Pernahkah Anda mengamati balon yang diletakkan di bawah sinar matahari? Lama-kelamaan ia akan meletus karena peningkatan suhu. Begitu pula sebuah sepeda, ketika dikendarai dalam waktu yang cukup lama, ban akan menjadi panas akibat bersentuhan dengan permukaan jalan. Keduanya merupakan salah satu contoh dari hukum termodinamika.
Konsep ini terlahir dari ilmu fisika. Di dalamnya, terdapat sebuah sistem yang terdiri dari sejumlah besar atom atau molekul yang berinteraksi dengan cara yang cukup rumit. Namun jangan khawatir, Anda pasti bisa memahaminya dengan mudah.
Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan pengertian termodinamika, hukum konsep, siklus, dan contoh yang dapat kita temui di kehidupan sehari-hari. Yuk, simak pemaparannya berikut ini!
Apa Itu Termodinamika?
Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang khusus mempelajari perpindahan energi dalam bentuk kalor. Hubungannya sangat erat dengan radiasi, suhu, dan sifat fisik suatu materi.
Yang bersifat kekal sebenarnya energi, bukan panas. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya berpindah dan berubah bentuk. Adapun panas atau kalor adalah energi yang sedang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, sehingga benda tidak menyimpan kalor melainkan menyimpan energi dalam.
Misalnya, turbin uap dapat mengubah panas menjadi energi kinetik. Gerakan-gerakan yang ada akan menjalankan generator sehingga menciptakan energi listrik.
Contoh lainnya, bola lampu dapat mengubah energi listrik menjadi radiasi elektromagnetik atau cahaya. Cahaya tersebut seolah-olah berubah menjadi panas ketika terserap oleh suatu permukaan.
Perlu diingat bahwa termodinamika tidak memperhitungkan bagaimana dan pada tingkat apa transformasi energi yang bersangkutan. Ia hanya didasarkan pada keadaan awal dan akhir suatu energi. Termodinamika juga merupakan ilmu makroskopik yang berarti berurusan dengan sistem massal dan tidak berurusan dengan konstitusi molekul materi.
Menurut Livescience.com, termodinamika menjelaskan usaha yang terjadi antara sistem dan lingkungan. Sistem mengacu pada benda-benda atau objek yang diteliti atau diamati yang menjadi pusat perhatian. Di sisi lain, lingkungan merupakan kumpulan benda-benda atau objek yang berada di luar sistem.
Besaran termodinamika adalah entropi. Nilainya tergantung pada keadaan fisik atau kondisi suatu sistem. Dengan kata lain, ini berfungsi untuk mengukur keacakan atau ketidakteraturan. Misalnya, entropi zat padat di mana partikel tidak bebas bergerak, lebih kecil daripada entropi gas, di mana partikel dapat secara mudah mengisi wadah.
Baca Juga: Gas Metana: Berbahaya atau Bermanfaat?
Hukum dan Prinsipnya
Hukum-hukum dasar ini dapat mudah ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Namun, ia diklasifikasikan dalam beberapa bagian. Adapun penjelasannya:
1. Hukum Termodinamika I
Meskipun energi kalor telah berubah menjadi energi mekanik atau usaha luar dan energi dalam, jumlah energi itu akan selalu tetap. Hukum ini merupakan hukum kekekalan energi.
Energi dalam sistem adalah jumlah total semua energi molekul yang ada di dalam sistem. Perubahan energi dalam sama dengan kalor yang masuk dikurangi usaha yang dilakukan sistem. Jadi kalor yang diterima dari lingkungan menaikkan energi dalam, sedangkan usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan justru menurunkannya.
Dalam prosesnya, hukum ini akan mengolah termodinamika unsur gas. Prosesnya antara lain isobarik, isokhorik, isotermik, dan adiabatik.
2. Hukum Termodinamika II
Ini menyatakan bahwa entropi dalam sistem terisolasi akan selalu meningkat. Setiap sistem yang terisolasi secara spontan berevolusi menuju kesetimbangan termal hingga mencapai keadaan entropi maksimum.
Sifatnya irreversible, yaitu tidak dapat dibalik. Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Namun, ia tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.
Contohnya adalah pembuatan guci. Tanah liat terbentuk sedemikian rupa lalu dipanaskan. Hasilnya adalah benda padat yang tidak bisa dikembalikan lagi menjadi tanah liat.
3. Hukum Termodinamika III
Hukum ini berkaitan erat dengan temperatur nol absolut. Artinya, ketika suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, maka semua proses akan berhenti. Lalu, entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum.
Di sisi lain, hukum ketiga menyatakan bahwa bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol akan bernilai nol pula.
Baca Juga: Perbedaan Bilangan Oktan dan Bilangan Setana pada BBM
Siklus Termodinamika
Siklus ini terdiri dari urutan terkait proses yang melibatkan perpindahan panas dan kerja ke dalam dan keluar sistem, berbagai tekanan, suhu, dan variabel keadaan lain, hingga akhirnya mengembalikan sistem ke keadaan awal. Berikut jenis-jenisnya:
1. Siklus Brayton
Fungsinya adalah menggambarkan bagaimana turbin gas dapat beroperasi. Ide di balik siklus ini adalah untuk mengekstrak energi dari udara dan bahan bakar yang mengalir untuk menghasilkan kerja yang dapat digunakan untuk memberi daya pada banyak kendaraan dengan memberi mereka daya dorong.
