Apa Itu Termodinamika?

Kata termodinamika terdiri dari dua buah kata yang diambil dari bahasa yunani, yaitu thermos yang berarti panas, dan dynamic yang berarti perubahan.

Berdasarkan dari arti namanya, dapat diambil kesimpulan bahwa termodinamika adalah salah satu cabang ilmu fisika yang fokus mempelajari energi panas melalui kenaikan atau penurunan suhu, volume, dan juga tekanan. 

Tidak hanya itu, ilmu termodinamika juga mempelajari bagaimana kenaikan atau penurunan suhu, volume dan juga tekanan dapat menghasilkan sehingga dapat menyebabkan sebuah benda bergerak.

Sebenarnya, jika menilik arti dari kata termodinamika sendiri, termodinamika dapat juga diartikan sebagai cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang perubahan panas atau suhu.

Lebih sederhana bukan? 

Persamaan Gas Ideal

Namun, jika kita menilik pada rumus gas ideal yang merupakan sebuah pendekatan yang baik untuk beberapa karakteristik gas tertentu. 

Panas atau yang biasa dilihat dengan ukuran sebuah suhu pada sebuah gas tidak akan pernah lepas kaitannya dengan kenaikan atau penurunan dari nilai volume dan tekanan.

PV = nRT

Keterangan:

P = Tekanan

V = Volume

n = Jumlah partikel gas (dalam mol)

R = Konstanta Gas Ideal (0,08205 L atm mol-1 K-1)

T = Suhu

Dari rumus di atas dapat kita ambil kesimpulan bahwa kenaikan atau penurunan nila tekanan (P) dan volume (V) sudah pasti berlawanan karena mereka berada dalam satu ruas yang sama.

Sementara itu kenaikan atau penurunan nilai tekanan (P) dan volume (V) dapat berbanding lurus ataupun berbanding terbalik terhadap kenaikan atau penurunan nilai suhu (T), bergantung terhadap kenaikan atau penurunan nilai lawannya (P dan V).

Energi Panas

Sebelum mempelajari ilmu termodinamika lebih lanjut, ada baiknya kita memahami dulu apa yang dimaksud dengan energi panas.

Secara umum energi dapat didefinisikan sebagai sebuah kemampuan untuk melakukan kerja, sesuatu dapat dikatakan bekerja jika melakukan sebuah gerak. 

Sementara itu parameter yang paling mudah ditetapkan untuk menentukan sesuatu itu bergerak atau tidak adalah sebuah perubahan, baik itu perubahan tempat atau perubahan-perubahan yang lain.

Nah, jika kita berbicara tentang energi panas yang memiliki kaitan yang sangat erat dengan suhu, kira-kira apa yang berubah ya? Tentu saja suhu.

Pernyataan di atas dapat juga dilihat pada rumus berikut.

Q = m. c. dT

Keterangan:

Q = Banyak kalor yang keluar maupun masuk

m = Massa benda

c = Kalor jenis zat

dT = Perubahan Suhu

Setiap energi panas atau kalor yang terbentuk dapat terjadi akibat adanya perbedaan suhu. Kita ambil saja contohnya dari air radiator pada mesin mobil. Mesin mobil yang panas dialiri dengan air radiator yang bersuhu normal.

Panas pada mesin mobil akan berpindah ke air radiator yang menjadi panas setelah keluar dari mesin mobil. Sementara itu, suhu pada mesin mobil akan berkurang akibat panasnya di ambil oleh radiator.

Berdasarkan rumus tersebut juga dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi perbedaan suhu maka nilai dari energi panas akan semakin besar.

Konsep Dasar Ilmu Termodinamika

Kebanyakan orang mempelajari termodinamika menjadi dua buah dunia yang berbeda, yaitu sistem dan lingkungan.

Batasan sebuah sistem terhadap lingkungan dapat berupa imajinasi maupun kenyataan bergantung pada kebutuhan perhitungan sebuah proses termodinamika tersebut.

Sistem

Segala sesuatu yang diperhitungkan pada sebuah proses termodinamika sudah pasti termasuk ke dalam sebuah sistem. Berdasarkan apa-apa saja yang bisa masuk maupun keluar dari sebuah sistem, sistem pada termodinamika dapat dibagi menjadi tiga, berikut penjelasannya.

Sistem Terisolasi

Merupakan sebuah sistem yang tidak dapat memasukan dan mengeluarkan energi dan juga partikel atau benda dengan lingkungan.

