Pengertian Termodinamika, Sistem, Proses, dan Hukum (0,I,II,III) Termodinamika

Selamat pagi kawan, pada kesempatan yang baik kali ini mimin akan membagikan sekilas informasi tentang pengertian termodinamika, sistem termodinamika, proses termodinamika dan keempat hukum termodinamika. Tanpa perlu berlama-lama, mari kita lihat penjelasannya di bawah ini

A. PENGERTIAN TERMODINAMIKA

Termodinamika berasal dari bahasaYinani yaitu thermos yang berati panas dan dynamic yang berarti perubahan. Termodinamika merupakan suatu ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya.

Termodinamika mempelajari sifat-sifat panas dan cara-cara panas atau kalor ditransfer. Sekilas, termodinamika adalah bidang ilmu khusus yang rumit dengan aplikasi-aplikasi penting. Ternyata termodinamika memiliki aplikasi-aplikasi penting dihanmpir setiap cabang fisika.

Termodinamika berkembang di abad ke-18 dan 19 dari studi mesin uap. Walau mesin semacam inibtelah mendorong munculnya revolusi industri, prinsip-prinsip fisika dibalik cara kerja mesin uap ini tidak begitu menjadi perhatian hingga ilmuwan Prancis Nicolas Sadi Carnot mengembangkan model mesin kalor yang lebih umum di tahun 1820-an. 

Termodinamika klasik membatasi pertimbangan-pertimbangannya terhadap sifat-sifat materi makroskopik atau skala besar daripada sifat-sifat atom individual materi. Namun demikian, sama halnya dengan teori kinetik gas, hukum-hukum dasar termodinamika bisa diperoleh secara statis dengan membuat model sifat rata-rata sejumlah besar partikel.

Konsep temperatur dan panas terletak di jantung termodinamika. Panas adalah sebuah bentuk energi yang bisa ditransfer di antara materi-materi, sementara suhu adalah sifat materi bawaan akan tetapi bisa diubah. Dalam mekanika statistika, temperatur diinterpretasikan sebagai pantulan energi kinetik atau ketika temperatur suatu zat meningkat, maka energi kinetik rata-rata atom atau molekul juga meningkat.

Bergantung pada struktur internal, materi-materi yang berbeda merespon panas dengan cara berbeda, seperti yang ditunjukkan oleh fakta bahwa jumlah panas yang sama yang diberikan pada jumlah dua zat yang serupa akan meningkatkan temperatur mereka. Respon materi terhadap aplikasi-aplikasi panas dijelaskan oleh sebuah kuantitas yang dikenal sebagai kapasitas panas, sementara transisi antara fase-fase materi memerlukan pengurangan atau penambahan energi tambahan yang dikenal sebagai panas atau kalor laten.

B. SISTEM DALAM TERMODINAMIKA

Sistem dalam termodinamika dibagi menjadi tiga sistem yaitu, Sisitem Terbuka, Sistem Tertutup dan Sistem Terisolasi. Adapun penjelasan ketiga sistem tersebut adalah sebagai berikut.

1.Sistem Terbuka: ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Contoh: lautan, tumbuh-tumbuhan

2. Sistem Tertutup: ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. Contoh: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukran kerja dengan lingkungannya.

3. Sistem Terisolasi: tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan. Contoh: tabung gas yang terisolasi.

C. PROSES TERMODINAMIKA

Dalam Termodinamika dikenal dengan lima proses, yaitu Proses Isotermis (Isotermal), Proses Isokhorik, Proses Isobarik, Proses Adiabatik. Adapun penjelasan dari kelima proses tersebut adalah sebagai berikut:

1. Proses Isotermal

- Berlangsung pada suhu tetap (∆T = 0)

- Sesuai dengan hukum Boyle; (P₁V₁=P₂V₂)

- Rumus Usaha;

- Usaha= luas daerah di bawah kurva.

