Belajar Prinsip dan Hukum Termodinamika dari Termos | Fisika Kelas 11

Melalui artikel ini, kamu akan belajar mengenai prinsip dan hukum termodinamika. Seperti apa sih termodinamika itu? Yuk, simak penjelasannya!

—

Kalau lagi musim hujan gini, enaknya minum yang hangat-hangat, nih! Siapa di sini yang suka minum minuman hangat? Nah, untuk menjaga agar minuman tetap hangat, biasanya kita akan menyimpan minuman tersebut di dalam termos, kan? Pernah nggak sih kepikiran, kok bisa ya, minuman kita tetap hangat saat disimpan dalam termos?

Termos menerapkan prinsip termodinamika (Sumber: giphy.com)

Jadi, termos yang biasa kita pakai di rumah itu menerapkan salah satu prinsip fisika yang disebut termodinamika, guys! Apa sih, termodinamika itu?

Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum-hukum tentang hubungan kalor dan usaha. Termodinamika sendiri berasal dari dua kata, yaitu thermos yang artinya panas dan dynamic yang artinya perubahan.

Dalam ilmu termodinamika, ada yang disebut dengan Sistem, Lingkungan, dan Batasan Sistem. Wah, apa itu?

Sistem dan Lingkungan

Sistem adalah satu kesatuan yang sedang diamati. Sedangkan Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di luar sistem. Kemudian, ada juga yang disebut dengan Batasan Sistem (Boundary System) yakni sesuatu yang membatasi antara Sistem dan Lingkungan.

Untuk lebih memahami Sistem, Lingkungan, dan Batasan Sistem, kita ambil contoh termos tadi, ya. Minuman hangat yang ada dalam termos merupakan Sistem. Lalu, segala sesuatu di luar termos merupakan Lingkungan. Nah, terus Batasan Sistemnya yang mana, nih? Batasan Sistemnya adalah termos yang mewadahi minuman tersebut.

Nah, Sistem sendiri terbagi menjadi dua macam, nih. Ada Sistem Terbuka dan Sistem Tertutup.

Sistem Terbuka

Sistem Terbuka adalah sistem yang melibatkan pertukaran massa dan kalor antara sistem dan lingkungan.  Contohnya adalah air di sungai. Air di sungai dapat mengalir bebas dan berinteraksi dengan lingkungan tanpa adanya pembatas (Batasan Sistem), sehingga dapat terjadi pertukaran massa dan kalor antara air sungai (Sistem) dengan segala sesuatu yang ada di sekitarnya (Lingkungan). Contoh lainnya yaitu api unggun.

Air di sungai adalah contoh sistem terbuka (Sumber: loggerindo.com)

Sistem Tertutup

Sistem Tertutup adalah sistem yang tidak melibatkan pertukaran massa dan kalor antara sistem dan lingkungan. Sistem Tertutup sendiri ada dua macam nih, yaitu Sistem Tertutup dan Sistem Tertutup Terisolasi. Bedanya apa tuh, Sistem Tertutup yang biasa dan yang terisolasi? Bedanya, Sistem Tertutup Terisolasi itu Batasan Sistemnya lebih kuat dalam membatasi antara Sistem dan Lingkungan daripada Sistem Tertutup yang biasa.

Kotak makan adalah contoh sistem tertutup (Sumber: alicdn.com)

Contohnya, kalau Sistem Tertutup itu ada kotak makan dan panci yang ditutup. Sedangkan Sistem Tertutup Terisolasi contohnya adalah…. hayoo ada yang bisa tebak contohnya apa? Yap! Contohnya adalah termos.

Termos merupakan Sistem Tertutup Terisolasi karena termos bisa membatasi Sistem dan Lingkungan dengan sangat baik, bahkan lebih baik daripada Sistem Tertutup biasa, sehingga tidak terjadi pertukaran massa dan kalor antara Sistem dan Lingkungan. Kalau kita perhatikan, termos juga dibuat dari bahan yang tebal dan tutupnya pun dibuat sangat rapat dan kedap udara. Oleh karena itu, termos bisa menjaga suhu minuman yang kita simpan di dalamnya tetap hangat.

Baca juga: Macam-Macam Perpindahan Kalor

Sekarang, kita bahas tentang Hukum Termodinamika, yuk! Hukum termodinamika itu ada tiga, yaitu Hukum 0 Termodinamika, Hukum I Termodinamika, dan Hukum II Termodinamika. Kita bahas satu per satu, ya!

