Hukum Termodinamika II – Reservoir Energi Panas

2 min read

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

Hal ini juga menjadi kajian dari hukum Kedua Termodinamika, dimana panas akan mengalir secara spontan ke dari zat bertemperatur tinggi ke zat dengan temperatur yang lebih rendah, namun hal ini tidak bisa terjadi sebaliknya.

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

Dalam pengembangan hukum II Termodinamika akan erat kaitannya dengan zat hipotetik dengan nilai kapasitas kalor yang besar (massa x kalor jenis) yang dapat menyimpan atau menyerap panas dan jumlah tertentu tanpa harus mengalami perubahan suhu yang berarti dalam hal kurang dari 1 K atau bahkan lebih kecil lagi.

Zat hipotetik ini kemudian disebut Reservoir Energi Panas atau resevoir saja. Dalam kehidupan nyata, sejumlah besar air yang ada di lautan, danau bahkan yang berbentuk udara dan menguap di atmosfer bumi merupakan reservoir panas yang efektif terhadap kehidupan di bumi.

Sebagai contoh, Semua Air yang ada dibumi membantu menjaga bumi di musim panas agar tidak terlalu panas lalu mengahangatkan bumi pada musim dingin agar suhu udara tidak terlalu dingin. Air juga menyerap panas dari ribuan atau bahkan jutaan Joule energi panas yang terbuang pada kabel-kable listrik tegangan tinggi setiap harinya tanpa menunjukkan perubahan suhu yang berarti dalam waktu singkat.

Reservoir panas alami

Hanya saja jika manusia terus menerus melakukan perubahan energi yang menghasilkan residu berupa energi panas, maka total panas ini akan terakumulasi pada seluruh air dan lama kelamaan akan menyebabkan pengingkatan suhu yang berarti atau fenomena ini lebih dikenal sebagai pemanasan Global.

Sistem pertukaran panas pada reservois ini dimodelkan sebagai mesin dua fasa karena mampu menyerap dan melepaskan sejumlah besar energi panas pada suhu yang sama. Suhu dalam reservois panas yang dapat diatur dengan hati-hati mampu measuk sejumlah energi untuk kerja mesin dalam keadaan isotermal.