Tahukah kalian? Ketika seseorang meniup kopi yang panas terdapat kinerja fisika energi disitu. Begitupun dengan sistem kerja Air Conditioner (AC). Dari contoh dua kejadian tersebut, terdapat penerapan termodinamika.
Di Sampoerna Academy para siswa-siswi belajar terkait materi termodinamika pada grade 11 Sekolah Menengah Atas (SMA). Pelajaran yang diberikan tidak hanya seputar materi namun juga para siswa-siswi mengimplementasikan dengan mempraktekkan dalam program STEAM Project.
Hukum dasar termodinamika banyak kita terapkan dalam kehidupan sehari-hari. Yuk simak penjelasan terkait materi kali ini sampai habis ya teman-teman.
Pengertian Termodinamika
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dan terdiri dari dua kata, yakni “thermos” yang berarti panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau perubahan. Jadi, termodinamika dalam segi bahasa berarti perubahan atau pergerakan energi panas.
Termodinamika merupakan salah satu teori fisika yang membahas mengenai hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Dapat juga digambarkan sebagai ilmu yang mempelajari besaran fisis tertentu yang menggambarkan sifat zat-zat di bawahnya. Sederhananya, termodinamika merupakan salah satu cabang fisika yang membahas tentang perubahan energi panas menjadi bentuk energi lain sesuai dengan kerja suatu sistem.
Konsep ilmu dari termodinamika adalah untuk mengubah kalor menjadi energi yang meliputi proses dari aliran energi dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut. Dari perpindahan energi ini mengakibatkan adanya perbedaan suhu. Termodinamika erat hubungannya dengan fisika energi, panas, kerja, entropi, dan juga kespontanan proses.
Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik, yakni cabang ilmu fisika yang mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas, dan lingkungan. Contoh penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah sistem kerja AC, mobil, refrigerator, dan lainnya.
Prinsip Termodinamika
Dalam prinsip termodinamika, penyelesaian suatu masalah dilakukan melalui beberapa tahap, yaitu:
- Mengubah formulasi problem ke dalam besaran dan bentuk termodinamika
- Mengevaluasi sifat dan fungsi termodinamika dengan melakukan analisis pada formulasi yang telah disusun pada langkah sebelumnya
- Penyelesaian masalah termodinamika, yakni dengan dukungan pengetahuan kalkulus (diferensial, integral) supaya jawaban yang diperoleh valid atau dapat dipertanggungjawabkan.
Ketiga tahapan tersebut harus berlandaskan pada kaidah-kaidah termodinamika.
Hakikatnya, prinsip termodinamika yaitu hal yang alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari, namun dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa ke dalam bentuk mekanisme yang dapat membantu kerja manusia dalam kehidupan sehari-hari.
Sistem Termodinamika
Sistem termodinamika merupakan suatu kesatuan massa zat yang membentuk suatu komponen, yang mana massa zat ini dapat terpisah menjadi gas, padat, dan cair atau gabungan dari ketiga zat tersebut. Massa aliran zat ini berpindah dengan memasuki atau keluar dari sistem yang diperantarai oleh permukaan batas sistem tersebut secara bersamaan. Permukaan batas inilah yang merupakan pemisah antara sistem dan lingkungan yang ada di sekitarnya.
Sistem termodinamika yaitu bagian dari alam semesta yang diperhitungkan. Lingkungan menjadi batas nyata atau imajinasi yang memisahkan sistem dengan alam semesta. Terdapat tiga jenis sistem dalam termodinamika berdasarkan pada jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan. Berikut penjelasannya;
Sistem tertutup
Yaitu terjadinya pertukaran energi panas dan kerja, namun tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau menjadi contoh dari sistem tertutup yang mana terjadi pertukaran panas namun tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Pertukaran panas, kerja, atau keduanya dalam suatu sistem, biasanya dipertimbangkan dari sifat pembatasnya, yaitu;
- Pembatas Adiabatik yaitu tidak memperbolehkan pertukaran panas
- Pembatas Rigid yaitu tidak memperbolehkan pertukaran kerja
Sistem terisolasi
Yaitu tidak terjadinya pertukaran panas, kerja, atau benda dengan lingkungan, seperti tabung gas terisolasi.
