Hukum Termodinamika II – Reservoir Energi Panas

3 min read

Reservoir panas

AhmadDahlan.Net – Mendiamkan secangkir kopi panas yang diletakkan di atas meja akan membuat suhu dari kopi panas tersebut turun menjadi hangat lalu lama-lama akan dingin dan kurang enak lagi untuk dinikmati.

Energi panas dalam secangkir kopi tersebut lama kelamaan akan hilang dan ditandai dengan turunnya suhu kopi tersebut. Lantas kemanakah energi dalam kopi tersebut?

Fenomena dinginnya kopi ini sudah mengikuti hukum Pertama Termodinamika dimana total energi yang hilang dari kopi sama banyaknya dengan energi yang diterima lingkungan disekitar kopi yang dinamis.

Besarnya aspek yang ada di lingkungan sekitar kopi membuat energi kopi yang diserap oleh lingkungan hampir tidak bisa diamati oleh manusia, namun jika total energi tersebut bisa dihitung, maka berdasarkan hukum kekekalan energi di Termodinamika satu, jumlahnya akan sama persis.

Begitupun demikian, jika seandainya suhu udara di sekitar kopi menurun karena energinya diserap oleh kopi, maka suhu kopi akan naik sejumlah energi yang diserap. Meskipun tidak melanggar hukum I termodinamika, namun kita semua tahu hal ini tidak akan pernah terjadi, cara paling mudah untuk memanaskan kopi dengan cara memasaknya ulang di atas kompor.

A. Hukum II Termodinamika

Menurut Black dan Clasius, Energi panas akan secara spontan mengalir dari zat bersuhu tinggi ke zat bersuhu lebih rendah. Hal ini tidak bisa berlaku sebaliknya, akan dibutuhkan usaha luar untuk memindahkan panas dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi. Pernyataan in idikenal sebagai hukum II Termodinamika Clasius-Black.

Contoh keterbtaasan hukum I termodinamika menjelaskan proses panas
Mesin Konversi Energi Mekanik ke Kalor

Perhatikan gambar di atas secara seksama, jika beban dengena energi potensial tersebut dijatuhkan maka, tali akan memutar pedal yang berhubungan dengan fluida yang ada di dalam ruangan. Jika sistem dibentuk sedemikian sempurna, maka besar pengurangan energi potensial beban akan meningkat suhu fluida di dalam ruangan.

Hanya saja hal tersebut tidak terjadi sebaliknya, mengembalikan energi potensial beban dengan cara manikkan kembali posisinya tidak akan membuat suhu fluida di dalam ruangan turun, malah proses ini akan tetap membuat pedal terputar dan membuat energi di dalam ruangan menjadi lebih panas. Agar hukum I Termodinamika terpenuhi, maka dibutuhkan usaha luar untuk menaikkan enegri Potensial beban dan menaikkan suhu yang ada di dalam ruangan secara bersamaan.

Berdasarkan fenomena tersebut, sangat jelas jika panas akan bergerak ke arah tertentu namun tidak akan bergerak ke arah sebaliknya, meskipun hal tersebut tidak melanggar hukum I Termodinamika. Hukum I Termodinamika hanya berbicara tentang jumlah energi yang terlibat dalam sebuah proses namun tidak memnjelaskna mengenai arah perubahan energi di dalamnya.

Kekurangan jumlah energi yang tidak dapat diamatai pada proses yang terjadi pada Mesin Konversi Panas ketika terjadi sebaliknya dapat dijelaskan menggunakan kriteria dari Energi dalam dari sebuah sistem atau Entropi.

Hukum Kedua Termodinamika tidak terbatas menjelaskan arah dari perubahan energi saja tapi juga membahas mengenai kualitas dan kuantitas perubahan energi dimana hukum I termodinamika hanya menjelaskan mengenai kuatitas perubahan energi semata.

B. Reservoir Energi Panas

Kajian hukum Termodinamika II banyak mengkaji panas pada sistem dan zat-zat hipotetik atau sulit diadakan dalam kehidupan nyata. Salah satu Zat Hipotetik itu adalah zat yang bisa menyerap panas secara sempurna dalam jumlah besar dan menyimpannya. Zat ini dapat menyerap panas dalam jumlah besar namun tidak menaikkan suhunya sehingga total penyimpanan panasnya dapat dihitung (massa) x (kapasitas kalornya).

Zat penyerap panas ini selanjutnya disebut sebagai Reservoir Energi namun kadang kala disebut reservoir saja. Air adalah salah satu zat di dunia nyata yang karakteristik hampir sama dengan reservoir panas hipotetik. Hal ini dikarenakan jumlahnya yang cukup besar di bumi. Perannya sangat vital dalam menjaga kehidupan di bumi tidak hanya sebagai sumber kehidupan tapi sebagai penjaga kestabilan suhu layak hidup di bumi.

Sebagai contoh, Semua Air yang ada dibumi membantu menjaga bumi di musim panas agar tidak terlalu panas. Panas disimpan serap oleh air yang ada di lautan dan dirubah ke dalam banyak bentuk energi seperti gelombang, arus dan uap air yang menguap. Jumlah air yang diperkirakan mencapai 1,3 Milliar Km3 menyerap banyak panas setiap harinya agar suhu siang hari tidak terlalu panas, kemudian dilepaskan dnegan pelan-pelan pad amalam hari agar suhu bumi tidak terlalu dingin.

Reservoir panas alami

Panas yang Terbuang

Aktifitas manusia yang selalu melibatkan mesin didalamnya adalah aktifitas membuang panas. Menurut hukum II Termodinamika, setiap proses perubahan energi akan selalu menghasilkan panas yang tidak dapat diubah menjadi kerja, panas ini jika dalam mesin kalor disebut sebagai Entalpi sedangkan selain mesin panas akan terbuang percuma.

Panas yang terbuang dari mesin-mesin yang digunakan oleh manusia tidak akan hilang begitu saja sama ketika panas dari motor yang hilang ketika didinginkan. Menurut hukum Termodinamika I, energi panas ini tidak hilang tapi diserap oleh benda lain. Semakin baik benda tersebut menyimpan panas maka semakin lama panas diradiasikan pada saat suhu sedang turun seperti pada malam hari. Hal ini membuat orang-orang diperkotaan akan tetap merasa gerak ketika malam atau hujan barus saja turun.

Setelah malam hari lewat, panas yang ada belum sepenuhnya diradiasikan sehingga secara akumulatif nilai dan jumlah panas ini akan selalu bertambah. Cara agar panas ini terbuang adalah dengan cara dimanfaatkan namun manusia belum mampu menciptakan teknologi untuk memanfaatkan panas tersebut, hanya tanaman yang bisa menyerap sedikit panas dalam bentuk radiasi infra merah, namun sisanya tetap terakumulasi.

Atmosfer menjadi salah satu alternatif bumi memancarkan panas melalui radiasi keluar angkasa, sayangnya penggunaan bahan bakar mesin menghasilkan zat sisa seperti Carbon dioksida dalam jumlah besar. Zat ini adalah bersifat seperti cermin untuk panas dan sinar infra merah. Hasilnya zat ini menjadi selimut bagi bagi bumi dimana panas akan terperangkap di atmosfer sama seperti panas yang terperangkap di rumah kaca. Fenomena ini disebut sebagai efek rumah kaca dan menjadi penyebab pemanasan global