dibawah bimbingan Guru yang sangat bijaksana. Tidak maksud apa-apa dalam kalimat tersebut, tujuannya hanya untuk memudahkan mengingat besaran-besaran yang ada di dalam termodinamika.

    Posisinya sama dengan Heboh Negara Arab Karena Xerangan Ranjau yang diambil digunakan untuk memudahkan mengetahui unsur-unsur yang ada di golongan Gas Mulia atau VIIIa.

    Kembali ke jembatan keledai Good Physicians Have Studied Under Very Fine Teacher. Kalimat ini menyimbolkan segi delapan ajaib termodinamika yang ada pada gambar di bawah ini!

    Segi Delapan Ajaiab Jembatan Keledai Potensial Termodinamika

    Sebagaimana yang telah dijelaskan pada hukum II termodinamika bahwa Potensial Termodinamika terbagi atas 4 yakni Perubahan Energi Bebas Gibbs (dG), perubahan entalpi (dH), perubahan energi dalam (dU) dan perubahan energi bebas Helmholtz (dF).

    Hubungan ke empat potensial termodinamika tersebut akan lebih mudah dipahami dengan segi delapan diatas. Aturan mainnya sederhana yakni

    Jika kita bergerak ke arah atas atau ke kanan maka akan diberi tanda positif. Misalnya dari T ke G, atau dari V ke U. Begitu pula sebaliknya jika bergerak ke kiri dan ke bawah maka diberi tanda negatif.

    Sebagai contoh : Perubahan Energi Bebas Gibbs (dG) memiliki sudut terdekat tekanan p, sehingga dp diberi tanda postif, sedangkan temperature berada di bawahnya maka perubahan temperaturnya adalah dT. Dengan demikin dapat dituliskan persamaan awalnya adalah …

    dG = … dp – … dT

    Sekarang kita hanya harus tau besaran yang ada didepannya, cara termudahnya adalah menganalisis satuan dari besaran yang ada disisi kiri dan sisi kanan.

    G adalah besaran energi sehingga satuannya dinyatakan dalam Joule atau Nm, dp yang bersatuan Nm-2, harus dikalikan dengan sesuatu yang ada di segi depalan tersebut agar besaran sama, oleh karena itu dp dikalikan dengan Volume (m3) agar besaran sama.

    Nm = m3 Nm-2

    maka dari sini kita akan temukan satu bagian V. dp.

    Untuk unsur dT dalam satuan Kelvin (K) harus dikalikan dengan JK-1 agar menghasilkan satuan Joule. JK-1 tidak lain adalah satuan dari besaran entropi (S) sehingga persamaan dG adalah :

    dG = V dp – s dT

    Persamaan ini disebut sebagai konsep Potensial Termodinamis I.

    Selanjutnya mari melangkah untuk Perubahan energi Entropi (dH). dengan cara yang sama kita akan menemukan persamaan awal

    dH = … dP + … dS

    Agar sisi kiri dan kanan setara maka dP dikalikan dengan suhu (T) dan dP dikalikan dengan V, sehingga persamaan ini ditulis dalam bentuk :

    dH = V dp + T dS

    Berdasarkan jembatan keledai ini maka didapatkan hubungan dari besaran konsep fisis termodinamis ini sebagai berikut :

    1. dG = V dp – S dT
    2. dH = V dp + T dS
    3. dU = T dS – p dV
    4. dF = – p dV – S dT

    B. Definisi Potensial Termodinamis

    Fungsi Gibbs – mari kita tinjau konsep termodinamis di persamaan pertama dG = V dp – S dT, kemudian untuk persamaan dH = V dp + T dS. Dari persamaan ini bisa kita subtitusian nilai V dp pada persamaan dG dengan

    V dp = dH – T dS

    sehingga dG bisa ditulis

    dG = dH – T dS – S dT

    dG = dH – (T dS + S dT)

    unsur (T dS + S dT) ini tidak lain hasil dari turunan parsial dari d(TS), dengan demikian

    G = H – TS

    Persamaan ini tidak lain adalah fungsi GIBBS, yang pada beberapa buku di tulis A = U – TS, bergantung dari rujukan penulisan.

    Entalpi – Untuk Entalpi, kita menggunakan konsep potensial termodinamis dH = V dP + T dS, dimana T dS bisa didapatkan dari dU = T dS – p dV, oleh karena itu

    T dS = dU + p dV

    sehingga

    dH = V dp + dU + p dV

    dH = dU + (V dp + p dV)

    unsur (V dp + p dV) adalah turunan parsial dari d(pV) maka Entalpi H adalah

    H = U + pV

    Energi Dalam – Untuk energi dalam kita perhatikan persamaan dU = T dS – p dVm dimana T dS = dQ dan – p dV = dW maka Energi dalam adalah :

    U = Q + W

    Energi Bebas Helhomzt – perhatikan persamaan dF = – p dV – S dT, dimana dU = T dS – p dV, sehingga

    – p dV = dU – T dS

    sehingga

    dF = dU – T dS – S dT

    dF = U – ( T dS + S dT)

    unsur ( T dS + S dT) tidak lain dalah turunan parsial dari d(TS) sehingga

    F = U – TS

  • Energi Bebas Helmholtz dan Gibbs

    Energi Bebas Helmholtz dan Gibbs

    AhmadDahlan.NET – Energi bebas Helmholtz dan Gibbs adalah energi penting dalam kajian termodinamika dan turunan dari Hukum II termodinamika. Dua fungsi Energi Bebas terssebut selanjutnya disebut sebagai potensial termodinamika.

