Hukum Termodinamika
a. Hukum Awal
Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain.
Artinya, apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku universal.
b. Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)
Hukum termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja.
Dalam hukum ini didapat persamaan, yakni: ΔU = Q - W.
Keterangan:
U = perubahan energi
Q = jumlah energi kalor
W = kerja
c. Hukum Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)
Hukum ini menjelaskan pembatasan perubahan energi di mana alur kalor suatu objek dengan sistem memiliki sifat alami, yakni:
“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.”
d. Hukum Termodinamika III
Dalam Hukum Termodinamika III ini berkaitan dengan temperatur nol absolut. Hukum ini juga menyatakan bahwa “pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolute, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum”.
Proses Termodinamika
a. Isobarik (Tekanan Tetap atau Konstan)
Proses ini menjelaskan suatu sistem yang mempunyai tekanan konstan, nilai usaha yang berkerja pada sistem mengikuti besaran volume benda.
Apabila volume benda mengalami pemuaian, maka usaha bernilai positif. Jika volume benda mengalami penyusutan, maka usaha bernilai negatif.
b. Isotermik (Suhu Tetap atau Konstan)
Proses ini menjelaskan jika sistem tidak mengalami perubahan suhu atau suhu konstan. Dikarenakan suhunya konstan sehingga volume pada sistem akan menurun secara eksponensial dari tekanan awal menuju tekanan finalnya sehingga berlaku rumus berikut.
W = n x R x T x In (Vf/Vi)
c. Isokhorik (Volume Tetap atau Konstan)
Proses ini menjelaskan bahwa suatu sistem yang tidak terdapat perubahan volume, maka nilai usahanya bernilai nol.
Rumus: W = P x ΔV
d. Adiabatik
Sistem diisolasi agar tidak ada kalor yang keluar ataupun masuk.
Penerapan Hukum Termodinamika Pada Rice Cooker
Prinsip kerja sebuah rice cooker adalah saat saklar sudah terhubung dengan elemen pemanas utama, maka arus listrik akan langsung menuju ke elemen utama dan lampu di rice cooking menyala.
Ketika suhu pemanas sudah mencapai maksimal dan nasi sudah matang, maka thermostat trip akan langsung menggerakkan tuas sehingga posisi saklar jadi berubah mengalirkan listrik menuju ke elemen penghangat nasi melewati thermostat.
Pada posisi penghangat, ketika suhu thermostat sudah maksimal maka arus yang menuju ke elemen penghangat akan terputus otomatis.
Begitu pula ketika suhu pada thermostat berkurang, maka otomatis arus menuju elemen penghangat akan terhubung kembali secara otomatis.
Proses ini akan berlangsung secara terus menerus. Jika didasarkan pada Hukum Termodinamika, maka cara kerja rice cooker akan berupa:
Nasi yang awalnya berupa beras dan memiliki tekstur keras, ketika diberi air dan memanaskannya, maka tekstur akan berubah menjadi lembut dan mudah untuk dimakan.
Suatu cairan akan menguap apabila tekanan uap gas yang berasal dari cairan itu sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (P uap = P cair).
Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal).
Jika pada rice cooker biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).
Sementara itu, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, maka pressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.
Namun, jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah.
Berbeda ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker.
Berhubung ada tambahan massa, maka tekanan akan semakin tinggi dan titik kesetimbangan antarfase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.
Contoh Soal
Berapa besar perubahan energi dalam, jika 3000 joule kalor ditambahkan pada sistem dan kerja 2000 joule dilakukan oleh sistem (yaitu, sebagai keluaran)?
Jawaban:
Diketahui:
Q = 3000 J (sistem menyerap kalor)
W = 2000 J (sistem melakukan kerja)
Ditanya: ΔU =?
ΔU = Q - W
= 3000 J - 2000 J
= 1000 J.
Baca Juga: Rumus Torsi (Momen Gaya): Pengertian, Contoh Soal dan Jawabannya
Baca berita update lainnya dari Sonora.id di Google News.