2. Proses Isokhorik

- Berlangsung pada volume tetap (∆V = 0)

- Sesuai dengan hukum Charles:

- Usaha bernilai nol; W=0

- Usaha = luas daerah di bawah kurva

3. Proses Isobarik

- Berlangsung pada tekanan tetap (∆P = 0)

- Sesuai dengan hukum Charles-Gay Lussac

- Usaha; W=P(V2 - V1)

- Usaha = luas daerah di bawah kurva

4. Proses Adiabatik

- Merupakan proses perubahan keadaan gas tanpa ada aliran kalor masuk maupun kalor dari sistemn(Q=0)

- Berlaku rumus Poison, yaitu:

atau



-
- Usaha pada proses adiabatik adalah negatif dari perubahan energi internalnya:

W= - ∆U 

D. HUKUM TERMODINAMIKA

Pada umumnya, Hukum Termodinamika terdapat 4 Hukum, yaitu Hukum 0 Termodinamika, Hukum I Termodinamika, Hukum II Termodinamika, dan Hukum III Termodinamika. Adapun penjelasan dari masing-masing adalah sebagai berikut:

Hukum 0 Termodinamika

Hukum 0 Termodinamika mengatakan bahawa kesetimbangan termal berlaku universal, dengan kata lain apapun zat dan materi benda akan memiliki kesetimbangan termal yang sama apabila zat atau materi benda itu disatukan. Hukum 0 Termodinamika menyatakan bahwa:

“Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain”.

Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika mengatakan bahwa energi (kalor) yang diberikan ke dalam sebuah sistem yang sama dengan jumlah perubahan energi dalam sistem ditambah kerja yang dilakukan sistem. Hukum I Termodinamika ini merupakan hukum kekekalan energi  yang menyatakan bahwa:

“Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya bisa dirubah dalam bentuk satu ke bentuk yang lainnya.”

Secara umum, Hukum I Termodinaka ini menyatakan bahwa kita hanya dapat mengubah bentuk suatu materi (ingat materi mempunyai massa dan massa memiliki kesetaraan dengan energi) ke bentuk yang lain tanpa dapat membentuk suatu materi (energi). Jadi manusia hanya berperan, termasuk alat-alat buatan manusia, hanya sebatas mengubah sesuatu ke bentuk sesuatu yang lain tanpa ada yang ditambahkan ke dalamnya. Dengan melakukan pengubahan bentuk sesuatu materi ke bentuk yang lain manusia dapat menggunakan alam dan alat-alat buatannyauntuk tujuan pemenuhan kebutuhannya.

Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika ini membatasi perubahan energi mana yang bisa terjadi dan tidak. Hukum II Termodinamika ini mengatakan bahwa:

“Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

Hukum II Termodinamika mengatakan bahwa perubahan entropi (ketidakteraturan sebuah sistem) selalu lebih besar atau sama dengan nol. Hal ini mengimplikasikan bahwa ketidakaturan sebuah sistem cenderung meningkat jika sistem itu menerima energi dari luar. Perubahan entropi nol hanyalah terjadi pada sistem yang sudah setimbang (termal akan dinamis). Sistem yang tidak setimbang memeliki kecenderungan berkembang kearah teratur (setimbang).

Jadi, alam dan hukum alam telah mengajarkan kepada kita bahwa ketidakaturan (peningkatan entropi) akan berlangsung di alam semesta ini (termasuk dalam kehidupan kita sebagai pribadi, masyarakat, dan bangsa) samapai suatu saat menjadi homogen (setimbang) dan pada kondisi seperti ini pula perubahan entropi tidak terjadi lagi. Ada yang menafsirkan bahwa perubahan entropi yang sama dengan nol merupakan akhir dari kehidupan dan perjalanan alam semesta ini.

Hukum III Termodinamika

Hukum III Termodinamika terkait dengan termperatur nol absolut. Hukum III Termodinamika ini menyatakan bahwa.

“Suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai maksimu.””Entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol." 

Sumber : 
- Damanik, Asan. 2009. Pendidikan Sebagai Pembentukan Watak Bangsa Sebuah Refleksi Konsteptual-Kritis dari Sudut Pandang Fisika. Yogyakarta : Penerbit Universitas Sanata Dharma.

- Ikatan Tutor Indonesia. 2015. A-Z Menguasai Fisika dalam 10 Menit. Yogyakarta : Penerbit Indoliterasi.