Langkah paling dasar dalam mengekstrak energi adalah kompresi udara yang mengalir, pembakaran, dan kemudian ekspansi udara itu untuk menciptakan kerja dan juga menggerakkan kompresi pada saat yang bersamaan.
2. Siklus Carnot
Siklus ini memiliki efisiensi tertinggi yang mungkin dicapai sebuah mesin kalor di antara dua suhu tertentu. Sebabnya, seluruh prosesnya dianggap reversibel: tidak ada pemborosan seperti gesekan, dan tidak ada perpindahan panas antara bagian mesin yang berbeda suhunya. Karena itu efisiensi Carnot menjadi batas atas teoretis yang tidak dapat dilampaui mesin nyata mana pun.
Siklusnya terdiri dari empat langkah yang memakai dua jenis proses, yaitu dua langkah isotermal dan dua langkah adiabatik. Elemen yang bekerja adalah udara di dalam silinder tempat piston bergerak. Kemudian mesin harus beroperasi di antara dua sumber dengan kapasitas tak terbatas. Satu pada suhu tinggi dan yang lainnya pada suhu rendah.
Kesimpulan
Dari artikel di atas, kita dapat menarik kesimpulan bahwa termodinamika merupakan proses dalam perpindahan energi panas. Ia memiliki besaran yang bernama entropi dengan transformasi energi yang berada di dalamnya.
Ia terdiri dari tiga hukum utama yang memiliki syarat dan kondisi masing-masing, ditambah hukum ke-nol yang menjadi dasar pendefinisian suhu. Contoh kecilnya dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Begitu pula dengan siklusnya yang terdiri dari elemen dan proses yang dapat diterapkan pada industri tertentu.
Solar Industri menyediakan produk pemesanan Bio Solar B40 dan pengisian Marine Fuel Oil Non-Subsidi untuk Bunker Service. Selengkapnya, silakan kunjungi produk detail kami lainnya untuk mendapatkan penawaran khusus.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa bunyi hukum pertama termodinamika?
Hukum pertama adalah hukum kekekalan energi, dirumuskan sebagai perubahan energi dalam sama dengan kalor yang masuk dikurangi usaha yang dilakukan sistem. Perlu diperhatikan tandanya: kalor yang masuk menaikkan energi dalam, sedangkan usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan justru menurunkannya. Energi tidak diciptakan maupun dimusnahkan, hanya berpindah dan berubah bentuk.
Apa itu hukum ke-nol termodinamika?
Hukum ke-nol menyatakan bahwa bila dua benda masing-masing berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga, keduanya juga setimbang termal satu sama lain. Kedengarannya sepele, tetapi justru hukum inilah yang membuat suhu dapat didefinisikan dan termometer dapat bekerja. Namanya menjadi ke-nol karena baru dirumuskan setelah hukum pertama dan kedua sudah mapan.
Apa beda kalor dan suhu?
Suhu adalah ukuran rata-rata energi gerak partikel dalam suatu benda, dan merupakan sifat keadaan benda itu. Kalor adalah energi yang sedang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Karena itu benda tidak menyimpan kalor, melainkan menyimpan energi dalam; kalor hanya ada selama perpindahan berlangsung.
Apa itu entropi?
Entropi adalah ukuran seberapa banyak cara mikroskopis suatu sistem dapat tersusun pada keadaan yang sama, dan sehari-hari dipahami sebagai ukuran ketidakteraturan. Entropi zat padat lebih kecil daripada entropi gas karena partikel padat tidak bebas bergerak. Hukum kedua menyatakan entropi sistem terisolasi tidak pernah berkurang, dan itulah sebabnya banyak proses alam hanya berjalan satu arah.
Mengapa tidak ada mesin yang efisiensinya 100 persen?
Karena hukum kedua termodinamika mengharuskan sebagian kalor dibuang ke reservoir bersuhu rendah. Batas teoretis tertingginya dirumuskan efisiensi Carnot, yaitu satu dikurangi hasil bagi suhu mutlak reservoir dingin terhadap suhu mutlak reservoir panas. Mesin nyata bahkan berada di bawah batas itu karena masih ada gesekan, kebocoran panas, dan pembakaran yang tidak sempurna.
Ada berapa langkah dalam siklus Carnot?
Empat langkah, yaitu pemuaian isotermal saat sistem menyerap kalor dari reservoir panas, pemuaian adiabatik yang menurunkan suhu, pemampatan isotermal saat sistem membuang kalor ke reservoir dingin, dan pemampatan adiabatik yang mengembalikan sistem ke keadaan awal. Yang sering keliru dipahami, dua jenis prosesnya memang isotermal dan adiabatik, tetapi langkahnya ada empat.
