Halo Cerdikawan, sudah siap belajar hari ini? Kali ini kita akan bahas sebuah materi fisika bernama termodinamika. Sudah pernah mendengar mengenai materi ini? Termonidamika bila dilihat dari nama tersusun dari termo berarti panas dan dinamika berarti bergerak. Mungkin termodinamika ini berarti gerakan dari panas. Apakah benar demikian? Nanti kita akan bahas.

pixabay.com

Seperti kebanyakan materi fisika lain, meskipun terkesan berat dan melelahkan tetapi sejatinya jelas bermanfaat. Kamu akan mendapat pencerahan setelah tahu tentang ilmu ini. Atau mungkin nanti kamu akan membuat alat dari konsep fisika juga. Siapa tahu?

Oleh karena itu, mari kita bahas materi ini terlebih dulu. Bila satu materi sudah dikuasai, kamu bisa belajar materi lain. Sudah siap belajar?

Pengertian Termodinamika

Belajar konsep dulu yuk! Cara belajar konsep adalah dengan memahami pengertian. Pengertian yang paling tepat adalah yang mampu menggambarkan konsep, terlebih ketika berbicara masalah fisika.

Suatu kasus fisika akan bisa dituntaskan bila seseorang paham konsep kerja dari sebuah fenomena. Fisika berbeda dengan matematika. Di dalam matematika, asalkan paham rumus maka sudah bisa kerjakan soal. Tetapi fisika tidak cukup demikian.

Meskipun kamu paham rumus, tetapi bila konsep tidak dipahami bisa jadi kamu tetap akan bingung. Rumus pun seperti tidak akan membantu banyak. Oleh karena itu, kamu harus pahami konsep dulu baru diterapkan dalam mengerjakan soal.

Nah, apa sih pengertian termodinamika? Yakni bidang ilmu yang mempelajari mengenai panas dan jenis energi lain. Konsep ini ditemukan sejak abad 18 ketika penggunaan mesin uap mulai marak.

Bila berbicara mengenai termodinamika, kamu pasti akan dibawa kepada dua macam hukum. Apa saja isi dari hukum itu? Simak di bawah ini.

Hukum I Termodinamika

Hukum ini menyatakan:

‘Jumlah kalor pada sebuah sistem sama dengan perubahan energi di dalam sistem itu ditambah dengan usaha yang dilakukan oleh sistem.’

Energi pada sebuah sistem didapat dari penjumlahan semua energi molekul di dalam sistem ini. Bila sistem melakukan usaha atau mendapat kalor dari lingkungan, maka energi dari sistem ini akan naik. Sebaliknya, bila sistem memberi usaha atau kalor kepada lingkungan, maka energi akan ikut berkurang.

Perubahan energi pada sistem tertutup adalah selisih antara kalor diterima dengan usaha yang dilakukan sistem.

Rumus Hukum I Termodinamika

Rumus termodinamika 1 dapat dituliskan dalam bentuk di bawah ini:

Q = ΔU + W atau ΔU = Q – W

Keterangan:

  • ΔU = perubahan energi di dalam sistem (J)
  • Q = kalor diterima atau dilepas dalam sistem (J)
  • W = usaha (J)

Perjanjian Hukum I Termodinamika

Hukum ini dipakai dengan perjanjian berikut ini:

  1. Usaha bernilai positif (+) bila sistem melakukan usaha
  2. Usaha bernilai negatif (-) bila sistem menerima usaha
  3. Q bernilai negatif bila sistem melepas kalor
  4. Q bernilai positif bila sistem menerima kalor

Hukum II Termodinamika

Hukum ini menyatakan:

‘Kalor mengalir secara alami dari benda panas ke benda dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tanpa dilakukan usaha.’

Penjelasan dari hukum ini antara lain:

  • Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja di dalam sebuah siklus, yang akan menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah seluruh kalor menjadi usaha.
  • Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja di dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang memiliki suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
  • Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tt (Tt > Tr) memiliki efisiensi maksimum.

