Termodinamika: Pengertian, Hukum, dan Contoh Soal
Apa Itu Termodinamika?
Kalo dari segi bahasa, termodinamika berasal dari 2 kata bahasa Yunani yaitu “Thermos” dan “dynamic”.
dalam bahasa yunani “Thermos” itu artinya panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau perubahan.
Jadi, kalau digabung, termodinamika itu pasti berhubungan erat sama perubahan atau pergerakan energi panas, meskipun sebenarnya konsepnya tidak sesederhana itu.
Konsep ilmu termodinamika adalah usaha untuk mengubah kalor jadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut.
Singkatnya, termodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak.
Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan.
Di mana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar. Dan sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan.
Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu:
Termodinamika Sistem Terbuka
Apa itu termodinamika sistem terbuka?
Termodinamika sistem terbuka adalah sistem yang ada atau terjadi karena pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Contoh termodinamika sistem terbuka biasanya sering kita temui pada fenomena alam, seperti samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan.
Termodinamika Sistem Tertutup
Kalau ada termodinamika sistem terbuka, maka ada termodinamika sistem tertutup .
Nah, termodinamika sistem tertutup yaitu adanya pertukaran energi namun tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sistem tertutup adalah Green House.
Karena pada Green House terjadi pertukaran kalor, namun tidak terjadi pertukaran kerja terhadap lingkungan.
Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi yaitu panas atau kerja atau keduanya tergantung sistem pembatasnya:
- Pembatas Adiabatik, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
- Pembatas Rigid, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.
Termodinamika Sistem Terisolasi
Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa sistem dengan lingkungan, itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi.
Contoh termodinamika sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari adalah tabung gas yang terisolasi.
Hukum Termodinamika
Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika dibagi menjadi 4, yaitu:
Hukum Awal (Zeroth Law)
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain.
Yang artinya apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.
Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)
Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan
Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q) dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W) yang dilakukan oleh sistem.
Perlu diperhatikan bahwa,
Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor
Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor
W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja
W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja
bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu
bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu
Dan pada sistem terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga tidak ada perubahan energi dalam ()
Hukum ini diuraikan menjadi 4 proses termodinamika, yaitu
- Isobarik (Tekanan tetap atau konstan)
- Isokhorik (Volume tetap atau konstan)
- Isotermik (Suhu tetap atau konstan)
- Adiabatik (sistem diisolasi agar tidak ada kalor yang keluar maupun masuk atau tidak terjadi pertukaran kalor)
Hukum Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)
Hukum kedua thermodinamika menyatakan pembatasan perubahan energi dimana alur kalor suatu objek dengan sistem memiliki sifat alami, yaitu:
“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.”
Hukum Termodinamika III
Hukum 3 termodinamika menyatakan bahwa suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekat nilai minimum.
Selain itu, untuk entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Contoh Soal Termodinamika
Setelah mempelajari mengenai hukum thermodinamika di atas, sekarang kita coba kerjakan beberapa soal di bawah ini.
Contoh Soal Termodinamika (1)
Contoh Soal Termodinamika (2)
Penerapan Termodinamika
Di awal artikel ini gue sempet mention kalau salah satu contoh peristiwa termodinamika adalah AC atau Air Conditioner yang sering kita pake untuk menurunkan suhu ruangan.
Tapi selain AC, ternyata masih ada beberapa contoh peristiwa termodinamika dalam hidup kita .
Apa aja ya? Berikut ini daftarnya:
Penerapan Termodinamika dalam AC/Air Conditioner
AC merupakan suatu elektronik yang termasuk ke dalam contoh hukum termodinamika 1 dan 2.
AC mengubah energi listrik menjadi energi kinetik pada kondensor (berfungsi untuk membuang panas refrigerant ke lingkungan).
Kemudian mengubahnya menjadi energi kinetik pada evaporator (berfungsi memberikan udara dingin pada ruangan dengan cara perpindahan panas ke ruangan).
Dan kemudian mengubah energi kinetik pada kompresor (berfungsi memberikan tekanan pada refrigerant).
Sedangkan penerapan hukum termodinamika kedua pada AC, bahwa AC tidak dapat secara alami atau spontan mengalirkan kalor dari suhu rendah ke suhu tinggi, diperlukan usaha atau kerja terlebih dahulu.
Penerapan Termodinamika dalam Mesin Kendaraan Bermotor
Selain itu, ilmu thermodinamika juga berperan dalam penciptaan mesin kendaraan bermotor, yang tentunya baik secara kita sadari atau tidak juga sangat membantu kita dalam melakukan aktivitas kita sehari-hari.
Perhatikan gambar bagian turbin jet di atas, di mana udara masuk ke dalam kompresor yang berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut melalui inlet sehingga temperatur udara meningkat.
Kemudian, setelahnya udara tersebut dimasukkan kedalam ruang bakar dan di situ dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara tersebut dengan bahan bakar yang berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat disimpulkan keberadaan ruang bakar bertujuan menaikkan temperatur.
Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozzle untuk mengalirkan gas tersebut ke sudu-sudu turbin yang berguna untuk memutar kompresornya sendiri dan juga memutar generator listrik, dan beban lainnya. Setelah melewati turbin gas tersebut akan dibuang ke exhaust.
Penerapan Termodinamika dalam Termos
Tentunya masih banyak aplikasi ilmu termodinamika dalam kehidupan kita. Satu contoh aplikasi termodinamika lainnya bisa ditemukan dalam termos.
Penerapan hukum termodinamika I juga terdapat pada termos, dengan menggunakan bahan yang bersifat adiabatik, sehingga menghambat terjadinya pertukaran kalor antara sistem ke lingkungan dan sebaliknya, sehingga tidak terjadi penurunan suhu.
Termos juga merupakan contoh sistem terisolasi yang cukup mudah ditemukan. Cara kerjanya kalor dimasukkan ke dalam termos dan tidak dapat keluar karena terhambat oleh kaca dengan warna putih mengkilap.
Alasan kenapa semua termos kita memiliki kaca putih mengkilap di dalamnya adalah karena dibandingkan warna gelap, putih sedikit menyerap kalor.
Selain dihambat oleh kaca, kalor juga dihambat oleh celah hampa udara antara tabung dan kaca, kemudian dihambat oleh celah udara antara tabung dan dinding, karena udara merupakan penghantar panas yang buruk.
Terakhir, dihambat lagi oleh lapisan terluar termos atau yang kita sentuh dan kita lihat yang biasanya terbuat dari plastik atau logam.
Itu dia penjelasan mengenai rangkuman termodinamika lengkap mulai dari hukum hingga contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
"Kuasailah semua buku, tapi jangan biarkan buku menguasai Anda. Membacalah untuk hidup, bukan hidup untuk membaca." - Owen Meredith
Komentar
Posting Komentar