Hukum termodinamika | Pengertian, Proses, Rumus, Formulasi, & Penerapannya

Ternyata, penerapan hukum termodinamika sering kita jumpai dalam keseharian, lho, Sobat Pijar. Contohnya seperti penggunaan AC untuk mendinginkan suhu hingga termos untuk menjaga kehangatan air. Walaupun penerapannya sudah banyak, apakah kamu sudah memahami hukum termodinamika? 

Kalau kamu belum paham materi ini, nggak perlu khawatir karena Pijar Belajar bakal bantu kamu menguasai semua hal tentang hukum termodinamika. 

Baca juga: Usaha dan Energi: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal - Fisika Kelas 10

Pengertian Termodinamika

Dari segi bahasa, termodinamika berasal dari 2 kata bahasa Yunani yaitu “thermos” dan “dynamic”. “Thermos” bermakna panas dan “dynamic” bermakna dinamis atau perubahan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa termodinamika bisa diartikan sebagai panas yang dinamis atau berpindah-pindah. 

Dengan begitu, hukum termodinamika dapat didefinisikan sebagai proses usaha mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi yang tentunya memiliki sifat pendukung yang berbeda.

4 Proses Termodinamika Dalam Ilmu Fisika

Setelah mengetahui definisi termodinamika, sekarang kita akan membahas 4 proses yang terjadi dalam termodinamika, yaitu: Isobarik, isotermik, adiabatik dan isokhorik. Simak, yuk! 

1. Proses Isobarik

Proses isobarik bisa diartikan sebagai transformasi atau perubahan dari gas pada tekanan yang konstan atau tetap. Jika kalor dialirkan pada sistem yang memiliki tekanan tetap, maka volumenya akan bertambah selaras dengan jumlah kalor yang masuk. Contoh proses isobarik dalam kehidupan sehari-hari adalah pemanasan air di dalam mesin uap.

2. Proses Isotermik

Proses termodinamika yang berlangsung tanpa perubahan suhu disebut dengan proses isotermik. Proses isotermik bisa diartikan sebagai transformasi atau perubahan keadaan sistem pada suhu yang konstan atau tetap. Nah, dalam proses isotermik ini, berlaku persamaan: 

Q - W = 0

Contoh penerapan proses isotermik dalam keseharian kita adalah mesin pendingin ruangan atau AC.

3. Proses Adiabatik

Proses ketiga, yaitu adiabatik. Proses adiabatik merupakan proses perubahan pada sistem dengan tidak adanya kalor yang masuk ataupun keluar. Proses mekanisme bisa dilakukan dengan menutup sistem yang membuat terhentinya distribusi kalor dengan lingkungan. Contoh penerapan proses adiabatik bisa kamu temukan pada termos. 

4. Proses Isokhorik

Proses termodinamika dimana usaha yang dilakukan dalam sistem sama dengan nol adalah proses isokhorik. Proses isokhorik bisa diartikan sebagai proses tidak terjadinya perubahan volume apapun meskipun kalor telah dialirkan. 

Kesimpulannya, gerakan atau usaha yang dilakukan oleh sistem dan lingkungan dalam sistem adalah nol (W=0). Contoh penerapan proses ini terdapat pada kipas angin.

Sistem Termodinamika dan Contohnya

Berdasarkan jumlah sistemnya, termodinamika memiliki tiga sifat atau sistem yang berbeda-beda. Wah, apa saja, ya, sistem termodinamika yang harus kita ketahui? Yuk, kenalan dengan sistem termodinamika berikut ini. 

1. Termodinamika Sistem Terbuka

Sistem termodinamika yang pertama adalah termodinamika sistem terbuka. Termodinamika sistem terbuka terjadi karena adanya reaksi pertukaran antara massa dan energi dengan lingkungannya.

Sebagai ilustrasi, contoh sistem termodinamika terbuka bisa kita jumpai terjadi pada samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan.

2. Termodinamika Sistem Tertutup

Kalau sebelumnya ada termodinamika sistem terbuka, maka ada juga, nih, termodinamika sistem tertutup. Dari segi definisi, mungkin kamu sudah paham, ya, kebalikan dari termodinamika terbuka.

Termodinamika sistem tertutup bisa diartikan dengan adanya pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. Contohnya sistem termodinamika ini adalah Green House yang di dalamnya memang terjadi pertukaran panas tapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi panas, kerja, atau keduanya, sangat bergantung dengan sistem pembatasnya, yaitu:

• Pembatas Adiabatik, tidak terjadi / tidak memperbolehkan adanya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
• Pembatas Rigid, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan adanya pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya. 

3. Termodinamika Sistem Terisolasi

Terakhir, ada termodinamika sistem terisolasi. Termodinamika sistem terisolasi merupakan sistem termodinamika yang tidak menyebabkan pertukaran energi ataupun pertukaran massa sistem, sehingga mempengaruhi lingkungan sama sekali. Makanya, sistem ini disebut dengan sistem terisolasi termodinamika. 

