Sebutkan dan jelaskan contoh penerapan termodinamika dalam KEHIDUPAN sehari hari

Sobat Zenius yang saat ini duduk di kelas 11 SMA pasti lagi berkutat, ya, mengenai materi termodinamika? Nah, kebetulan banget! Dalam artikel ini, gue mau ngajak elo semua buat bahas materi tersebut sekaligus hukum dan contoh termodinamika dalam kehidupan sehari-hari.

Elo mungkin sepakat kalau kata “thermodinamika” jarang digunakan dalam komunikasi sehari-hari. Akan tetapi, cabang ilmu Fisika yang satu ini sudah banyak diterapkan di kehidupan kita, lho!

Salah satu contoh termodinamika dalam kehidupan sehari-hari yaitu sistem kerja dari AC (air conditioner).

“Kok bisa? Emang AC sistem kerjanya seperti apa?”

Nah, daripada elo semakin penasaran, gue mau memaparkan rangkuman termodinamika dalam artikel ini, mulai dari pengertian hingga contoh-contoh soalnya.

Yuk, disimak artikelnya sampai selesai, ya!

Download Aplikasi Zenius

Tingkatin hasil belajar lewat kumpulan video materi dan ribuan contoh soal di Zenius. Maksimalin persiapanmu sekarang juga!

Apa Itu Termodinamika?

Sebelum melangkah lebih jauh, gue mau ngejelasin singkat apa yang dimaksud dengan termodinamika.

Dari segi bahasa, thermodinamika berasal dari 2 kata bahasa yunani yaitu “Thermos” dan “dynamic”. Biar inget nya gampang, inget aja termos di rumah elo. Fungsi termos buat apa? Pada umumnya sih termos buat nyimpen air panas. 

Nah, dalam bahasa yunani “Thermos” itu artinya panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau perubahan. Jadi, kalau digabung, termodinamika itu pasti berhubungan erat sama perubahan atau pergerakan energi panas, meskipun sebenarnya konsepnya tidak sesederhana itu.

Konsep ilmu thermodinamika adalah usaha untuk mengubah kalor jadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut.

Sebagaimana materi mengenai kalor sendiri telah kalian pelajari pada saat SMP, yaitu perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu.

Jadi, sebenarnya ilmu Fisika ini berkaitan satu sama lain, itulah kenapa memahami setiap konsep itu penting, karena dengan begitu elo akan mudah memahami hubungan antar keduanya. 

Singkatnya, thermodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak.

Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan, dimana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar, dan sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan.   

Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu:

Termodinamika Sistem Terbuka

Ada atau terjadi pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya, contohnya samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan. 

Termodinamika Sistem Tertutup

Jika ada sistem terbuka, maka ada juga sistem tertutup termodinamika, yaitu adanya pertukaran energi namun tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.

Contohnya Green House di mana terjadi pertukaran kalor, namun tidak terjadi pertukaran kerja terhadap lingkungan. Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi yaitu panas atau kerja atau keduanya tergantung sistem pembatasnya

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

Termodinamika Sistem Terisolasi

Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa sistem dengan lingkungan, itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi. Contohnya tabung gas yang terisolasi. 

Hukum Termodinamika

Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika dibagi menjadi 4, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law)

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain.

Yang artinya apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.

Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)

Hukum termodinamika 1 menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan 

Persamaan Termodinamika 1.

Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q)dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W)yang dilakukan oleh sistem. 

Perlu diperhatikan bahwa,

Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor

Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor

W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja

W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja

 bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu

 bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu

Dan pada sistem terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga tidak ada perubahan energi dalam ()

Hukum ini diuraikan menjadi 4 proses termodinamika, yaitu 

• Isobarik (Tekanan tetap atau konstan) 
• Isokhorik (Volume tetap  atau konstan)
• Isotermik (Suhu tetap atau konstan)
• Adiabatik (sistem diisolasi agar tidak ada kalor yang keluar maupun masuk atau tidak terjadi pertukaran kalor)

Hukum Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)

Hukum kedua thermodinamika menyatakan pembatasan perubahan energi dimana alur kalor suatu objek dengan sistem memiliki sifat alami, yaitu:

“Kalor mengalir secara alami atau spontan dari benda yang panas (bersuhu tinggi) ke benda yang dingin (bersuhu rendah); dan sebaliknya kalor tidak akan mengalir secara alami atau spontan dari benda dingin (bersuhu rendah) ke benda panas (bersuhu tinggi) tanpa dilakukan usaha.” 

Hukum Termodinamika III

Hukum 3 termodinamika menyatakan bahwa suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekat nilai minimum.

Selain itu, untuk entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. 

Contoh Soal Termodinamika

Setelah mempelajari mengenai hukum thermodinamika di atas, sekarang kita coba kerjakan beberapa soal di bawah ini

Jika elo ingin penjelasan lebih ringkas dalam bentuk video, Sobat Zenius bisa cek di Materi Thermodinamika dari Zenius.

