Perbedaan Antara Termodinamika dan Perpindahan Panas

Apa perbedaan mendasar antara termodinamika dan perpindahan panas?

Untuk memahami perbedaan antara termodinamika dan perpindahan panas, marilah kita memandang pendinginan sebuah batang baja panas yang dicelupkan ke dalam bak air. Termodinamika dapat digunakan untuk memprediksikan temperatur keseimbangan akhir dari gabungan temperatur batang baja dan temperatur air. Namun, termodinamika tidak dapat membantu kita untuk menentukan berapa lama waktu untuk mencapai kondisi keseimbangan atau berapa temperatur batang baja setelah beberapa saat sebelum kondisi keseimbangan tercapai.

Sedangkan perpindahan panas dapat digunakan untuk memprediksikan temperatur batang baja dan air sebagai fungsi dari waktu. Artinya di detik atau menit berapapun, perpindahan panas mampu memprediksikan temperatur  dari batang baja atau temperatur air.

Berikut poin-poin perbedaan antara Termodinamika dan Perpindahan Panas:

1. Termodinamika berhubungan dengan kondisi keseimbangan materi, dan tidak memperdulikan keberadaan gradien suhu. Sedangkan Perpindahan Panas pada dasarnya adalah proses non-keseimbangan (karena gradien suhu harus ada agar pertukaran panas terjadi). 
2. Ketika sistem berubah dari satu kondisi keseimbangan ke kondisi yang lainnya, termodinamika sangat membantu menentukan besarnya interaksi kerja dan panas. Termodinamika menggambarkan seberapa banyak panas yang bertukar/berpindah selama proses tetapi tidak mengisyaratkan bagaimana hal yang sama dapat dicapai. Perpindahan panas memprediksikan distribusi temperatur dan menentukan laju energi yang ditransfer melewati permukaan disebabkan gradien temperatur pada permukaan, dan perbedaan temperatur antara dua permukaan yang berbeda.

Referensi: A Text Book of Heat and Mass Transfer – Er. R. K. Rajput

8 Proses Dasar Termodinamika

Keadaan sistem termodinamika dapat diubah dengan berinteraksi terhadap sekitarnya melalui kerja dan panas. Ketika perubahan ini terjadi dalam suatu sistem, dikatakan bahwa sistem sedang mengalami proses.

Siklus termodinamika adalah urutan proses yang berbeda yang dimulai dan berakhir pada keadaan termodinamika yang sama.

Ke delapan proses tersebut adalah:

1. Isothermal: temperature konstan, T=C
2. Isobaric: tekanan konstan, P=C
3. Isokhoric, Volume konstan, V=C
4. Adiabatic: tidak ada perpindahan kalor, Q=0
5. Reversible (mampu balik)
6. Irreversible (tak mampu balik)
7. Quasistatic

Gambar 1. Proses Termodinamika Untuk Semua diagram PV

1. Proses isotermal terjadi pada suhu konstan. Karena energi internal gas hanya fungsi dari suhunya saja, maka ΔU = 0 untuk proses isotermal. Untuk ekspansi isotermal gas ideal, kita memiliki W = nRT ln (V2 / V1). W positif jika V2> V1. Karena ΔU = 0, panas yang ditransfer ke gas adalah ΔQ = W.
2. Proses isobarik adalah proses yang terjadi pada tekanan konstan. Kita memiliki W = P (V2 – V1). Jika tekanan gas ideal dijaga konstan, maka suhunya harus meningkat ketika gas mengembang. (PV / T = konstan.) Panas harus ditambahkan selama proses ekspansi.
   Kita mendefinisikan entalpi H sistem dengan persamaan H = U + PV. Entalpi merupakan properti fisik sistem. Entalpi memiliki dimensi energi dan satuan SI entalpi adalah Joule.
   Untuk proses isobarik kita menulis

   ΔU = ΔQ – ΔW = ΔQ – P (V2 – V1)
   

   atau, mengatur ulang istilah, ΔH = ΔQ. Ungkapan ini, sering digunakan dalam kimia, dapat dianggap sebagai bentuk isobarik dari hukum pertama . ΔH = ΔQ hanya berlaku untuk proses isobarik. Reaksi kimia (termasuk yang biologis) sering terjadi pada tekanan konstan, dan kemudian ΔQ sama dengan perubahan dalam sifat fisik sistem.

3. Proses adiabatik adalah proses di mana tidak ada panas yang masuk atau meninggalkan sistem. Kita kemudian memiliki ΔU = -ΔW, misal, ΔW sama dengan perubahan dalam properti fisik sistem. Properti fisik sistem hanya bergantung pada kondisi sistem (P, V, T), bukan pada cara sistem dimasukkan ke dalam kondisi ini.
4. Dalam praktiknya ada dua cara berbeda untuk mencegah perpindahan panas.

   (a) Berikan isolasi termal sistem yang sangat baik.
   (b) Selesaikan proses dalam interval waktu yang sangat singkat, sehingga tidak ada waktu untuk perpindahan panas yang cukup besar. Proses pembakaran di dalam mesin mobil pada dasarnya adiabatik untuk alasan ini.

5. Proses isovolumetrik atau isometrik atau isokhorik berlangsung pada volume konstan. Maka, W = 0 dan ΔU = ΔQ. Semua panas yang ditambahkan ke sistem meningkatkan energi internalnya.
6. Proses reversibel: Proses di mana sistem dan sekitarnya dapat dikembalikan ke keadaan awal dari keadaan akhir tanpa menghasilkan perubahan apa pun dalam sifat termodinamika alam semesta.
7. Proses ireversibel : Proses ireversibel juga disebut proses alami karena semua proses yang terjadi di alam adalah proses ireversibel.
8. Proses quasistatic:
   Sebuah proses quasistatic adalah model ideal dari proses termodinamika yang terjadi secara lambat tanpa batas. Penting untuk dicatat bahwa tidak ada proses nyata yang quasistatic. Dalam praktiknya, proses-proses semacam itu hanya dapat diperkirakan dengan melakukannya secara sangat lambat. Sebuah proses quasistatic sering memastikan bahwa sistem akan melalui urutan keadaan yang sangat dekat dengan kesetimbangan (sehingga sistem tetap dalam kesetimbangan quasistatic), dalam hal ini proses biasanya reversibel.

Sumber: https://learnmech.com/8-basic-thermodynamic-processes-basic-of-thermodynamics/