Bentuk Energi dan Bahasa Termodinamika

 Oleh : Nanda Putri Utami (@T13-Nanda)

ABSTRAK

    Ilmu kimia sangat erat kaitannya dengan kehidupan manusia. Terlebih lagi termodinamika. Menurut Hamid (2007) Termodinamika dalam arti sempit merupakan salah satu ranting dari ilmu alam, ilmu Thobi’ah, atau Fisika yang mempelajari materi yang ada dalam keadaan setimbang terhadap perubahan temperatur, tekanan, volume, dan komposisi kimia. Dalam bab ini, kita akan mempelajari tentang bentuk energi dan bahasa termodinamika, hukum – hukum termodinamika serta aplikasi termodinamika yang ada di kehidupan kita sehari – hari.  

Kata kunci : termodinamika, bahasa termodinamika, aplikasi termodinamika.

 

ABSTRACK

    Chemistry is closely related to human life. Especially thermodynamics. According to Hamid (2007) Thermodynamics in a narrow sense is one of the branches of natural science, Thobi'ah science, or physics which studies matter that is in a state of equilibrium with changes in temperature, pressure, volume, and chemical composition. In this chapter, we will learn about the form of energy and the language of thermodynamics, the laws of thermodynamics and the application of thermodynamics in our daily lives.

Keyword : thermodynamics, language of thermodynamics, thermodynamics applications

 

PENDAHULUAN

    Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai sains dari energi. Termodinamika berasal dari bahasa Yunani, yaitu therme (heat/kalor) dan dynamis (power/daya).

    Termodinamika hanya mempelajari besaran – besaran yang berskala besar (makroskopis), dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran – besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics). Termodinamika merupakan salah satu keilmuwan yang sangat dekat dengan kehidupan sehari – hari. Salah satu contoh aplikasi termodinamika yaitu pembangkit listrik.

 

PERMASALAHAN

1. Apa itu termodinamika ?

2. Apa saja bahasa dari Termodinamika ?

3. Apa hukum – hukum dari termodinamika ?

4. Apa saja aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari – hari ?

 

TUJUAN

1. Untuk memahami apa itu termodinamika

2. Untuk mengenal bahasa termodinamika

3. Untuk mengetahui apa saja hukum – hukum termodinamika

4. Untuk mengetahui aplikasi termodinamika dana kehidupan sehari – hari

 

PEMBAHASAN

1. Kajian Termodinamika

    Kajian termodinamika itu terbagi menjadi 2, yaitu Termodinamika klasik dan Termodinamika statistik.

- Termodinamika klasik adalah pendekatan termodinamika yang tidak perlu memperhitungkan kelakuan dari partikel penyusun. Termodinamika klasik ini kajiannya jauh lebih makroskopis. Besaran yang sering dihitung yaitu P (tekanan), V (volume), dan T (temperatur)

- Termodinamika statistik adalah pendekatan termodinamika yang memperhitungkan sifat rata – rata dari partikel penyusun. Termodinamika statistik ini kajiannya lebih mikroskopis. Besaran yang dihitung ialah tekanan dalam bentuk tumbukkan/momentum antar partikel.

 

2. Sistem, Lingkungan dan Batas

    Sistem merupakan kuantitas atau materi yang dipilih untuk dipelajari. Sistem dalam termodinamika terbagi atas :

a. Sistem tertutup dinamakan kontrol massa. Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran massa antara sistem dan lingkungan, namun hanya terjadi pertukaran energi.

b. Sistem terbuka dinamakan kontrol volume. Pada sistem ini dapat terjadi pertukaran massa dan energi antara sistem dan lingkungan.

c. Sistem terisolasi ialah ketika tidak terjadi pertukaran massa dan energi antara sistem dan lingkungan. Pada analisa engineering, sistem ini harus terdefinisi dengan jelas.

    Daerah diluar sistem disebut lingkungan (surroundings). Dalam permukaan imajiner yang memisahkan antar sistem dan lingkungan dinamankan batas (boundary). Batas tersebut dapat berupa batas yang tetap/fixed atau batas yang bergerak.

    Dalam analisa sederhana, kita dapat mengasumsikan bahwa batas tersebut memiliki ketebalan nol, tidak bermassa dan tidak bervolume.

 

3. Properti, Keadaan dan Kesetimbangan

    Karakteristik dari sebuah sistem disebut properti. Properti sering dikaitkan dengan tekanan (P), temperatur (T), volume (V), dan massa (m), dan energi (E).

    Besaran pada termodinamika terbagi menjadi dua macam, yaitu besaran intensif (tidak bergantung massa) dan ekstensif (bergantung massa). Besaran intensif diantaranya : temperatur, tekanan dan rapat massa. Sedangkan, besaran ekstensif diantaranya : massa total, volume total.

    Keadaan (state) yaitu ketika sistem dalam kondisi tidak berubah. Pada suatu keadaan,  properti dari suatu sistem dapat dihitung atau diukur dan memiliki nilai yang fixed. Keadaan dalam suatu sistem terkompres atau tidak adanya gaya – gaya lain yang menyebabkan ketidakseimbangan itu dapat dideskripsikan oleh dua properti intensif yang saling independen. Dua properti dikatakan independen jika salah satu propeti dapat diubah sementara properti lain dapat dipertahankan atau konstan.