    A. Energi Bebas Helmholtz

    Energi bebas Helmholtz adalah besar potensial termodinamika yang digunakan untuk mengukur kerja yang dapat dimanfaatkan pada sebuah sistem termodinamika tertutup dengan kondisi Tekanan (P) dan Suhu (T) yang konstan.

    Energi bebas Helmholtz dinyatakan dalam simbol A dari kata Arbeit yang berarti kerja dalam bahasa Jerman. Besar nilai A ini adalah selisih dari besar energi dalam dan panas yang terbuang setelah proses atau

    A = U – TS

    Dimana :

    A : Energi bebas Helmhozt
U = Energy Dalam
T = Suhu 
S = Entropi

    Selanjutnya, Energi dalam untuk sistem tertutup pada hukum Termodinamika I tidak lain adalah :

    dU = δQ + δW

    Pada sistem tertutup dengan proses reservisble berlaku δQ = TdS dan δW = -p dV. Maka persamaan dU dapat ditulis

    dU = T dS – dV

    dimana

    d(TS) = T dS + S dT

    maka

    dU = d (TS) – S dT – p dV

    dengan demikian maka

    dATV = -S dT – p dV

    B. Energy Gibbs

    Energi bebas Gibbs adalah fungsi kunatitas termodinamika yang menyatakan hubungan antara entalpi, entropi dan suhu dari sebuah sistem. Fungsi Gibbs dinyatakan sebagai

    G = H – TS

    dimana 

    G : Energi bebas Gibbs
H : Entalpi
T : Suhu 
S : Entropi

    Entalpi dan Entropi dari persamaan di atas adalah fungsi keadaan, dengan demikian, Energi bebas Gibs juga fungsi keadaan yakni dari keadaan awal samapi akhir proses berlangsung. Entalpi adalah proses yang terjadi pada kondisi isotermis sehingga G juga berada pada tekanan yang tetap. Kondisi selanjutnya disebut dengan dengan konisi bebas dari suatu sistem atau energi Gibbs.

    Kondisi ini selanjutnya dapat ditulis dengan persamaan

    – [dU + d(pV) – d(TS)] ≥ dWa

    – d(U + pV – TS) ≥ dWa

    menjadi

    dG ≥ dWa

    integralkan kedua ruas,

    Ga-Go ≥ dWa

    Jika digunakan tanda sama dengan maka akan menjadi

    – ∆G = dWa

    Indikator energi Gibbs menunjukkan anda -∆G sebagai fungsi dari T dan P. Setiap kerja nyata yang dihasilkan oleh sistem terjadi pada proses ekspansi dimana

    T ds ≥ dU

    (V tetap, tak ada kerja bukan-pemuaian), dimana

    dS U,V  ≥ 0  & dUS,V  ≥ 0

    kedua bentuk ini adalah perubahan alami yang menunjukkan perubahan volume pada sistem terisolasi.

    Dari kedua persamaan 1 dan 2 mempunyai bentuk dU – T dS ≤ 0 dan dH – T dS ≤ 0, persamaan tersebut dapat dinyatakan lebih sederhana dengan memperkenalkan dua fungsi termodinamika, yaitu fungsi Helmholtz A dan fungsi Gibbs G. dengan A = U – TS

    G = H – TS

    Fungsi persamaan fundamental termodinamika

    Selain sifat mekanis p dan V, sisitem juga memiliki 3 sifat fundamental T, U dan S  yang didefinisikan oleh hokum termodinamika dan 3 sifat komposit H, A dan G yang juga penting. Sehingg sistem yang dihasilkan hanya kerja ekspansi sehingga dWa = 0. Dengan kondisi ini persamaan umum komdisi kesetimbangan adalah

    dU = TdS – PdV

    kombinasi hokum pertama dan kedua termodinamika adalah fundamental persamaa termodinamika. Dengan menggunakan definisi fungsi komposit

    H = U + pV       

    A = U – TS       

    G = U + pV – TS

    Dengan mendeferensiasikan maka akan diperoleh

    dH = dU + pdV + Vdp

    dA = dU – tdS – SdT

    dG = dU + pdV +Vdp – TdS – SdT

    Pada masing-masing persamaan diatas, dU disubstitusi dengan persamaan (dU = TdS – PdV) sehingga diperoleh :

    menghubungkan perubahan energy terhadap perubahan entropi dan volume

    dU = TdS – pdV 

    menghubungkan perubahan entalpi terhadap perubahan entropi dan tekanan

    dH = TdS + Vdp

    menghubungkan perubahan energy Helmholtz dA terhadap perubahan temperature dan volume

    dA = – SdT – pdV

    menghubungkan perubahan energy Gibbs terhadap prubahan temperature dan tekanan, S dan V disebut juga variable alami untuk energy.

    dG = -SdT + Vdp

    keempat persamaan tersebut sering disebut persamaan fundamental termodinamika, walaupun sebetulnya ini hanya 4 sudut pandang untuk melihat satu persamaan fundamental (dU = TdS – PdV). S dan p adalah variable alami untuk entalpi, T dan V adalah variable alamai untuk energi gibbs.