Melalui artikel ini, kamu akan belajar mengenai prinsip dan hukum termodinamika. Seperti apa sih termodinamika itu? Yuk, simak penjelasannya!
—
Kalau lagi musim hujan gini, enaknya minum yang hangat-hangat, nih! Siapa di sini yang suka minum minuman hangat? Nah, untuk menjaga agar minuman tetap hangat, biasanya kita akan menyimpan minuman tersebut di dalam termos, kan? Pernah nggak sih kepikiran, kok bisa ya, minuman kita tetap hangat saat disimpan dalam termos?
Termos menerapkan prinsip termodinamika (Sumber: giphy.com)
Jadi, termos yang biasa kita pakai di rumah itu menerapkan salah satu prinsip fisika yang disebut
termodinamika
,
guys
! Apa sih, termodinamika itu?
Termodinamika adalah
cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum-hukum tentang hubungan kalor dan usaha
.
Termodinamika sendiri berasal dari dua kata, yaitu
thermos
yang artinya
panas
dan
dynamic
yang artinya
perubahan
.
Dalam ilmu termodinamika, ada yang disebut dengan
Sistem
,
Lingkungan
, dan
Batasan Sistem
. Wah, apa itu?
Sistem dan Lingkungan
Sistem adalah
satu kesatuan yang sedang diamati. Sedangkan
Lingkungan adalah
segala sesuatu yang berada di luar sistem. Kemudian, ada juga yang disebut dengan
Batasan Sistem (
Boundary System
)
yakni sesuatu yang membatasi
antara Sistem dan Lingkungan.
Untuk lebih memahami Sistem, Lingkungan, dan Batasan Sistem, kita ambil contoh termos tadi, ya.
Minuman hangat
yang ada dalam termos merupakan
Sistem
. Lalu,
segala sesuatu di luar termos
merupakan
Lingkungan
. Nah, terus Batasan Sistemnya yang mana, nih?
Batasan Sistemnya
adalah
termos
yang mewadahi minuman tersebut.
Nah, Sistem sendiri terbagi menjadi dua macam, nih. Ada
Sistem Terbuka
dan
Sistem Tertutup
.
Sistem Terbuka
Sistem Terbuka adalah sistem yang
melibatkan pertukaran massa dan kalor antara sistem dan lingkungan
. Contohnya adalah
air di sungai
. Air di sungai dapat mengalir bebas dan berinteraksi dengan lingkungan tanpa adanya pembatas (Batasan Sistem), sehingga dapat terjadi pertukaran massa dan kalor antara air sungai (Sistem) dengan segala sesuatu yang ada di sekitarnya (Lingkungan). Contoh lainnya yaitu api unggun.
Air di sungai adalah contoh sistem terbuka (Sumber: loggerindo.com)
Sistem Tertutup
Sistem Tertutup adalah sistem yang
tidak melibatkan pertukaran massa dan kalor antara sistem dan lingkungan
. Sistem Tertutup sendiri ada dua macam nih, yaitu
Sistem Tertutup
dan
Sistem Tertutup Terisolasi
. Bedanya apa tuh, Sistem Tertutup yang biasa dan yang terisolasi? Bedanya, Sistem Tertutup Terisolasi itu Batasan Sistemnya
lebih kuat
dalam membatasi antara Sistem dan Lingkungan daripada Sistem Tertutup yang biasa.
Kotak makan adalah contoh sistem tertutup (Sumber: alicdn.com)
Contohnya
, kalau
Sistem Tertutup
itu ada
kotak makan
dan
panci yang ditutup
. Sedangkan
Sistem Tertutup Terisolasi
contohnya adalah….
hayoo
ada yang bisa tebak contohnya apa? Yap! Contohnya adalah
termos
.
Termos merupakan Sistem Tertutup Terisolasi karena termos bisa membatasi Sistem dan Lingkungan dengan sangat baik, bahkan lebih baik daripada Sistem Tertutup biasa, sehingga
tidak terjadi pertukaran massa dan kalor antara Sistem dan Lingkungan
. Kalau kita perhatikan, termos juga dibuat dari
bahan yang tebal
dan tutupnya pun dibuat
sangat rapat dan kedap udara
.
Oleh karena itu, termos bisa menjaga suhu minuman yang kita simpan di dalamnya tetap hangat.
Baca juga:
Macam-Macam Perpindahan Kalor
Sekarang, kita bahas tentang Hukum Termodinamika, yuk! Hukum termodinamika itu ada tiga, yaitu
Hukum 0 Termodinamika
,
Hukum I Termodinamika
, dan
Hukum II Termodinamika
. Kita bahas satu per satu, ya!