Pengertian Siklus

Di dalam konsep termodinamika, kita akan sering mendengar kata siklus. Apa itu siklus? Nah, siklus adalah rangkaian proses dimulai dari keadaan awal dan berakhir dengan keadaan sama dengan keadaan awal. Supaya bila melakukan usaha terus menerus, sistem harus bekerja pada satu siklus.

Terdapat dua macam siklus yakni reversibel (siklus bolak balik) dan siklus irreversible (siklus tidak dapat bolak balik). Salah satu yang sering dibahas adalah siklus carnot dengan mesin panas dan pendingin carnot.

Mesin Kalor Carnot

termodinamika
pixabay.com

Mari kita belajar seputar mesin kalor carnot. Siklus yang berjalan dari mesin ini dapat dijelaskan di bawah ini:

1. Siklus a-b

Gas menyerap kalor Qt pada suhu Tv. Suhu sistem sama dengan suhu reservoir panas sehingga disebut proses isotermik. Gas akan memuai dan melakukan usaha pada penghisap. Sehingga, energi dalam tetap dan usaha yang dikerjakan pada sistem sama dengan kalor yang diserap.

2. Siklus b-c

Beban penghisap dikurangi alhasil gas memuai menurut proses adiabatik. Kemudian terjadi pengurangan energi dalam dan suhu sistem turun hingga sama dengan suhu pada reservoir dingin Tr.

3. Siklus c-d

Gas mengalami penyusutan secara isotermik dengan cara membuang kalor Qr pada reservoir dingin pada temperature 7 sehingga usaha bernilai negatif.

4. Siklus d-1

Beban penghisap ditambah sehingga gas menyusut menurut proses adiabatik. Sehingga terjadi penambahan energi dalam dan suhu akan naik hingga sama dengan suhu reservoir panas T. Energi dalam suatu gas akan kembali seperti pada awal siklus.

Usaha dari mesin pemanas carnot dapat dihitung dengan rumus di bawah ini:

W = Qt – Qy

Karakter mesin kalor carnot dapat dinyatakan dengan efisiensi mesin (η) yakni perbandingan antara usaha dengan kalor diserap. Dapat dituliskan dalam bentuk di bawah ini:

termodinamika

Efisiensi mesin kalor jenis apapun akan lebih kecil dari efisiensi mesin ideal (mesin carnot) Maka berdasarkan hukum 1 Termodinamika akan berlaku:

Keterangan:

  • Η = efisiensi mesin
  • Tr = temperature pada reservoir rendah
  • Tt = temperature pada reservoir tinggi
  • Qr = kalor pada reservoir rendah
  • Qt = kalor pada reservoir tinggi

Mesin Pendingan Carnot

Contoh dari mesin ini adalah pendingin ruangan dan lemari es. Mesin ini konsep kerjanya kebalikan dari mesin kalor carnot karena siklusnya reservibel. Usaha dari mesin ini dituliskan seperti ini:

W = Qt – Qr

Karakter mesin pendingin dinyatakan dengan koefisien perfomansi atau koefisien kerja dengan simbol Kd. Koefisien ini berasal dari perbandingan usaha antara kalor dipindahkan dengan usaha yang dilakukan sistem.

Contoh Soal Termodinamika

  1. Sebuah mesin memiliki suhu reservoir tinggi sebesar 4000 C dan suhu reservoir rendah sebesar 700 C. Hitung efisiensi dari mesin tersebut!

    Jawab:
    Tt = 4000 C atau 673 K
    Tr = 700 C atau 343 K
    Maka,
    termodinamika
    Maka efisiensi mesin sebesar 49%.

Itulah penjelasan lengkap seputar termodinamika. Meski agar rumit, tetapi dengan memahami secara seksama lama-lama pasti kamu akan bisa menuntaskannya.

Semoga artikel ini bermanfaat. Semoga Cerdikawan terus sukses dalam mata pelajaran dan mampu menjadi anak-anak pinter bersama PinterKelas.

Baca juga :
1. Pengertian dan Rumus Tekanan Hidrostatis
2. Pengertian dan Rumus Energi Kinetik

Author