TERMODINAMIKA: HUKUM PERTAMA DAN PENERAPAN DI KEHIDUPAN

 

Oleh: Shafa Almaliya (@T24-Shafa)

Program Studi Ilmu Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana.

e-mail : shafaalmaliya@gmail.com

Abstrak

Seiring berkembangnya zaman dan teknologi, proses termodinamika dapat direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatan. Seperti memanfaatkan mesin air conditioner, mesin pemanas, dan refrigrator yang menggunakan prinsip dasar termodinamika untuk membantu kenyamanan hidup. Dalam termodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. Konsep dasar pertukaran sistem terbuka dan tertutup didasarkan jenis pertukaran materi dan energi yang terjadi antara sistem dan lingkungan, yaitu, sistem terisolasi, sistem tertutup, dan sistem terbuka.

Kata kunci: termodinamika, sistem, proses, teknologi

Abstract

Along with the development of the times and technology, thermodynamic processes can be engineered into various forms of mechanisms to assist humans in carrying out activities. Such as utilizing air conditioning machines, engine heaters, and refrigerators that use the principles of thermodynamics to help live comfortably. In thermodynamics there are two types of systems, namely closed systems and open systems. The basic concepts of open and closed systems are based on the types of exchange of matter and energy that take place between the system and the surroundings, namely, closed systems, closed systems, and open systems.

Keywords: thermodynamics, system, process, technology

Pendahuluan

Menurut Razi dan Nizar (2018), Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Termodinamika (thermodynamics, thermo = panas, dynamics = gerakan atau perubahan) atau energetika kimia menyangkut perubahan energi yang menyertai proses kimia dan proses fisika. Termodinamika dapat menentukan apakah reaksi terjadi secara spontan atau tidak. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya magnit, dan lain-lain.

Prinsip termodinamika sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energi gelombang elektromagnetik dari matahari, dan di bumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, proses pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam lainnya. Proses di dalam diri manusia juga merupakan proses konversi energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam makanan menjadi energi gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi pikiran kita.

Rumusan Masalah

1.      Apakah yang dimaksud dengan termodinamika?

2.      Apakah yang dimaksud dengan hukum termodinamika pertama?

3.      Bagaimana penerapan termodinamika dalam dunia Industri?

Tujuan

1.      Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan termodinamika

2.      Untuk mengetahui hokum termodinamika

3.      Untuk mengetahui penerapan termodinamika dalam dunia industri.

Pembahasan

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika dapat direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang sangat kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan bakar atau sumber energi lain yang menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak. Adapun untuk kenyamanan hidup, kita memanfaatkan mesin air conditioner, mesin pemanas, dan refrigrator yang menggunakan prinsip dasar termodinamika.

Dalam termodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup massa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada massa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang dapat-keluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas masuk kedalam massa udara didalam balon.

sumber: google

Menurut Tahir (2018), konsep dasar pertukaran sistem terbuka dan tertutup didasarkan jenis pertukaran materi dan energi yang terjadi antara sistem dan lingkungan, yaitu:

1.   Sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2.   Sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

3. Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum termodinamika pertama menjelaskan mengenai kekekalan energi, bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Hukum pertama ini juga menjelaskan bahwa energi tidak dapat dikurangi maupun ditambahkan dalam suatu sistem. Di dalam sistem tersebut terdapat energi yang dihasilkan dari sebuah kalor dan usaha yang bekerja dalam sistem.

Energi dalam (U) dari suatu sistem besarnya tetap, kecuali jika diubah dengan melakukan kerja atau dengan pemanasan. Secara matematis:

W = Kerja yang dilakukan pada sebuah sistem

Q = untuk energi yang dipindahkan sebagai kalor pada sistem tersebut.

Untuk sistem terisolasi karena tidak ada energi yang dapat keluar maka nilai ΔU = 0.

Sifat Kalor

Q = positif (+), jika menerima kalor. Q = positif (-), jika melepakan kalor.

W = positif (+), jika melakukan sebuah usaha. W = negatif (-), jika diberikan usaha.

△U = positif (+), jika ada penambahan energi. △U = negatif (-), jika mengalami penurunan energi.

Penerapan hukum termodinamika I dapat ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari dan seringkali kita jumpai. Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot. Adalah suatu unit mesin pendingin di pergunakan dalam rumah tangga, untuk menyimpan bahan makanan atau minuman. Untuk menguapkan bahan pendingin di perlukan panas.                 

Air Conditioner (AC) alias Pengkondision Udara merupakan seperangkat alat yang mampu mengondisikan suhu ruangan seperti yang kita inginkan, terutama mengondisikan suhu ruangan menjadi lebih rendah dibanding suhu lingkungan sekitarnya. Filter (penyaring) tambahan digunakan untuk menghilangkan polutan dari udara. AC yang digunakan dalam sebuah gedung biasanya menggunakan AC sentral. Selain itu, jenis AC lainnya yang umum adalah AC ruangan yang terpasang di sebuah jendela. Kunci utama dari AC adalah refrigerant, yang umumnya adalah fluorocarbon, yang mengalir dalam sistem, yang dapat menjadi cair dan melepaskan panas saat dipompa (diberi tekanan), dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme berubahnya refrigerant menjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi mejadi dua area. Sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil (kumparan pendingin) yang ada pada sisi ruangan dan sebuah kompresor (pompa), condenser coil (kumparan penukar panas), dan kipas pada jendela luar.

Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan refrigerant yang ingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis/kisi-kisi kembali ke dalam ruangan. Pada kompresor, gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara pengompresan. Pada condenser coil, refrigerant melepaskan panas dan menjadi cairan, yang tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostat mengontrol motor kompresor untuk mengatur suhu ruangan.

Simpulan

Menurut Razi dan Nizar (2018), Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti yang dinyatakan oleh hukum termodinamika I bahwa, energi adalah kekal, tidak bisa dimusnahkan atau diciptakan. Namun, energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Proses penggunaan energi inilah yang membantu kita dalam kehidupan sehari-hari.

Untuk itu, kita sebagai manusia selayaknya  bijak dalam penggunaan energi dan pemanfaatannya. Sehingga, energi dapat digunakan secara maksimal dan mampu membantu keberlangsungan hidup manusia.

Daftar Pustaka

Atkins, P.W. 1999. KIMIA FISIK jilid 1 edisikeempat. Jakarta: Erlangga.

Hamid, Ahmad Abu. 2007. Kalor Dan Termodinamika. Yogyakarta: UNY. Dalam https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/33030561/Diktat_Termodinamika-with-cover-page-v2.pdf (diunduh pada 11 Sepetmber 2021)

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

Tahir, Iqmal.2018. Termodinamika: Kimia Fisik 1. Yogyakarta: UGM. Dalam https://iqmaltahir.files.wordpress.com/2018/11/iqmal-kf1-04-energi-dan-hukum-termodinamika-ke-satu.pdf. (diunduh pada 11 september 2021)