Halo Sobat Zenius! Di artikel kali ini, gue akan membahas secara lengkap materi termodinamika kelas 11 hingga penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Mungkin sebagian dari lo masih asing dengan istilah “termodinamika” karena istilah ini memang jarang kita gunakan dalam komunikasi sehari-hari.
Akan tetapi, penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sudah sangat umum. Contohnya yaitu sistem kerja dari AC (air conditioner), minum air panas dari termos, masak air sampai mendidih, dan saat membuka kulkas. Bahkan tubuh lo sendiri juga pakai konsep ini buat ngubah energi dari makanan menjadi tenaga.
“Kok bisa? Emang sistem kerjanya kayak gimana?
Nah, daripada lo semakin penasaran, kita langsung bahas aja materi termodinamika kelas 11 ini.
Dan pastikan lo baca artikel ini sampe abis ya, karena gue juga akan membahas hukum-hukumnya. Mulai dari hukum 1 Termodinamika hingga hukum 3-nya.
Yuk, langsung disimak aja ya!
Contents
Apa Itu Termodinamika?
Bagian pertama dari materi termodinamika kelas 11 ini adalah membahas pengertian dari termodinamika itu sendiri.
Kalo dari segi bahasa, termodinamika berasal dari 2 kata bahasa Yunani yaitu “Thermos” dan “dynamic”. Biar ingetnya gampang, inget aja termos di rumah lo. Fungsi termos buat apa? Pada umumnya sih termos buat nyimpen air panas, ya.
Nah, dalam bahasa yunani “Thermos” itu artinya panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau perubahan.
Jadi, kalau digabung, termodinamika berhubungan erat sama perubahan atau pergerakan energi panas, meskipun sebenarnya konsepnya nggak sesederhana itu.
Konsep ilmu termodinamika adalah usaha untuk mengubah kalor jadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut.
Secara sederhana, termodinamika adalah cabang ilmu Fisika yang mempelajari hubungan antara kalor, suhu, energi, dan usaha.
Sebagaimana materi mengenai kalor yang udah lo 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 lo akan mudah memahami hubungan antar keduanya.
Singkatnya, termodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak.
Sistem dalam Termodinamika
Sebelum masuk ke hukum-hukumnya, lo perlu paham dulu konsep sistem dan lingkungan. Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan.
Di mana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar. Dan sistem yang nggak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan.
Dalam termodinamika, sistem adalah bagian yang sedang kita amati. Sementara itu, lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem.
Misalnya, lo lagi mengamati air panas di dalam gelas dan termos seperti gambar di atas. Maka, air panas itu adalah sistem. Sedangkan gelas, udara sekitar, dan tatakan gelas adalah lingkungannya.
Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu:
1. Termodinamika Sistem Terbuka
Apa itu termodinamika sistem terbuka?
Termodinamika sistem terbuka adalah sistem yang ada atau terjadi karena pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Contohnya terletak pada panci berisi air yang sedang dipanaskan tanpa tutup, atau gelas berisi air panas tanpa tutup.
Kenapa termasuk sistem terbuka? Karena panci menerima kalor dari kompor dan gelas menerima kalor dari air panas, sementara uap air bisa keluar ke udara. Jadi, ada energi yang masuk dan ada massa yang keluar.
Contoh termodinamika sistem terbuka lainnya adalah tubuh manusia, air laut, tumbuhan, dan mesin kendaraan saat bekerja.
Tubuh manusia, misalnya, menerima energi dari makanan, mengeluarkan panas, bernapas, dan mengeluarkan zat sisa. Jadi, tubuh termasuk sistem terbuka.
2. Termodinamika Sistem Tertutup
Kalau ada termodinamika sistem terbuka, maka ada termodinamika sistem tertutup.
Termodinamika sistem tertutup yaitu adanya pertukaran energi namun nggak ada pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sistem tertutup adalah Green House. Pada Green House terjadi pertukaran kalor, namun nggak terjadi pertukaran kerja terhadap lingkungan.
Contoh lainnya seperti gelas berisi air panas yang ditutup rapat dan gas di dalam tabung yang lagi dipakai. Pada gas, kalor dari luar bisa masuk ke tabung, gasnya tetap berada di dalam tabung. Massa gas nggak keluar atau masuk, tapi energinya bisa berubah.
Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi yaitu panas atau kerja atau keduanya tergantung sistem pembatasnya:
- Pembatas Adiabatik, nggak terjadi atau nggak memperbolehkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
- Pembatas Rigid, nggak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.
3. Termodinamika Sistem Terisolasi
Sistem terisolasi adalah sistem yang idealnya nggak bertukar energi maupun massa dengan lingkungan. Itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi.
Contoh termodinamika sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari adalah air panas di dalam termos.
Tapi perlu dicatat, termos di dunia nyata sebenarnya nggak benar-benar sempurna sebagai sistem terisolasi. Lama-lama, air panas di dalam termos tetap bisa mendingin. Cuma, termos dirancang supaya perpindahan kalor terjadi sangat lambat.