Hukum 0 Termodinamika
Hukum 0 Termodinamika berbunyi:
“Jika dua buah sistem mempunyai kesetimbangan termal dengan sistem ke-3, maka ketiganya akan mempunyai kesetimbangan termal satu sama lain.”
Apa sih, kesetimbangan termal itu?
Kesetimbangan termal
adalah kondisi di mana
suhu dari sistem-sistem yang terlibat adalah sama
atau
tidak ada kalor yang mengalir
. Jadi, jika ada benda A dan benda B yang dikatakan mencapai kesetimbangan termal, artinya benda A dan benda B tersebut memiliki suhu yang sama dan tidak ada kalor yang mengalir di antara keduanya.
Kalor
sendiri mengalir dari
sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah
. Oleh karena itu, jika suhu kedua sistem sama, maka kalor tidak akan mengalir di antara keduanya.
Contoh penerapan Hukum 0 Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah
alat ukur suhu (termometer)
.
Lanjut ke pembahasan Hukum I Termodinamika, yuk!
Hukum I Termodinamika
Hukum I Termodinamika berbunyi:
“Dalam sebuah sistem tertutup, perubahan energi dalam sistem tersebut akan sama dengan banyaknya kalor yang masuk ke dalam sistem dikurangi usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut.”
Secara matematis, Hukum I Termodinamika bisa ditulis ke dalam persamaan atau rumus seperti pada gambar berikut:
Dari persamaan atau rumus tersebut, kamu perlu mengetahui
aturan nilai positif dan negatif
, yakni sebagai berikut:
ΔU
bertanda
positif (+)
jika sistem mengalami
kenaikan suhu
dan bertanda
negatif (-)
jika sistem mengalami
penurunan suhu
.
Q
bertanda
positif (+)
jika sistem
menyerap kalor
dan bertanda
negatif (-)
jika sistem
melepas kalor
.
W
bertanda
positif (+)
jika sistem
melakukan usaha
dan bertanda
negatif (-)
jika sistem
menerima usaha
.
Baca juga:
Kenapa Suhu di Gunung Lebih Dingin?
Sekarang, lanjut ke pembahasan terakhir yaitu Hukum II Termodinamika.
Hukum II Termodinamika
Hukum II Termodinamika dibagi menjadi dua macam, yaitu Hukum II Termodinamika tentang
Arah Aliran Kalor
dan Hukum II Termodinamika tentang
Entropi
.
Hukum II Termodinamika tentang Arah Aliran Kalor berbunyi:
“Kalor mengalir secara spontan (alamiah) dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”
Sedangkan Hukum II Termodinamika tentang Entropi berbunyi:
“Dalam sebuah sistem tertutup, setiap proses termodinamika akan menghasilkan peurbahan entropi lebih besar dari 0 untuk proses
irreversible
, dan perubahan entropi sama dengan 0 untuk proses
reversible
.”
Entropi itu maksudnya gimana, sih?
Entropi adalah
besaran yang menggambarkan tingkat keacakan sistem. Semakin acak benda maka benda akan semakin homogen (sejenis) dan entropinya akan semakin besar. Kamu bisa perhatikan ilustrasi di atas untuk lebih memahami tentang entropi.
Secara spontan (alamiah), sistem akan
selalu menuju homogen
(menjadi lebih acak), sehingga
entropi akan selalu semakin besar
(perubahan entropi positif).
Selain itu, dalam termodinamika,
ketika ada perbedaan
suhu
antara sistem yang terlibat, maka
sistem akan selalu menuju suhu yang homogen
(kesetimbangan termal).
Nah, itu tadi pembahasan tentang prinsip dan hukum termodinamika. Gimana? Sudah paham? Kalau masih bingung, kamu bisa menonton video penjelasan lengkapnya di
ruangbelajar
. Bisa diakses lewat ponsel maupun PC, lho! Dijamin kamu bakal langsung paham!
Sumber Gambar:
GIF ‘Termos’ [Daring]. Tautan: https://giphy.com/gifs/mate-yerba-kalmateh-TgOMsnpv9yR5h4IRWJ
(Diakses: 20 Januari 2022)
Gambar ‘Sungai’ [Daring]. Tautan: https://www.loggerindo.com/images//aliran_air_sungai_water_level_station.jpg (Diakses: 20 Januari 2022)
Gambar ‘Kotak Makan’ [Daring]. Tautan: https://sc04.alicdn.com/kf/H97bdcfa5f6c449e49d1e91ad148614f6H.png (Diakses: 20 Januari 2022)
Artikel ini pertama kali ditulis oleh Tedy Rizkha Heryansyah dan telah diperbarui oleh Kenya Swawikanti pada 20 Januari 2022.