Di situ, ada penjelasan secara singkat mengenai thermodinamika, cuma perlu login, kok. Selain itu, ada juga berbagai materi dari mata pelajaran lainya. 

Penerapan Termodinamika 

Penerapan Termodinamika dalam AC/Air Conditioner

Seperti yang udah gue singgung di awal artikel, salah satu contoh termodinamika dalam kehidupan sehari-hari yaitu sistem kerja pada AC. Lantas, seperti apa penjelasannya?

AC merupakan suatu elektronik yang termasuk ke dalam contoh hukum termodinamika 1 dan 2.

AC mengubah energi listrik menjadi energi kinetik pada kondensor (berfungsi untuk membuang panas refrigerant ke lingkungan), kemudian mengubahnya menjadi energi kinetik pada evaporator (berfungsi memberikan udara dingin pada ruangan dengan cara perpindahan panas ke ruangan), dan kemudian mengubah energi kinetik pada kompresor (berfungsi memberikan tekanan pada refrigerant).

Sedangkan penerapan hukum thermodinamika kedua pada AC, bahwa AC tidak dapat secara alami atau spontan mengalirkan kalor dari suhu rendah ke suhu tinggi, diperlukan usaha atau kerja terlebih dahulu.

Penerapan Termodinamika dalam Mesin Kendaraan Bermotor

Selain itu, ilmu thermodinamika juga berperan dalam penciptaan mesin kendaraan bermotor, yang tentunya baik secara kita sadari atau tidak juga sangat membantu kita dalam melakukan aktivitas kita sehari-hari.  

Perhatikan gambar bagian turbin jet di atas, dimana udara masuk ke dalam kompresor yang berfungsi untuk menghisap dan menaikan tekanan udara tersebut melalui inlet sehingga temperatur udara meningkat.

Kemudian, setelahnya udara tersebut dimasukkan kedalam ruang bakar dan di situ dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara tersebut dengan bahan bakar yang berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat disimpulkan keberadaan ruang bakar bertujuan menaikan temperatur.

Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozzle untuk mengalirkan gas tersebut ke sudu-sudu turbin yang berguna untuk memutar kompresornya sendiri dan juga memutar generator listrik, dan beban lainnya. Setelah melewati turbin gas tersebut akan dibuang ke exhaust.

Penerapan Termodinamika dalam Termos

Tentunya masih banyak aplikasi ilmu termodinamika dalam kehidupan kita. Satu contoh aplikasi termodinamika lainnya bisa ditemukan dalam termos.

Penerapan hukum termodinamika I juga terdapat pada termos, dengan menggunakan bahan yang bersifat adiabatik, sehingga menghambat terjadinya pertukaran kalor antara sistem ke lingkungan dan sebaliknya, sehingga tidak terjadi penurunan suhu.

Termos juga merupakan contoh sistem terisolasi yang cukup mudah ditemukan. Cara kerjanya kalor dimasukkan kedalam termos dan tidak dapat keluar karena terhambat oleh kaca dengan warna putih mengkilap.

Alasan kenapa semua termos kita memiliki kaca putih mengkilap di dalamnya adalah karena dibandingkan warna gelap, putih sedikit menyerap kalor.

Selain dihambat oleh kaca, kalor juga dihambat oleh celah hampa udara antara tabung dan kaca, kemudian dihambat oleh celah udara antara tabung dan dinding, karena udara merupakan penghantar panas yang buruk.

Terakhir, dihambat lagi oleh lapisan terluar termos atau yang kita sentuh dan kita lihat yang biasanya terbuat dari plastik atau logam.

Itu dia penjelasan mengenai rangkuman termodinamika lengkap mulai dari hukum hingga contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. 

Jadi, sebenarnya ilmu termodinamika sangat berguna, bukan? Mempelajari ilmu ini sangat penting dan akan elo pelajari lagi lebih dalam jika berniat mengambil jurusan teknik kimia, teknik mesin, teknik lingkungan, teknik sipil, ilmu pangan, teknik fisika, dan lain-lain.

Jadi, jika sekiranya Sobat Zenius tertarik dengan jurusan-jurusan tersebut ada baiknya elo pahami konsep dan materi termodinamika sebaik-baiknya untuk bekal di masa depan nanti. 

Mau pelajari lebih lanjut? Elo bisa klik link ini untuk menonton video pembahasan dari Zenius!

Jika elo masih ada pertanyaan atau ingin didiskusikan, langsung aja, nih, komen di bawah! Semoga artikel ini membantu Sobat Zenius dalam memahami konsep dasar dari termodinamika, ya.

Baca Juga Artikel Fisika Lainnya

Mengenal Rumus Tekanan Hidrostatis dalam Fisika

Konsep Dasar Gelombang Mekanik: Jenis, Rumus, dan Contoh Soal

Materi Lengkap Hukum Newton 1, 2 dan 3

Originally published: December 22, 2020
Updated by: Maulana Adieb