CUKUP Secangkir Kopi Kita dapat Mengenal Perubahan Energi Kalor dan Konsep Termodinamika

Oleh: Ika Devi Mayang Sari (@T03-Ika)

Abstrak

Termodinamika dapat didefinisikan sebagai sains dari energi. Oleh karena itu di dalamnya kita akan mempelajari tentang segala bentuk perubahan energi. Energi merupakan besaran atau properti dari termodinamika. Salah satu contoh penerapan termodinamika saat ini yaitu ada pada power plant atau pembangkit listrik tenaga fosil, yaitu listrik yang kita gunakan sehari hari. Semoga setelah mempelajari materi termodinamika ini, kita tidak lagi abai dan mulai berpikir lebih jauh lagi untuk mengembangkan ilmu pengetahuan. Sehingga kita bisa mempelajari setiap fenomena yang ada di sekitar kita dan bisa mengaplikasikannya untuk kepentingan kehidupan makhluk hidup.

Kata kunci: kimia, ilmu, energi, perubahan, termodinamika, kalor

Abstract

Thermodynamics can be defined as the science of energy. Therefore in it, we will learn about all forms of energy changes. Energy is a quantity or property of thermodynamics. One example application of thermodynamics today that there is at power plants or fossil power plants, the electricity that we use every day. Hopefully after studying this thermodynamic material, we will no longer take it for granted and start thinking further to develop science. So that we can study every phenomenon that is around us and can apply it for the benefit of living beings.

Keywords: chemistry, science, energy, change, thermodynamics, heat

 

1.  Pendahuluan

Naa (2021) dalam video pembahasannya mengatakan, sejak awal perkembangannya dalam peradaban manusia, termodinamika merupakan salah satu keilmuan yang membahas konversi dari kalor menjadi daya atau kerja. Salah satu temuannya atau sebuah alat yang berhasil di temukan pertama kali dengan konsep termodinamika ini yaitu mesin uap, yang mengubah kalor menjadi daya atau kerja berupa uap. Hal ini juga menjadi salah satu penanda dalam revolusi industri pada masa itu. Mulai dari SD, SMP, SMA kita sudah mempelajari hukum pertama termodinamika yang berkaitan erat dengan hukum kekekalan energi, dalam dunia perkuliahan engineering akan mempelajari hukum ini lebih dalam lagi. Dalam suatu energi ternyata tidak serta merta hanya membahas kuantitasnya saja, namun kualitas dari sebuah energi ternyata juga perlu adanya bahan pertimbangan.

 

2. Rumusan Masalah

Ø Apa itu termodinamika?

Ø Bagaimana suatu proses termodinamika bisa terjadi dalam secangkir kopi?

Ø Dimana sajakah aplikasi-aplikasi termodinamika ini bisa diterapkan?

 

3.  Tujuan

Ø Untuk mengetahui apa itu termodinamika?

Ø Untuk mengetahui bagaimana suatu proses termodinamika bisa terjadi dalam secangkir kopi?

Ø Untuk mengetahui di mana sajakah pengaplikasian termodinamika ini bisa diterapkan?

 

4. Pembahasan

Dalam KBBI Daring, Temodinamika diartikan sebagai ilmu pengetahuan tentang transformasi energi, perubahan keadaan, dan kesetimbangan sekumpulan partikel yang membentuk gas, zat cair atau zat padat, terutama yang berhubungan dengan sifat termal. Termodinamika sendiri berasal dari bahasa Yunani yaitu dari kata therme yang artinya kalor dan dynamis yang artinya power atau daya. Materi termodinamika ini memiliki cangkupan yang sangat luas jika dikaji lebih dalam. Pada kesempatan kali ini saya akan menyebutkan dua hukum dasar dalam konsep termodinamika yaitu:

1)    Hukum Pertama Termodinamika

Hukum kekekalan energi: energi merupakan besaran atau properti dari termodinamika. Dalam hukum pertama ini akan lebih membahas kuantitas dari sebuah perubahan energi. Dan di dalamnya kita akan membahas jumlah energi dari masing-masing partikel (U). Asumsikan bahwa semua partikel adalah sama dan tidak berinteraksi satu sama lain. Maka dapat dirumuskan dengan:

∆U = Q

( Jika tidak ada kerja di lakukan)

atau

∆U = - W

(Jika tidak ada aliran panas yang menyertainya)

atau

∆U = Q – W

(jika mempunyai dua energi dari kerja yang dilakukan sistem dan aliran panas ke dalam sistem)

2)   Hukum Kedua Termodinamika

Energi yang memiliki kualitas dan kuantitas, serta suatu proses penyaluran energi akan berlangsung ke arah yang kualitasnya lebih rendah. Dalam pengamatan Suryatika (2017) menuliskan: 

Hukum Termodinamika Kedua, yang dinyatakan oleh Kevin-Plank, adalah:

“Tidak mungkin dibuat suatu mesin panas yang menyerap panas dari sebuah reservoir dan mengubah seluruh panas ini menjadi usaha mekanis.”

Pernyataan Hukum Termodinamika Kedua yang lain diberikan oleh Clausius:

“Tidak mungkin untuk membuat mesin dingin yang dapat menyerap panas dari suatu benda bersuhu rendah dan memindahkan panas itu ke benda lain yang bersuhu lebih tinggi tanpa melakukan usaha.”