Contoh penerapan termodinamika sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada termos, kotak makan tahan panas, atau botol minum stainless. 

Mengenal Bunyi Hukum Termodinamika

Selanjutnya, kita akan mempelajari hukum dasar yang berlaku dalam sistem termodinamika. Setidaknya, terdapat 4 jenis hukum termodinamika, yaitu Hukum Awal (Zeroth Law), Hukum Termodinamika I, II, dan III. Untuk lebih jelasnya, kamu bisa baca ulasan dibawah ini.

1. Hukum Awal (Zeroth Law)

Hukum termodinamika yang pertama adalah Hukum Awal atau Zeroth Law. Hukum Awal Termodinamika ini menyatakan bahwa: 

“Jika terdapat dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.”

Artinya, materi benda akan memiliki kesetimbangan termal antara satu dengan yang lainnya/ universal.

2. Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)

Hukum termodinamika 1 menyatakan bahwa: 

“Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.” 

Oleh karena itu, energi hanya bisa diubah bentuknya energinya saja. Jika dijadikan sebuah persamaan matematis akan menjadi seperti ini:

Q = △U + W

Keterangan:

Q = Kalor atau Panas (diterima maupun dilepaskan) : satuan Joule (J).

△U = Perubahan Energi (Energi akhir dikurangi energi mula – mula) : satuan Joule (J).

W = Usaha : satuan Joule (J).

Persamaan matematis tersebut bisa diartikan bahwa kalor yang diterima maupun dilepaskan dari suatu benda akan menjadi usaha ditambah perubahan energi.

Sifat kalor yang diterima atau kalor yang dilepaskan akan menentukan besaran nilainya, seperti apakah hasil nilainya akan positif (+) atau negatif (-). Untuk lebih jelasnya, silahkan perhatikan sifat kalor berikut ini:

• Q = positif (+), jika menerima kalor. Q = positif (-), jika melepaskan kalor.
• W = positif (+), jika melakukan sebuah usaha. W = negatif (-), jika diberikan usaha.
• △U = positif (+), jika ada penambahan energi. △U = negatif (-), jika mengalami penurunan energi.

3. Hukum Termodinamika 2

Kemudian, kita lanjut ke Hukum Termodinamika 2. Hukum Termodinamika 2 berbunyi:

“Kalor mengalir secara spontan (alamiah) dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.”

Jadi, hukum ini menjelaskan bahwa kalor mengalir secara alami dari suatu objek / benda yang panas atau bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu dingin. Akan tetapi, kalor tidak bisa mengalir secara alami jika reaksi suhunya terbalik, yaitu benda bersuhu dingin ke benda bersuhu tinggi tanpa dilakukan usaha.

4. Hukum Termodinamika 3

Terakhir, ada Hukum termodinamika 3. Hukum ini berbunyi bahwa sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekat ke nilai minimum. Selain itu, untuk entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. 

Contoh Soal Hukum Termodinamika

Sebelum menutup pembahasan tentang hukum termodinamika, ada baiknya kamu mencoba belajar contoh pembahasan soal berikut ini:

Soal

Terdapat suatu gas yang memiliki volume mula – mula 10 m^3 diproses dengan cara isobaris sehingga mengalami perubahan volume, volume akhir menjadi 35 m^3. Maka tentukan usaha luar gas yang memiliki tekanan sebesar 2 atm!

Diketahui:

$v_1 = 10 \space m^3$

$v_2 = 35 \space m^2$

$p = 2 \space atm$, satuan tekanan adalah Pa yang jika dikonversi menjadi $P = 2,02 \times 10^3$ Pa.

Ditanya: W

Jawab

Proses isobaris menghasilkan tekanan tetap, maka gunaka rumus $W = P \times ∆V$

$W = P \times ∆V$

$W = P \times (v_2 - V_1)$

$W = 2,02 \times 10^5 \times (35 - 10)$

$W = 2,02 \times 10^5 \times 25$

$W = 50,5 \times 10^5$ Joule

Maka, usaha luar gas sebesar $10,5 \times 10^5$ joule.

Cari tahu lebih banyak latihan soal Fisika bareng Pijar Belajar dengan klik banner di bawah ini, yuk!

Baca juga: Mengenal Sistem Koloid, Jenis, Sifat, & Pembuatannya

_________________________________________________________

Hukum termodinamika cukup mudah dipahami, bukan? Yuk, asah pemahamanmu bersama Pijar Belajar! Nggak cuma menyediakan konten soal Fisika saja, kamu juga bisa mengakses latihan soal dan pembahasan mata pelajaran lainnya, lho. Mulai dari latihan soal untuk SD, SMP, hingga SMA, semua ada di Pijar Belajar!

Tunggu apa lagi? Yuk, download Pijar Belajar sekarang!