Pernahkah Anda melihat proses pembuatan popcorn yang meletup-letup saat api dinyalakan? Popcorn yang meletup dan membentur tutup panci ini diakibatkan adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan kalor dan kerja. Dalam Fisika, Anda tentu sudah tahu bahwa energi kalor dapat berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Nah, proses perpindahan energi seperti inilah disebut termodinamika.
Dalam materi termodinamika, Anda juga akan mengenal Hukum Termodinamika. Hukum Termodinamika kerap digunakan dalam teknologi sehari-hari seperti AC dan rice cooker. Untuk lebih memahami pengertian dan hukum termodinamika, pelajari selengkapnya di artikel ini.
Apa Itu Termodinamika
Istilah termodinamika berasal dari Bahasa Yunani, yaitu “thermos” yang berarti ‘panas’ dan “dynamis” yang berarti ‘gaya’. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang energi yang khususnya membahas hubungan antara energi panas dan proses kerjanya. Sederhananya, cabang ilmu fisika ini mendalami hubungan antara kalor dan usaha. Termodinamika menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (berupa perpindahan energi yang disebabkan perpindahan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya.
Selain itu, termodinamika juga berkaitan dengan mekanika statis. Konsep termodinamika menelaah suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari dapat terjadi dalam peristiwa meniup kopi panas, refrigerator, pembangkit listrik dan industri, dan lain-lain.
Sistem Termodinamika
Dalam termodinamika terdapat 3 sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan.
- Batas Sistem: yaitu garis imajiner yang membatasi sistem dengan lingkungannya.
- Sistem Tertutup: apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi pertukaran energi atau massa, artinya energi atau massa tidak melewati batas-batas sistem.
- Sistem Terbuka: jika energi dan massa dapat melintasi atau melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi.
Anda juga bisa memperlajari kesetimbangan dan dinamika rotasi benda tegar.
Hukum Termodinamika
Keberadaan hukum termodinamika merupakan salah satu bagian penting dari ilmu fisika. Para insinyur di bidang teknik biasanya menggunakan prinsip termodinamika untuk mempelajari sistem dan interaksinya dengan lingkungan. Hukum Termodinamika ada tiga, tetapi sebelum itu Anda juga perlu mengenal Hukum Awal Termodinamika.
Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum awal termodinamika menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang seimbang juga satu sama lain. Dengan kata lain, setiap zat atau benda material akan berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain, atau dapat dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.
Hukum Termodinamika I
Hukum Termodinamika I atau disebut juga hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan isokhorik, isotermik, isobarik dan adiabatik. Dalam Hukum Termodinamika I, untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (W), maka akan terjadi perubahan energi dalam (ΔU). Maka persamaannya adalah sebagai berikut.
ΔU = Q – W atau Q = ΔU + W
Keterangan:
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = jumlah kalor (joule)
W = usaha sistem (joule)
Jika sistem menerima kalor dari lingkungan (Q+) dan sistem melakukan usaha (W+). Dan jika sistem melepas kalor ke lingkungan (Q-) dan sistem dilakukan usaha (W-).
Kenali definisi dan rumus-rumus dalam materi momentum dan impuls!
Hukum Termodinamika II
Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan entropi dan punya kecenderungan yang dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensial kimia dalam sistem fisik yang terisolasi.
Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa “kalor mengalir secara alami atau spontan dari benda yang panas (bersuhu tinggi) ke benda yang dingin (bersuhu rendah); dan sebaliknya kalor tidak akan mengalir secara alami atau spontan dari benda dingin (bersuhu rendah) ke benda panas (bersuhu tinggi) tanpa dilakukan usaha.”
Dalam Hukum Termodinamika ada dua formulasi yang berguna untuk memahami konversi energi panas ke energi mekanik, yaitu formulasi kelvin-planck dan formulasi clausius.
Formulasi kelvin-planck: Sistem tidak mungkin bekerja dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja ke sekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.
Formulasi clausius: Sistem apapun tidak mungkin bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpidahan energi sebagai panas dari sistem dengan suhu tertentu ke sistem dengan suhu yang lebih tinggi.
Tingkatkan pengetahuan fisika Anda dengan memahami rumus dan rangkaian arus listrik searah.
Hukum Termodinamika III
Hukum Termodinamika III berkaitan dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Juga, dalam hukum ini, entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Contoh Soal dan Pembahasan
Nah, setelah memahami konsep dasar termodinamika, belum lengkap jika Anda belum mempelajari contoh soal termodinamika dan pembahasannya agar dapat menerapkan rumus yang telah dipelajari. Simak dua contoh soal berikut ini.
- Jika kalor sebanyak 2000 Joule meninggalkan sistem dan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem?
Diketahui:
Q = -2000 J (sistem melepas kalor)
W = 1000 J (sistem melakukan kerja)
Ditanya: ΔU ?
Jawab:
ΔU = Q – W
ΔU = -2000 - 1000
ΔU = -3000 J
- Sejumlah kalor yang sama dengan 3000 Joule ditambahkan ke sistem dan dilakukan kerja 2000 joule pada sistem. Berapakah besar perubahan energi dalalm sistem?
Diketahui:
Q = 3000 J (sistem menyerap kalor)
W = -2000 J (sistem dilakukan kerja)
Ditanya: ΔU ?
Jawab:
ΔU = Q - W
ΔU = 3000 - (-2000)
ΔU = 5000 J
Pelajari sepenuhnya momen gaya dalam fisika!
Nah, itulah penjelasan tentang materi termodinamika. Kunjungi website Superprof untuk artikel-artikel Fisika lainnya. Anda juga bisa menghubungi guru Fisika dari Superprof untuk les privat jika ingin mempelajari Fisika lebih lanjut.
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