Untuk menyatakan secara matematis bahwa untuk mesin dingin W=0. Efisiensi siklus yaitu nisbah (rasio) usaha atau kerja yang berguna terhadap panas yang diserap, yang secara matematis dapat ditulis:

η=W/Q2(Q2+Q1)/Q2

atau

η=1+(Q1/Q2)

Maka dapat diartikan bahwa hukum termodinamika kedua berbicara tentang apa yang disebut dengan hukum entropi. Entropi merupakan suatu besaran yang bergantung pada keadaan sistem.

Konsep entropi tersebut menjadikan Hukum kedua Termodinamika diungkapkan dengan:

Ø  Entropi total sistem yang mengalami proses adalah konstan dan bertambah.

Ø  Dan tidak mungkin ada suatu proses yang menyebabkan entropi total sistem-sistem berkurang.

Karena panas (energi) hanya mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.

 

favim.com

Contohnya seperti secangkir kopi yang baru saja tersaji di meja dalam sebuah kafe, kita perkirakan suhu secangkir kopi tersebut adalah 70^o C semisal kita menaruh sebuah termometer untuk mengukurnya dan sensor menunjukkan angka 70^o C. Angka inilah yang merupakan suatu kuantitas atau properti dari sebuah energi. Dari energi yang ada dalam kopi ini akan terjadi perpindahan energi ke lingkungan sekitarnya, yaitu ruang kafe itu sendiri. Energi yang berpindah ini di pengaruhi oleh suhu AC yang ada di kafe tersebut, kita perkirakan sekitar 18-20^o C. Dalam kehidupan sehari-hari kita sendiri tahu bahwa kopi itu akan dingin saat berada di suhu ruangan, dengan sebuah proses yang tampak yaitu uap yang keluar dari secangkir kopi tersebut. Dengan kata lain akan terjadi aliran kalor (Q) dari secangkir kopi ke lingkungan.

Maka dalam hukum pertama termodinamika akan menyatakan bahwa di dalam secangkir kopi terdapat energi yaitu kuantitasnya yang sebesar 70^o C tadi. Sedangkan dalam hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa akan ada aliran energi dari energi yang kualitasnya lebih tinggi ke kualitas yang lebih rendah, yaitu dalam hal ini kopi ya karena kualitasnya lebih tinggi, dia akan memiliki kualitas dan nilai yang lebih tinggi pula dibandingkan dengan lingkungan sekitanya. Sehingga akan terjadi aliran kalor dari yang suhunya lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah atau yang kualitasnya lebih tinggi ke kualitas yang lebih rendah.

Mengapa hal ini terjadi? Ya karena jika dengan kalor 70^o C dikonversikan menjadi kerja (w) nantinya akan jauh lebih besar dibandingkan dengan kalor 18-20^o C. Kejadian ini tidak lain adalah salah satu prinsip termodinamika itu sendiri. Mengubah kalor menjadi daya atau kerja, semakin tinggi kalornya maka akan semakin besar atau semakin baik pula yang bisa kita konversi menjadi daya atau kerja. Sehingga tidak bisa kita mengubah kopi itu menjadi panas kembali dengan suhu ruangan yang lebih rendah dari suhu kopi itu sendiri, kecuali jika kita memberikan kerja atau daya dengan suhu yang lebih tinggi, seperti memanaskannya di atas kompor.

Dari contoh sehari-hari ini kita bisa tahu bahwa termodinamika ada dalam kehidupan kita sehari-hari, namun terkadang kita justru mengabaikannya. Di mana sajakah pengaplikasian termodinamika ini bisa diterapkan, jawabannya simpel yaitu di keseharian, bahkan kita sudah terlibat di dalamnya. Mulai dari penggunaan kompor, setrika, ricecooker, dan peralatan lainnya.

 

5. Kesimpulan dan Saran

Termodinamika merupakan ilmu sains yang membelajari segala tentang perubahan energi. Termodinamika memiliki cangkupan ilmu yang luas, tidak perlu yang rumit kita bisa terapkan yang mudah dulu. Selagi ada kesempatan, memperdalam ilmu pengetahuan itu tidak ada salahnya. Setiap orang saya harapkan dapat lebih berpikiran terbuka terhadap sains, yang setiap harinya kita temui.

 

Daftar Pustaka

KBBI Daring. 2016. Termodinamika. Dalam https://kbbi.kemdikbud.go.id/entri/termodinamika . Diakses pada 11 September 2021.

Naa, Christian Fredy. 2021. Termodinamika Kuliah 1 - Pendahuluan dan Konsep Dasar. Bandung: Universitas Katholik Parahyangan. Dalam https://youtu.be/g51j1GGCGDE. Diakses pada 11 September 2021.

Suryatika, Ida Bagus Made. 2017. TERMODINAMIKA DALAM SISTEM BIOLOGIS. Kabupaten Bandung: Universitas Udayana. Dalam https://simdos.unud.ac.id/uploads/file_penelitian_1_dir/556b0c601152e5d0d724563324178840.pdf . Diakses pada 11 September 2021. (Jati, B.M.E. and Priyambodo, T.K., 2008. Fisika Dasar.)