Contoh sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari adalah termos, kenapa seperti itu? Karena air dingin yang disimpan di dalam termos akan tetap dingin, begitu juga dengan air panas yang akan tetap panas jika berada di dalam termos. 

Itu berarti tidak ada energi panas yang dapat masuk maupun keluar dari dalam sistem termodinamika yang berupa sebuah termos untuk membuat suhu air yang ada di dalamnya meningkat maupun menurun karena lapisan dari dinding termos yang sudah diperhitungkan sedemikian rupa.

Sistem Tertutup

Merupakan sebuah sistem yang dapat membuat energi masuk atau keluar tanpa membiarkan masuk dan keluarnya suatu zat atau partikel.

Contoh sistem tertutup adalah panci yang ditutup, kenapa seperti itu? Pasti teman-teman pernah merasakan panas bukan jika mendekati sebuah panci tertutup yang sedang digunakan untuk merebus sesuatu?

Itu menandakan bahwa adanya energi panas yang mengalir dari dalam sistem yang berupa panci tertutup ke lingkungan.

Sistem Terbuka

Merupakan sebuah sistem yang membiarkan terjadinya pertukaran energi maupun zat atau partikel dengan lingkungan.

Contoh sistem terbuka adalah panci yang dibuka, kenapa bisa seperti itu? Karena zat ataupun partikel yang berada di dalam panci bisa saja menguap keluar dari sistem yang berupa panci itu sendiri.

Hukum Termodinamika

Sampai saat ini, terdapat empat buah hukum termodinamika yang masih berlaku secara universal, berikut penjelasannya.

Hukum Termodinamika ke-0

“Jika dua buah sistem berada dalam kesetimbangan termal yang sama dengan sistem ketiga, maka mereka semua berada dalam kesetimbangan termal yang sama antara satu sama lain”

Sebelum membahas tentang kalimat di atas lebih lanjut, teman-teman harus mengerti terlebih dahulu apa yang dimaksud dengan kesetimbangan termal.

Kesetimbangan termal akan terjadi jika suhu bola panas dan es dingin yang dipertemukan memiliki nilai yang sama. Memang hal ini tidak akan berlangsung secara begitu saja, untuk mencapai kondisi kesetimbangan termal memang memerlukan waktu yang tidak sebentar.

Hukum termodinamika ke-0 ingin menyatakan bahwa seluruh benda akan mencapai kesetimbangan termal jika dipertemukan dengan beda lain, meskipun kedua atau beberapa benda tersebut memiliki suhu yang terlampau jauh.

Hukum Termodinamika ke-1

“Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja”

Hukum termodinamika ke-1 ingin menyatakan bahwa energi secara keseluruhan memiliki sifat yang kekal.

Energi tidak pernah hilang, energi hanya akan berubah bentuk menjadi energi lainnya, begitu juga dengan energi panas yang dapat berubah menjadi energi gerak dan berbagai macam bentuk energi lainnya.

Oleh karena itu terdapat persamaan matematik untuk menggambarkan hukum tersebut.

Q = W + dU

Keterangan:

Q = Kalor atau energi panas

W = Usaha

dU = Perubahan energi

Dari rumus diatas dapat diambil pelajaran bahwa baik kalor yang dilepas maupun diterima (setiap kali terjadi perubahan suhu) akan menghasilkan sebuah usaha yang dijumlahkan dengan perubahan energi.

Hukum Termodinamika ke-2

“Kalor atau energi panas dapat mengalir secara alami dari benda dengan suhu tinggi ke benda yang memiliki suhu lebih rendah. Kalor atau energi panas tidak akan dapat mengalir secara alami dari benda dingin ke benda panas tanpa dilakukan usaha”

Untuk kalimat pertama dan kedua dari hukum ini sudah cukup jelas bukan? Nah, kalimat kedua dari hukum termodinamika dijadikan sebagai prinsip dasar kerja komponen kondensor yang terdapat pada AC.

Hukum Termodinamika ke-3

“Entropi dari suatu kristal sempurna pada absolut nol adalah sama dengan nol”

Hukum termodinamika ke-3 ingin menyatakan bahwa entropi yang merupakan nilai derajat keacakan atom akan bernilai nol jika berada pada suhu nol absolut (nol kelvin).

Itulah materi lengkap mengenai hukum termodinamika yang wajib kalian pahami. Bagaimana? Mudah bukan? Apabila kalian memiliki pertanyaan, langsung saja sampaikan di kolom komentar, ya!

Baca juga: Hakikat Ilmu Fisika