Kenapa air panas di termos bisa tahan lama? Karena termos biasanya punya dinding berlapis, ruang hampa udara atau isolator, dan permukaan reflektif yang membantu mengurangi perpindahan kalor melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.
Oke, sekarang lo udah paham pengertian dan macam-macam termodinamika. Sebelum gue lanjut ke materi termodinamika kelas 11 lainnya,gue punya info penting nih guys~
Kalo lo mengalami kesulitan dalam memahami mata pelajaran Fisika atau lainnya seperti Matematika, Kimia, dan Biologi, nggak perlu khawatir. Soalnya, Zenius akan bantu lo dengan rangkuman materi dan soal-soal akurat terbaru, lengkap dengan penjelasan yang komprehensif dari para tutor profesional.
Kalo mau, lo boleh coba ikutan belajar bareng Zenius bareng tutor kece di sini:
Hukum Termodinamika
Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika dibagi menjadi 4, yaitu:
Hukum Awal (Zeroth Law)
Hukum awal atau hukum ke-nol termodinamika membahas tentang kesetimbangan termal.
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 apa pun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.
Misalnya, ada benda A, benda B, dan termometer C. Kalau benda A punya suhu yang sama dengan termometer C, lalu benda B juga punya suhu yang sama dengan termometer C, berarti benda A dan benda B punya suhu yang sama.
Hukum ini penting karena jadi dasar penggunaan termometer. Kita bisa mengukur suhu suatu benda karena ada konsep kesetimbangan termal.
Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)
Hukum I Termodinamika adalah bentuk lain dari hukum kekekalan energi.
Bunyi Hukum I Termodinamika kurang lebih gini: energi nggak bisa diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja.
Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan
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
- ΔU bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu
- ΔU bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu
Dan pada sistem terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga nggak ada perubahan energi dalam (ΔU).
Contohnya gini, kalau gas dalam piston dipanaskan, gas menerima kalor. Akibatnya, gas bisa mengembang dan mendorong piston. Dalam kasus ini, kalor yang masuk ke sistem sebagian dipakai untuk menambah energi dalam gas, sebagian lagi dipakai untuk melakukan usaha.
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 nggak ada kalor yang keluar maupun masuk atau nggak terjadi pertukaran kalor)
Hukum Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)
Hukum II Termodinamika membahas arah alami perpindahan kalor dan batas efisiensi mesin.
Hukum kedua thermodinamika menyatakan pembatasan perubahan energi di mana 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.”
Misalnya, kopi panas yang dibiarkan di meja lama-lama akan menjadi dingin. Kalor dari kopi berpindah ke udara sekitar.
Tapi, lo nggak akan melihat kopi dingin tiba-tiba jadi panas sendiri tanpa ada energi dari luar. Kalau mau bikin benda dingin jadi lebih dingin atau memindahkan kalor dari tempat dingin ke tempat panas, perlu usaha tambahan. Contohnya terjadi pada kulkas dan AC.
Hukum II Termodinamika juga menjelaskan bahwa nggak ada mesin kalor yang bisa ngubah seluruh kalor jadi usaha dengan efisiensi 100%. Pasti ada aja energi yang terbuang ke lingkungan, biasanya dalam bentuk panas.
Hukum Termodinamika III (Suhu Nol Absolut)
Hukum III 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.
Nol absolut adalah suhu 0 Kelvin atau sekitar -273°C.
Gampangnya gini, semakin rendah suhu suatu sistem, gerak partikel-partikelnya akan semakin kecil. Pada suhu yang sangat mendekati nol absolut, gerak partikel berada pada kondisi minimum.
Walaupun terdengar jauh dari kehidupan sehari-hari, konsep ini penting banget dalam Fisika modern, kriogenik, dan teknologi suhu sangat rendah.
Proses-Proses Termodinamika
Gue udah spill sedikit tentang isobarik, isokhorik, isotermik, dan adiabatik di atas, kan? Nah, di sini bakal gue jelasin satu per satu proses-proses termodinamika tersebut. Tentang bagaimana kondisi suatu gas berubah.
1. Proses Isobarik
Pertama, ada proses isobarik, yaitu proses termodinamika yang terjadi pada tekanan tetap.
Karena tekanannya tetap, perubahan volume bisa menghasilkan usaha.
Rumus usaha pada proses isobarik, yaitu:
W = P ΔV
Keterangan:
- W: usaha
- P: tekanan
- ΔV: perubahan volume
Kalau gas mengembang, ΔV bernilai positif, sehingga sistem melakukan usaha. Sebaliknya, kalau gas dimampatkan, ΔV bernilai negatif, sehingga sistem menerima usaha.
2. Proses Isokhorik
Proses isokhorik adalah proses termodinamika yang terjadi pada volume tetap.
Karena volumenya tetap, nggak ada perubahan volume, artinya usahanya nol (W=0).
