Konsep dan Hukum Termodinamika

Oleh M. Fadli Akbar Radian (@V19-Fadli)

 

Pendahuluan

Ilmu kimia merupakan ilmu penting yang sudah tidak dapat dipisahkan dari berbagai bidang kehidupan manusia. Saat memahami dasar-dasar dari ilmu kimia, telah dijelaskan bahwa kajian utama dalam ilmu kimia adalah mempelajari perubahan materi. Saat sebuah perubahan terjadi, sebuah energi akan menyertai terjadinya perubahan tersebut. Energi dapat berwujud dalam berbagai bentuk seperti energi panas, listrik, energi kimia, energi nuklir, dan lain lain. Energi juga dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi.  Untuk menjelaskan energi yang menyertai perubahan tersebut kita dapat mempelajari teori termodinamika.  

Pembahasan

1.      Pengertian Termodinamika

Termodinamika secara Bahasa merupakan istilah yang diambil dari Bahasa Yunani, dimana terdiri dari dua kata yaitu Thermo yang berarti panas, dan Dynamic yang berarti perubahan. Sehingga secara istilah termodinamika dapat didefinisikan sebagai ilmu yang meggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya.

Termodinamika akan mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Hakikatnya Termodinamika merupakan suatu hal alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi suatu bentuk mekanisme yang bisa membantu manusia dalam kegiatannya.

2.      Sistem, Lingkungan, dan Batas

Untuk memahami termodinamika, terlebih dahulu perlu memahami beberap istilah yang akan sering digunakan dalam ilmu termodinamika, yaitu sistem, lingkungan, dan batas.

Gambar 1.1 Sistem, Batas, dan Lingkungan

a.       Sistem

Sistem dapat didefinisikan sebagai suatu kumpulan benda yang berada dalam batas-batas tertentu. Sistem termodinamika dapat diklasifikasikan berdasarkan sifat dari batasan dan arus benda, energi dan materi yang melaluinya. Sistem dapat dibedakan menjadi tiga :

1)      Sistem Terbuka

Sistem Terbuka adalah sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran energi dan materi dengan lingkungannya.

Gambar 1.2 Sistem Terbuka

2)      Sistem Tertutup

Sistem Tertutup adalah sistem yang menyababkan pertukaran energi tetapi tidak disertai dengan pertukaran antara zat dengan lingkungannya. Dalam kata lain Sistem tertutup adalah sitem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran massa sistem dengan linkungan, tetapi memungkingkan terjadinya pertukaran energi (kalor).

3)      Sistem Terisolasi

Sistem Terisolasi adalah sistem yang tidak menyebabkan terjadinya pertukaran panas, zat, dan kerja lingkungan. Dalam sistem ini jumlah massa dan energi di dalam sistem tidak berubah, selama selang waktu sistem digunakan. Baik massa maupun energi tidak dapat menembus batas sistem

Gambar 1.3 Sistem Terisolasi 

b.      Ciri Sistem

Ciri sistem dapat dibagi menjadi dua yakni ciri ekstensif dan ciri intensif. Ciri ekstensif adalah karakteristik keseluruhan dari suatu sistem yang menyatakn jumlah sesuatu didalamnya. Contohnya volume, massa, energi, dan sebagainya.

Sementara itu ciri intensif adalah ciri yang memiliki harga pada suatu sistem pada waktu tertentu, misalnya temperature, tekanan, dan lain-lain.

c.       Lingkungan

Daerah yang menutup sistem dinamakan lingkungan (surrounding). Lingkungan dapat dipengaruhi oleh perubahan dalam sistem.

d.      Batas sistem

Permukaan yang terpisah antara sistem dan lingkungan dinamakan batas (boundary) sistem.

 

3.      Hukum Termodinamika

a.       Hukum I Termodinamika

Energi tidak dapat diciptakan atau pun dimusnahkan. Energi hanya dapat merubah bentuk energi, dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Apabila suatu sistem diberi kalor, maka kalor tersebut akan digunakan untuk melakukan usaha luar dan mengubah energi dalam.

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa:

“Untuk setiap proses, apabila kalor(Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha(W), maka akan terjadi perubahan energi dalam.”

∆U = Q – W.

Dalam hukum termodinamika I perlu diperhatikan bahwa

-          Q akan bernilai + jika kalor ditambahkan kedalam sistem, Q bernilai – jika kalor dilepas oleh sistem

-          W akan bernilai + jika sistem melakukan usaha kepada lingkungan, W bernilai – jika menerima usaha dari lingkungan.

 

b.      Hukum II Termodinamika

Hukum II Termodinamika membatasi perubahan energi yang bisa terjadi dan yang tidak dapat terjadi.

“Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

Terdapat dua ilmuwan yang menyatakan pendapat mereka mengenai termodinamika setelah melakukan eksperimen.

a.       Clausius, menyatakan bahwa “ Kalor mangalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

b.      Kelvin dan Planck, menyatakan bahwa “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.”

Dari pernyataan-pernyataan diatas dapat dilihat bahwa hukum termodinamika II secara garis besar menjelaskan bahwa kalor secara spontan akan terus mengalir dari benda panas ke benda yang dingin, atau dari suhu tinggi ke suhu rendah.

 

c.         Hukum III Termodinamika

Hukum III Termodinamika menjelaskan bahwa pada suatu sistem yang mencapai temperature nol absolut (termperatur kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.

 

 

Daftar Pustaka

Dr. Ambiyar M.Pd. 2009. Thermodinamika. UNP Press:Padang

https://akupintar.id/belajar/-/online/materi/11-mia/fisika/termodinamika/492921

http://web.ipb.ac.id/~tpb/files/materi/fisika_pdf/P09-TERMODINAMIKA.pdf