Sistem terbuka
Yaitu tidak terjadinya pertukaran energi, yakni panas & kerja dan benda dengan lingkungan, seperti samudera. Sebuah pembatas yang memperbolehkan pertukaran benda disebut dengan permeabel.
Pada kenyataanya, sebuah sistem tidak mungkin dapat sepenuhnya terisolasi dari lingkungan, karena pasti ada campuran walaupun sedikit dari penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, besaran energi yang masuk sama dengan besaran energi yang keluar dari sistem.
Keadaan Termodinamika
Keadaan pasti yaitu ketika sistem berada dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan. Sedangkan fungsi keadaan adalah properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem membentuk keadaan tersebut.
Dalam keadaan tertentu, banyak sifat sistem yang dispesifikasikan. Jumlah minimal properti yang dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan sistem tertentu ditentukan oleh hukum fase Gibbs. Biasanya properti sistem lebih besar dari jumlah minimal tersebut yang banyak ditemui.
Sedangkan pengembangan hubungan antara properti keadaan yang berlainan itu dimungkinkan. Persamaan keadaan merupakan contoh dari hubungan tersebut.
Hukum Dasar Termodinamika
Adapun hukum dasar dalam termodinamika, yaitu;
- Hukum Awal Termodinamika (Zeroth Law) : Merupakan hukum yang dimasukkan setelah hukum pertama. Hukum ini menyatakan bahwa ketika dua sistem berada pada keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiga sistem ini berada saling setimbang satu sama lain.
- Hukum Pertama Termodinamika : disebut juga hukum termodinamika 1, merupakan hukum yang terkait dengan kasus kekekalan energi. Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup, sama dengan jumlah total energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan pada suatu sistem. Terdapat beberapa proses yang dapat diuraikan dari hukum ini, yakni proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan Adiabatik. Pada termodinamika gas ideal mengalami proses isotermik jika perubahan keadaan gas selalu tetap suhunya.
- Hukum kedua Termodinamika : disebut juga hukum termodinamika 2, merupakan hukum yang terkait dengan entropi.
Dalam buku Fundamental of Engineering Thermodynamics kaya J. Moran dan N.M Shapiro, Kelvin Planck dan Clausius memberikan pernyataan kenyataan eksprimentalnya, yakni;
Clausius : Tidak mungkin apabila suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa dan hasil satu-satunya adalah perpindahan energi panas dari temperatur tertentu ke temperatur yang lebih tinggi.
Kelvin Planck : tidak mungkin apabila suatu sistem apapun beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja ke sekeliling sembari menerima energi panas dari satu reservoir termal.
Total entropi termodinamika terisolasi cenderung meningkat seiring meningkatnya waktu hingga mendekati nilai maksimumnya. Hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi, yakni korolari dari analisis hukum termodinamika untuk proses menggunakan sifat entropi.
- Hukum ketiga Termodinamika : merupakan hukum yang terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa ketika suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan terhenti dan nilai entropi sistem mendekati minimum. Hukum ketiga ini juga menyatakan bahwa nilai entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut adalah nol.
Contoh Soal SBMPTN Termodinamika
Demikian penjelasan mengenai termodinamika yang perlu diketahui. Dalam mempelajari termodinamika, akan dibahas lebih dalam di mata pelajaran Fisika. Di Sampoerna Academy, Fisika menjadi salah satu fokus yang dipelajari dengan mengadopsi kurikulum terbaik dunia dan metode berbasis STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Math) yang diterapkan di Amerika.
Selain itu, dengan menerapkan sumber daya digital terbaik di dalam kelas, Sampoerna Academy menggunakan perangkat belajar terbaik yang memungkinkan siswa menikmati belajar baik di dalam maupun di luar kelas.
Untuk informasi lebih lanjut seputar info akademik, kunjungan sekolah, pendaftaran, beasiswa atau pertanyaan lainnya silakan mengisi form dibawah ini dan team kami akan segera membantu.
[formidable id=7]
Referensi
Wikipedia
