Pada dasarnya, hukum termodinamika menjadi salah satu cabang dari sains dan teknik fisika. Jika dalam bidang sains, para ahli akan berusaha mempelajari perilaku dasar sifat fisika dan kimia dari sejumlah materi dalam keadaan berhenti (diam) dengan menggunakan prinsip termodinamika ini.
Sementara di bidang teknik, para ahli (insinyur) biasanya akan menggunakan hukum termodinamika untuk mempelajari sistem dan interaksinya dengan lingkungan. Dikutip dari laman Zenius.com, hukum termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik akan membahas mengenai hubungan antara energi panas dengan cara kerjanya.
Energi tersebut dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun melalui hasil rekayasa teknologi. Cara kerja di kebanyakan sistem teknologi dapat dijelaskan melalui termodinamika.
Bahkan sering disebut-sebut juga bahwa hukum termodinamika ini menjadi modal utama dari seorang sarjana teknik untuk merancang pompa termal, motor roket, rice cooker, AC, hingga penyuling kimia. Singkatnya, hukum termodinamika menjadi salah satu cabang dari bidang ilmu fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas dan perubahan dari panas menjadi bentuk energi lainnya.
Istilah hukum termodinamika memang berasal dari Bahasa Yunani, yaitu “Therme” yang berarti ‘panas’ dan “dynamis” yang berarti ‘gaya’. Jika digabung, termodinamika pasti berhubungan erat dengan perubahan atau pergerakan energi panas.
Sistem Termodinamika
Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi tiga, yakni:
1. Hukum Termodinamika dengan Sistem Terbuka
Hukum Termodinamika sistem terbuka adalah sistem yang ada atau terjadi karena pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Adapun contoh hukum termodinamika sistem terbuka sering ditemui pada fenomena alam, seperti samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan.
2. Hukum Termodinamika dengan Sistem Tertutup
Kalau ada hukum termodinamika dengan sistem terbuka, maka ada juga hukum termodinamika dengan sistem tertutup. Hukum Termodinamika dengan sistem tertutup yaitu adanya pertukaran energi namun tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Penerapan hukum termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sistem tertutup adalah Green House karena pada Green House 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.
3. Hukum Termodinamika dengan Sistem Terisolasi
Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa sistem dengan lingkungan, itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi. Contoh termodinamika sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari adalah tabung gas yang terisolasi.
Bunyi Hukum Termodinamika
Bunyi hukum termodinamika terbagi menjadi tiga, yaitu Hukum 0 Termodinamika, Hukum I Termodinamika, dan Hukum II Termodinamika. Berikut adalah penjabarannya.
Hukum 0 Termodinamika
Hukum 0 Termodinamika berbunyi:
"Jika dua buah sistem mempunyai kesetimbangan termal dengan sistem ke-3, maka ketiganya akan mempunyai kesetimbangan termal satu sama lain."
Kesetimbangan termal adalah kondisi di mana suhu dari sistem-sistem yang terlibat adalah sama atau tidak ada kalor yang mengalir. Jadi, jika ada benda A dan benda B yang dikatakan mencapai kesetimbangan termal, artinya benda A dan benda B tersebut memiliki suhu yang sama dan tidak ada kalor yang mengalir di antara keduanya.
Kalor sendiri mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah. Oleh karena itu, jika suhu kedua sistem sama, maka kalor tidak akan mengalir di antara keduanya.
Contoh penerapan Hukum 0 Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari adalah alat ukur suhu (termometer).
- Hukum Termodinamika I
Hukum Termodinamika I berbunyi:
"Dalam sebuah sistem tertutup, perubahan energi dalam sistem tersebut akan sama dengan banyaknya kalor yang masuk ke dalam sistem dikurangi usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut."
Secara matematis, Hukum Termodinamika I bisa ditulis ke dalam persamaan atau rumus seperti pada gambar berikut:
Dari persamaan atau rumus tersebut, kamu perlu mengetahui aturan nilai positif dan negatif, yakni sebagai berikut:
• ΔU bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu dan bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu.
• Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor dan bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor.
• W bertanda positif (+) jika sistem melakukan usaha dan bertanda negatif (-) jika sistem menerima usaha.
- Hukum Termodinamika II
Hukum Termodinamika II dibagi menjadi dua macam, yaitu Hukum Termodinamika II tentang Arah Aliran Kalor dan Hukum Termodinamika II tentang Entropi.
Hukum II Termodinamika tentang Arah Aliran Kalor berbunyi:
"Kalor mengalir secara spontan (alamiah) dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya."
Sedangkan Hukum Termodinamika II tentang Entropi berbunyi:
"Dalam sebuah sistem tertutup, setiap proses termodinamika akan menghasilkan peurbahan entropi lebih besar dari 0 untuk proses irreversible, dan perubahan entropi sama dengan 0 untuk proses reversible."
Entropi adalah besaran yang menggambarkan tingkat keacakan sistem. Semakin acak benda maka benda akan semakin homogen (sejenis) dan entropinya akan semakin besar.
Secara spontan (alamiah), sistem akan selalu menuju homogen (menjadi lebih acak), sehingga entropi akan selalu semakin besar (perubahan entropi positif). Selain itu, dalam termodinamika, ketika ada perbedaan suhu antara sistem yang terlibat, maka sistem akan selalu menuju suhu yang homogen (kesetimbangan termal).
- 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”.