    Keadaan setimbang (equilibrium) yaitu suatu sistem dikatakan setimbang jika tidak ada potensial yang tidak seimbang. Beberapa jenis kesetimbangan ialah :

a. Kesetimbangan termal (ketika semuanya sudah berubah),

b. Kesetimbangan mekanik (ketika tidak ada gaya atau tidak ada tekanan yang memang tidak berubah),

c. Kesetimbangan fasa (harus setimbang secara kimia), dan

d. Kesetimbangan kimia (harus setimbang komposisi kimianya yang tidak boleh berubah).

 

4. Proses dan siklus

    Proses adalah perubahan suatu sistem dari satu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lainnya. Rangkaian keadaan yang dilewati sepanjang proses dinamakan jalur (path). Dalam termodinamika, terdapat proses kuasi – statik (quasi – static) atau kuasi – setimbang (quasi – equilibrium), yaitu proses yang berlangsung sangat lamban dimana sistem dapat berubah secara internal sedemikian hingga semua bagian pada sistem berubah bersamaan.

Beberapa tipe proses, antara lain :

a. Isotermal (T)

b. Isokhorik (V)

c. Isobarik (P)

d. Adiabatik (ΔQ)

    Siklus adalah sebuah sistem yang melewati sebuah proses yang keadaannya kembali ke keadaan semula.  

 

5. Hukum – hukum termodinamika

a. Hukum pertama termodinamika

    Hukum pertama termodinamika dalam kaitannya hukum kekebalan energi yaitu kaitannya antara kerja (W), kalor (q) dan energi dalam. Hukum pertama termodinamika lebih berurusan dengan kuantitas. Hukum ini menyatakan “Kalor yang diserap gas seluruhnya digunakan untuk usaha dan energi dalam gas”. 

b. Hukum kedua termodinamika

    Hukum kedua lebih membahas tentang kualitas energi. Berkaitan dengan entropi, dimana hukum kedua menyatakan bahwa “Akan terjadi aliran kalor dari kualitas yang lebih tinggi ke kualitas yang lebih rendah dan bukan sebaliknya”.

c. Hukum ke-nol termodinamika

    Hukum ke – nol diformulasikan oleh para ilmuwan jauh setelah adanya hukum pertama dan hukum kedua termokimia. Sekitar 50-an tahun setelah adanya hukum pertama dan kedua termodinamika. Hukum ini menyatakan “Jika terdapat dua benda yang setimbang termal dengan benda ketiga, maka kedua benda tersebut setimbang termal”. Contoh dari hukum ke – nol adalah konsep temperatur dan alat ukur suhu dimana dua benda berada dalam keadaan setimbang termal jika kedua benda tersebut memiliki temperatur yang sama.

 

6. Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari – hari

    Termodinamika sangat erat kaitannya dengan kehidupan manusia. Beberapa alat ini mungkin ada didalam rumahmu, antara lain sebagai berikut.

1. Lemari pendingin

2. Pressure cooker

3. Turbin angin

4. Power plant (pembangkit listrik)

5. Mesin mobil  

6. Termometer zat cair

 

KESIMPULAN

    Termodinamika kuat kaitannya dengan kehidupan manusia. Termodinamika merupakan salah satu konseptual yang berguna untuk sains titik paradigma utama dan kesemestaan hukum – hukumnya sehingga banyak kesimpulan fisik yang dapat di edukasi dari beberapa hukum tersebut. Dengan memahami konsep dasar dan bahasa termodinamika, kita menyadari bahwa ilmu kimia tidak hanya sekedar berada di lingkungan pembelajaran saja, tetapi ada dimana – mana terlebih lagi di dalam kehidupan kita sehari – hari.  

 

DAFTAR PUSTAKA

Chris. 2021. Termodinamika Kuliah 1 - Pendahuluan dan Konsep Dasar. Indonesia. Dalam https://youtu.be/g51j1GGCGDE (Diakses pada 11 September 2021)

Doddy AB, Muhammad. 2013. Menguasai IPA Sistem Kebut Semalam. Tim Penulis MIPA Alumni UI. Depok.

Hamid, Ahmad Abu. 2007. Kalor dan Termodinamika. Yogyakarta : Universitas Negeri Yogyakarta. Dalam https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/33030561/Diktat_Termodinamika-with-cover-page-v2.pdf?Expires=1631352590&Signature=GuGEMSrHLac1uEECUbHWqHLinx3mf5KACNx2u-yvGkagw6cNOGrO8EyZCp8-iTU3-6F2kfbFV8Z4rJm6FO4umhcpKwlRRSLufKh7dymdydrFs2jL7oW0fk5M5TFWg0CebxbG3GTJQVU-jT-y7miqDocBrZovcJJ7KD8u3J0ehgPVLkKiLZoN1M2-byQf7TVGHoP3pNqBwE8rs1AfaK0AbQFcQFiphUaJMJ2wdH97OUO2J~wp4YoBuN45eQo1Ug3u0wbK394D5CppqgpC1gqIzW8c1XN~K1ZnR0PU6i-QZ4vaHZJ9cVqoF3TotKg-2fzW71rI77BzX1i1zCZotJoRwQ__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA (Diunduh pada 11 September 2021) 

Hidayat, Atep Afia. 2021. Termodinamika dan Perubahan Energi. Modul Kimia dan Pengetahuan Lingkungan Industri. Jakarta : Universitas Mercu Buana.