Hukum 0 Termodinamika

Hukum 0 Termodinamika berbunyi:

“Jika dua buah sistem mempunyai kesetimbangan termal dengan sistem ke-3, maka ketiganya akan mempunyai kesetimbangan termal satu sama lain.”

Apa sih, kesetimbangan termal itu?

Kesetimbangan termal adalah kondisi di mana suhu dari sistem-sistem yang terlibat adalah sama atau tidak ada kalor yang mengalir. Jadi, jika ada benda A dan benda B yang dikatakan mencapai kesetimbangan termal, artinya benda A dan benda B tersebut memiliki suhu yang sama dan tidak ada kalor yang mengalir di antara keduanya.

Kalor sendiri mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah. Oleh karena itu, jika suhu kedua sistem sama, maka kalor tidak akan mengalir di antara keduanya.

Contoh penerapan Hukum 0 Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah alat ukur suhu (termometer).

Lanjut ke pembahasan Hukum I Termodinamika, yuk!

Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika berbunyi:

“Dalam sebuah sistem tertutup, perubahan energi dalam sistem tersebut akan sama dengan banyaknya kalor yang masuk ke dalam sistem dikurangi usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut.”

Secara matematis, Hukum I Termodinamika bisa ditulis ke dalam persamaan atau rumus seperti pada gambar berikut:

Dari persamaan atau rumus tersebut, kamu perlu mengetahui aturan nilai positif dan negatif, yakni sebagai berikut:

• ΔU bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu dan bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu.
  
• Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor dan bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor.
  
• W bertanda positif (+) jika sistem melakukan usaha dan bertanda negatif (-) jika sistem menerima usaha.

Baca juga: Kenapa Suhu di Gunung Lebih Dingin?

Sekarang, lanjut ke pembahasan terakhir yaitu Hukum II Termodinamika.

Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika dibagi menjadi dua macam, yaitu Hukum II Termodinamika tentang Arah Aliran Kalor dan Hukum II Termodinamika tentang Entropi.

Hukum II Termodinamika tentang Arah Aliran Kalor berbunyi:

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

Sedangkan Hukum II Termodinamika tentang Entropi berbunyi:

“Dalam sebuah sistem tertutup, setiap proses termodinamika akan menghasilkan peurbahan entropi lebih besar dari 0 untuk proses irreversible, dan perubahan entropi sama dengan 0 untuk proses reversible.”

Entropi itu maksudnya gimana, sih? 

Entropi adalah besaran yang menggambarkan tingkat keacakan sistem. Semakin acak benda maka benda akan semakin homogen (sejenis) dan entropinya akan semakin besar. Kamu bisa perhatikan ilustrasi di atas untuk lebih memahami tentang entropi.

Secara spontan (alamiah), sistem akan selalu menuju homogen (menjadi lebih acak), sehingga entropi akan selalu semakin besar (perubahan entropi positif).

Selain itu, dalam termodinamika, ketika ada perbedaan suhu antara sistem yang terlibat, maka sistem akan selalu menuju suhu yang homogen (kesetimbangan termal).

Nah, itu tadi pembahasan tentang prinsip dan hukum termodinamika. Gimana? Sudah paham? Kalau masih bingung, kamu bisa menonton video penjelasan lengkapnya di ruangbelajar. Bisa diakses lewat ponsel maupun PC, lho! Dijamin kamu bakal langsung paham!

Sumber Gambar:

GIF ‘Termos’ [Daring]. Tautan: https://giphy.com/gifs/mate-yerba-kalmateh-TgOMsnpv9yR5h4IRWJ (Diakses: 20 Januari 2022)

Gambar ‘Sungai’ [Daring]. Tautan: https://www.loggerindo.com/images//aliran_air_sungai_water_level_station.jpg (Diakses: 20 Januari 2022)

Gambar ‘Kotak Makan’ [Daring]. Tautan: https://sc04.alicdn.com/kf/H97bdcfa5f6c449e49d1e91ad148614f6H.png (Diakses: 20 Januari 2022)

Artikel ini pertama kali ditulis oleh Tedy Rizkha Heryansyah dan telah diperbarui oleh Kenya Swawikanti pada 20 Januari 2022.