Hukum termodinamika

Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan usaha pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampaui hal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.

Hukum kenol

Hukum kenol termodinamika menyatakan bahwa tiga jenis sistem akan berada dalam keadaan setimbang, ketika dua sistem di antaranya dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga. Hukum ini didasari oleh prinsip perpindahan panas dari suatu sistem ke sistem yang lainnya. Perpindahan panas secara umum dipengaruhi oleh perbedaan suhu antar sistem. Sifat perpindahan panasnya adalah pemuaian secara kelistrikan. Meskipun suatu sistem tidak saling bersentuhan secara langsung, hukum kenol termodinamika tetap berlaku.^[1]

Hukum pertama

Hukum Termodinamika Pertama berbunyi "energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain." Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.^[2]

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa jumlah entropi akan tetap konstan atau bertambah di dalam suatu sistem yang terisolasi saat sedang mengalami suatu proses. Hukum pertama termodinamika sesuai dengan prinsip kenaikan entropi.^[3] Dalam kasus kekekalan energi juga berlaku hukum pertama termodinamika. Besarnya perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika terisolasi sama dengan jumlah keseluruhan energi kalor yang dikirimkan ke dalam sistem. Nilai perubahan energi juga sama dengan besarnya usaha yang dilakukan terhadap sistem.^[4]

Hukum kedua

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan keberadaan entropi. Tidak ada pernyataan resmi yang menjadi penjelasan bagi hukum kedua termodinamika. Pernyataan hukum kedua termodinamika hanya didasarkan pada kenyataan eksperimental. Pernyataan tiap ilmuwan dapat dinyatakan sebagai hukum kedua termodinamika asalkan sesuai dengan hasil eksperimen. Salah satu pernyataannya disampaikan oleh Clausius. Clausius menyatakan bahwa tidak mungkin suatu sistem apapun dapat bekerja sedemikian rupa sehingga hanya menghasilkan perpindahan energi sebagai panas dari sistem. Pernyataan ini berlaku pada perpindahan panas dengan temperatur yang lebih rendah ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi. Pernyataan Clausius didasarkan dari prinsip kenaikan entropi.^[5]

Hukum ketiga

Hukum ketiga termodinamika dapat dinyatakan sebagai:^[6]

Entropi sebuah sistem mendekati sebuah nilai konstan saat temperaturnya mendekati nol mutlak.

(a) Konfigurasi tunggal yang memungkinkan untuk sistem pada titik nol mutlak, yaitu, hanya satu kondisi mikro yang dapat diakses.
(b) Pada suhu yang lebih besar dari titik nol mutlak, beberapa kondisi mikro dapat diakses karena getaran atom (dibesar-besarkan dalam gambar).

Pada suhu nol mutlak, sebuah sistem yang berada pada keadaan dengan energi panas minimum, yaitu keadaan dasar. Nilai entropi konstan (tidak harus nol) pada kondisi ini disebut sebagai entropi residu dari sistem. Dengan pengecualian padatan nirwujud (seperti kaca), entropi residu dari sistem umumnya mendekati nilai nol.^[6] Namun, nilai ini mendekati nol ketika sistem memiliki keadaan dasar yang unit (misalnya keadaan dengan energi panas minimum yang hanya memiliki satu konfigurasi, atau keadaan mikro). Keadaan mikro di sini digunakan untuk mendeskripsikan kemungkinan sebuah sistem berada pada keadaan spesifik, karena setiap keadaan mikro diasumsikan memiliki kemungkinan yang sama untuk muncul, jadi keadaan makro dengan keadaan mikro yang lebih sedikit kurang mungkin. Secara umum, entropi berhubungan dengan jumlah kemungkinan keadaan mikro berdasarkan dari prisip Boltzmann:

S=k_{\mathrm {B} }\,\mathrm {ln} \,\Omega

dengan ${\textstyle S}$ adalah entropi sistem, $k_{B}$ adalah konstanta Boltzmann, dan ${\textstyle \Omega }$ adalah jumlah keadaan mikro. Pada nol mutlak, hanya terdapat satu keadaan mikro yang mungkin ( ${\textstyle \Omega =1}$ karena seluruh atom sama untuk zat murni, dan karena seluruh hasil dari seluruh orde sama karena hanya terdapat satu kombinasi) dan ${\textstyle \ln(1)=0}$ .

Referensi

Catatan kaki

^ Syah, Darul (2018). Pengantar Teknologi Pangan. Bogor: IPB Press. hlm. 50. ISBN 978-602-440-433-8.
^ "First Law of Thermodynamics". www.grc.nasa.gov. Diakses tanggal 2023-05-16.
^ Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 176.
^ Soekardi, Chandrasa (2015). Bendatu, Monica, ed. Termodinamika Dasar: Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI. hlm. 8. ISBN 978-979-29-2389-6.
^ Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 177.
^ ^a ^b Kittel, Charles; Kroemer, Herbert (1980). Thermal Physics (edisi ke-2). San Fransisco: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-1088-9.

Daftar pustaka

Asraf, A.; Kurniawan, B. (2021). Darojah, Lia Inarotut, ed. Fisika Dasar untuk Sains dan Teknik: Jilid 2 Mekanika Fluida dan Termodinamika. Jakarta: Bumi Aksara. ISBN 978-602-444-955-1.

[1] Syah, Darul (2018). Pengantar Teknologi Pangan. Bogor: IPB Press. hlm. 50. ISBN 978-602-440-433-8.

[2] "First Law of Thermodynamics". www.grc.nasa.gov. Diakses tanggal 2023-05-16.

[FOOTNOTEAsraf_dan_Kurniawan2021176-3] Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 176.

[4] Soekardi, Chandrasa (2015). Bendatu, Monica, ed. Termodinamika Dasar: Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI. hlm. 8. ISBN 978-979-29-2389-6.

[FOOTNOTEAsraf_dan_Kurniawan2021177-5] Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 177.

[Kittel_and_Kroemer_1980-6] Kittel, Charles; Kroemer, Herbert (1980). Thermal Physics (edisi ke-2). San Fransisco: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-1088-9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]