Konsep termodinamika merupakan salah satu konsep fisika yang penting karena berbicara tentang aliran energi dan juga proses yang terjadi di dalam sistem. Konsep fisika ini erat kaitannya dengan panas, fisika energi, kerja, proses spontan dan juga entropi.
Definisi Termodinamika
Termodinamika adalah cabang fisika yang berurusan dengan hukum tentang hubungan antara kerja dan panas. Istilah termodinamika berasal dari gabungan dua kata yaitu termos yang berarti panas dan dinamis yang berarti perubahan.
Dalam termodinamika akan dibahas proses pertukaran energi berupa kerja dan kalor, batas sistem dan lingkungan. Ada banyak penerapan dan penerapan prinsip termodinamika dalam kehidupan sehari-hari seperti pembangkit listrik industri, peralatan elektronik, lemari es, mobil dan lain-lain.
Prinsip Termodinamika
Termodinamika yang membahas tentang pertukaran energi berupa kerja dan kalor, sistem batas dan juga lingkungan. Pertukaran energi berupa kalor akan mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah.
Sehingga ketika dua sistem memiliki suhu yang sama, panas tidak akan mengalir di antara kedua sistem tersebut.
Oleh karena itu, dalam hukum nol termodinamika dikatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka ketiga sistem tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.
Hukum 1 Termodinamika
Hukum 1 termodinamika berkaitan dengan penerapan panas pada gas di ruang tertutup. Ketika gas dalam ruang tertutup dipanaskan, terlihat bahwa volume gas bertambah dan suhu gas juga bertambah. Fenomena ini dapat dijelaskan dalam hukum 1 termodinamika berikut:
“Bila gas di ruang tertutup diberi kalor tambahan, maka kalor yang diberikan akan digunakan untuk melakukan kerja dan mengubah energi yang ada di ruang tertutup”
Hukum I Termodinamika membahas tentang hukum kekekalan energi dimana energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi yang ada di dalamnya hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Namun pada kenyataannya ternyata energi tidak dapat diubah sesuka hati oleh manusia.
Dalam beberapa kasus, proses perubahan energi tidak dapat dibalik sehingga disebut proses ireversibel. Sedangkan proses yang dapat dibalik disebut proses reversibel. Hukum Kedua Termodinamika membatasi perubahan energi yang dapat dan tidak dapat terjadi.
Hukum ke-2 termodinamika berkaitan dengan pernyataan aliran kalor yaitu:
“Kalor akan mengalir secara spontan dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dan kalor tidak mengalir secara spontan ke arah yang berlawanan.”
Sedangkan hukum ke-2 termodinamika yang berkaitan dengan mesin kalor berbunyi bahwa :
“Sebuah mesin panas dalam satu siklus tidak dapat dibuat yang hanya bekerja untuk menyerap panas dari reservoir dan mengubah semua panas itu menjadi kerja eksternal.”
Hukum 2 Termodinamika mengenai pernyataan entropi berbunyi bahwa:
“Total entropi alam semesta tidak akan berubah ketika proses reversibel terjadi dan total entropi alam semesta akan meningkat ketika proses ireversibel terjadi.”
Hukum ke-3 termodinamika berbicara tentang keadaan suatu sistem pada temperatur atau suhu 0 mutlak. Hukum 3 Termodinamika berbunyi bahwa:
“Ketika sistem telah mencapai suhu nol mutlak, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.”
Dari hukum ke-3 termodinamika dapat disimpulkan bahwa entropi suatu benda berupa struktur kristal sempurna pada suhu nol mutlak.
Rumus Termodinamika
Proses termodinamika adalah proses yang melibatkan perubahan keadaan gas, yaitu volume, suhu, dan tekanannya. Perubahan keadaan ini disertai dengan perubahan panas, energi, dan kerja di dalamnya.
Proses perubahan wujud gas dibagi menjadi 4 contoh yang memiliki sifat khusus yaitu proses isobarik, proses isokorik, proses isoterm, dan proses adiabatik.
Dalam proses isobarik tekanan pada sistem nilai tetap dapat dijelaskan dengan persamaan berikut:
Dalam proses isokorik, terjadi proses perubahan gas dengan volume tetap. Karena volume gas tetap, maka usaha yang terjadi pada gas ini adalah nol W = 0. Jadi berlaku prinsip:
Q = ∆U
Pada proses isotermal, berlaku kondisi dimana temperatur konstan sehingga tidak terjadi perubahan energi pada sistem sehingga kerja yang terjadi dapat dihitung berdasarkan luas daerah di bawah kurva isoterm berikut:
∆U = 0
W = nx R x T x Pn x (Vb/Va)
Sedangkan pada proses adiabatik yang terjadi pada sistem tidak terjadi perubahan kalor pada sistem, sehingga digunakan persamaan sebagai berikut:
Di dalam gas yang terdapat dalam ruang tertutup kemudian dipindahkan kalor sebesar 500 Joule. Selanjutnya gas dikenai usaha sebesar 220 Joule. Tentukan perubahan energi yang terjadi pada gas?
Nilai positif menunjukkan bahwa energi dalam meningkat
Sejumlah gas ideal mengalir dengan proses isobarik (tekanan konstan) pada tekanan sistem 2 atm. Jika volume gas berubah dari 1,5 liter menjadi 3 liter, tentukan usaha gas yang terjadi.
Ada banyak contoh penerapan prinsip termodinamika dalam kehidupan sehari-hari. Minuman panas yang disimpan dalam termos merupakan salah satu prinsip fisika termodinamika. Apalagi konsep fisika juga banyak digunakan dalam skala kecil hingga besar.