Maka, Hukum I Termodinamika menjadi: ΔU = Q
Kalor yang masuk ke sistem seluruhnya digunakan untuk mengubah energi dalam sistem.
Contohnya, gas dalam wadah kaku yang dipanaskan. Karena wadahnya tidak bisa mengembang, gas tidak melakukan usaha.
3. Proses Isotermik
Proses isotermik adalah proses termodinamika yang terjadi pada suhu tetap.
Untuk gas ideal, energi dalam bergantung pada suhu. Jadi, kalau suhunya tetap, energi dalamnya juga tetap.
Maka, ΔU = 0
Berdasarkan Hukum I Termodinamika: 0 = Q – W
Sehingga, Q = W
Artinya, kalor yang diterima sistem langsung berubah menjadi usaha.
4. Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses termodinamika yang terjadi tanpa pertukaran kalor dengan lingkungan.
Jadi, Q = 0
Maka, Hukum I Termodinamika menjadi: ΔU = -W
Dalam proses adiabatik, perubahan energi dalam terjadi karena usaha, bukan karena kalor yang masuk atau keluar.
Contohnya, udara yang dipompa cepat ke dalam ban sepeda bisa terasa panas. Itu karena udara menerima usaha dari luar sehingga energi dalamnya meningkat.
Rumus Termodinamika yang Perlu Lo Tahu
Berikut beberapa rumus penting yang sering muncul dalam materi termodinamika.
1. Hukum I Termodinamika
ΔU = Q – W
Rumus ini dipakai untuk menghitung perubahan energi dalam sistem.
2. Usaha pada Tekanan Tetap
W = P ΔV
Rumus ini dipakai pada proses isobarik.
3. Efisiensi Mesin Kalor
η = W / Q₁ × 100%
atau,
η = (Q₁ – Q₂) / Q₁ × 100%
Keterangan:
- η = efisiensi mesin kalor
- W = usaha yang dihasilkan
- Q₁ = kalor yang diserap dari reservoir panas
- Q₂ = kalor yang dilepas ke reservoir dingin
Konsep efisiensi ini penting karena dalam mesin nyata, tidak semua kalor bisa diubah menjadi usaha.
Contoh Soal Termodinamika
Setelah mempelajari mengenai hukum thermodinamika di atas, sekarang kita coba kerjakan beberapa soal di bawah ini.
Contoh Soal Termodinamika 1
Contoh Soal Termodinamika 2
Kalau mau penjelasan lebih ringkas dalam bentuk video, Sobat Zenius bisa cek di Materi Termodinamika dari Zenius.
Di situ, ada penjelasan secara singkat mengenai termodinamika, cuma perlu login, kok. Selain itu, ada juga berbagai materi dari mata pelajaran lainya. Kalau mau dapetin full access ke semua materi Zenius dan fiturnya, lo bisa ikut langganan premium. Lama langganannya bisa lo sesuaikan sama kebutuhan. Gas langganan!
Penerapan Termodinamika
Di awal artikel ini gue sempet mention kalau salah satu contoh peristiwa termodinamika adalah AC atau Air Conditioner yang sering kita pake untuk menurunkan suhu ruangan.
Tapi selain AC, ternyata masih ada beberapa contoh peristiwa termodinamika dalam hidup kita lho.
Apa aja ya? Berikut ini daftarnya:
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 termodinamika 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, di mana udara masuk ke dalam kompresor yang berfungsi untuk menghisap dan menaikkan 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 menaikkan 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 ke dalam 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 materi termodinamika kelas 11 ini sangat penting dan akan lo pelajari lagi lebih dalam jika lo 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 lo pahami konsep, materi hingga penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari dengan sebaik-baiknya untuk bekal di masa depan nanti.
Selain materi Fisika, Zenius juga punya kumpulan materi pelajaran lainnya bahkan hingga materi SNBT, yuk langganan paket belajar Zenius. Lo bisa dapetin ribuan materi belajar dan ikut live class bareng para tutor berpengalaman.
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: Maulia Indriana Ghani
PakarPBN
A Private Blog Network (PBN) is a collection of websites that are controlled by a single individual or organization and used primarily to build backlinks to a “money site” in order to influence its ranking in search engines such as Google. The core idea behind a PBN is based on the importance of backlinks in Google’s ranking algorithm. Since Google views backlinks as signals of authority and trust, some website owners attempt to artificially create these signals through a controlled network of sites.
In a typical PBN setup, the owner acquires expired or aged domains that already have existing authority, backlinks, and history. These domains are rebuilt with new content and hosted separately, often using different IP addresses, hosting providers, themes, and ownership details to make them appear unrelated. Within the content published on these sites, links are strategically placed that point to the main website the owner wants to rank higher. By doing this, the owner attempts to pass link equity (also known as “link juice”) from the PBN sites to the target website.
The purpose of a PBN is to give the impression that the target website is naturally earning links from multiple independent sources. If done effectively, this can temporarily improve keyword rankings, increase organic visibility, and drive more traffic from search results.
