Mengenal Dasar-Dasar Termodinamika

A. Pengertian Termodinamika

Termodinamika adalah cabang ilmu yang secara khusus membahas hubungan antara energi panas dan kerja. Prinsip-prinsip termodinamika ini telah terjadi secara alami dalam kehidupan sehari-hari. Seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, prinsip-prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika telah diadaptasi menjadi berbagai mekanisme untuk mendukung aktivitas manusia.

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dan terdiri dari dua kata, "thermos" yang artinya panas, dan "dynamic" yang berarti dinamis atau perubahan. Jadi, secara linguistik, termodinamika mengacu pada perubahan atau pergerakan energi panas.

Aplikasi termodinamika yang luas dimungkinkan oleh kemajuan ilmu termodinamika sejak abad ke-17. Pengembangan ilmu termodinamika dimulai dengan perkembangan ilmu mikroskopis, yang mengenai sifat termodinamis yang didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, dikenal sebagai pendekatan termodinamika. 

Sementara pendekatan tentang sifat termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis, yang merupakan perkembangan termodinamika modern atau disebut termodinamika statistik.

Termodinamika juga terkait dengan mekanika statik, yang merupakan cabang ilmu fisika yang memperhatikan pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, serta interaksi antara sistem, batasnya, dan lingkungan. Contoh penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari meliputi sistem pendingin udara, mobil, kulkas, dan sebagainya.

B. Bentuk Energi

Energi dibagi menjadi dua bentuk, yaitu makroskopik dan mikroskopik. Energi mikroskopik ditentukan oleh struktur internal dari zat pembawa energi itu sendiri dan tidak tergantung pada lingkungannya, melainkan pada struktur dan gerakan molekul zat tersebut. 

Sementara itu, energi makroskopik didefinisikan berdasarkan posisi relatif terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang ditentukan.

Suatu media energi dapat mengandung berbagai bentuk energi tersebut secara bersamaan, dan jumlah total energinya disebut energi total (E). Dalam analisis termodinamika, sering kali digunakan energi total per satuan massa media, yang disebut energi spesifik (e).

e = E / m

C. Sistem Termodinamika

Sistem adalah segala sesuatu yang ingin dipelajari, sedangkan segala sesuatu yang berada di luar sistem disebut lingkungan. Batas antara suatu sistem dan lingkungan ditentukan oleh batas sistem.

Ada dua jenis sistem, yaitu:

1. Sistem Tertutup

Sistem tertutup adalah ketika ada transfer energi panas dan kerja, tetapi tidak ada pertukaran benda dengan lingkungan. Sebagai contoh, rumah kaca adalah contoh dari sistem tertutup di mana ada pertukaran panas tetapi tidak ada pertukaran kerja dengan lingkungan. Pertukaran panas, kerja, atau keduanya dalam suatu sistem biasanya dipertimbangkan berdasarkan sifat pembatasnya, seperti:

• Pembatas Adiabatik, yang tidak memungkinkan pertukaran panas.
• Pembatas Rigid, yang tidak memungkinkan pertukaran kerja.

2. Sistem Terbuka

Dalam sistem energi terbuka, energi dan massa dapat keluar atau masuk ke sistem melalui batas sistem. Sebagian besar mesin konversi energi adalah sistem terbuka.

Baca juga: Kaidah Tangan Kiri Dan Kanan Fleming

D. Satuan Sistem, Tekanan, dan Temperatur

1. Satuan Sistem

Satuan sistem adalah sistem besaran atau unit untuk mengukur dimensi suatu properti. Dalam Sistem Internasional (SI), ada tujuh dimensi dasar, seperti panjang (m), massa (kg), waktu (s), dan lain-lain.

2. Tekanan

Tekanan adalah salah satu properti penting dalam termodinamika dan didefinisikan sebagai gaya tekan fluida (cair atau gas) per satuan luas area. Satuan tekanan adalah pascal (Pa).

P = Gaya / Luas = F / A

3. Temperatur

Temperatur adalah ukuran untuk menunjukkan energi panas pada suatu benda padat, cair, atau gas. Prinsip pengukurannya adalah dengan memperhatikan perpindahan panas dari benda yang akan diukur temperaturnya ke alat pengukur sampai tercapai kesetimbangan.

E. Proses Termodinamika

Proses termodinamika adalah perubahan keadaan suatu sistem yang disebabkan oleh transfer energi. Terdapat beberapa jenis proses termodinamika yang penting untuk dipahami.

1. Proses Isokorik

Proses isokorik adalah proses termodinamika di mana volume sistem tetap konstan. Contohnya adalah pemanasan benda dalam ruang tertutup yang menyebabkan peningkatan suhu tanpa perubahan volume.

2. Proses Isotermal

Proses isotermal adalah proses termodinamika di mana suhu sistem tetap konstan. Contoh penerapannya adalah ekspansi gas ideal yang terjadi pada tekanan konstan.

3. Proses Isobarik

Proses isobarik adalah proses termodinamika di mana tekanan sistem tetap konstan. Contohnya adalah proses pemanasan atau pendinginan benda padat atau cair di bawah tekanan konstan.

4. Adiabatik

Proses adiabatik adalah proses termodinamika di mana tidak ada pertukaran panas antara sistem dan lingkungannya. Ini berarti bahwa energi dalam sistem hanya berubah karena kerja yang dilakukan oleh atau pada sistem.

D. Hukum Dasar Termodinamika

Hukum Dasar Termodinamika adalah seperangkat prinsip yang mendasari studi tentang energi dalam sistem fisik. Ini mencakup beberapa hukum utama:

1. Hukum Awal Termodinamika (Zeroth Law): Setiap kali dua sistem berada dalam kesetimbangan dengan sistem ketiga, mereka juga berada dalam kesetimbangan satu sama lain.

2. Hukum Pertama Termodinamika: Ini berbicara tentang kekekalan energi. Perubahan energi dalam suatu sistem tertutup sama dengan jumlah energi yang disuplai melalui panas dan kerja yang dilakukan padanya.

3. Hukum Kedua Termodinamika: Terkait dengan entropi, hukum ini menyatakan bahwa entropi sistem terisolasi cenderung meningkat seiring waktu.

4. Hukum Ketiga Termodinamika: Berkaitan dengan temperatur nol absolut, hukum ini menyatakan bahwa entropi benda pada temperatur nol absolut adalah nol, dan semua proses berhenti pada titik ini.

Semoga bermanfaat. Baca juga artikel Kelasteknisi lainnya, terimakasih.