AhmadDahlan.Net – Ketika kita mendiamkan secangkir kopi panas yang diletakkan di atas meja, maka secara perlahan, suhu kopi akan dingin. Proses ini akan terhenti sampai suhu kopi dan suhu ruangan sama sehingga tidak ada lagi pertukuaran kalor antara kopi dan ruangan.
Sebagaimana yang dijelaskan pada hukum I termodinamika, panas mengalir secara spontan dari zat bersuhu panas ke zat bersuhu dingin. Hanya faktor lingkungan sekitar Kopi memiliki ukuran cukup besar sehingga hampir mustahil untuk mengamati perubahan suhu yang terjadi pada lingkungan.
Menurut kekekalan energi di hukum I Termodinamika, kita bisa dengan mudah menghitung jumlah energi yang hilang dengan menghitung penurunan suhu air di dalam kopi menggunakan persamaan :
Q = m.C.\Delta T
Begitupun sebaliknya jika sendainya kalor yang hilang karena terserap oleh lingkungan tadi dapat dikembalikan ke dalam kopi kita, maka kita akan dengan mudah mendidihkan air di dalam gelas tanpa membuat suhu udara di sekitar dingin. Hal ini tidak melanggar hukum I Termodinamika tapi menurut Hukum II ini hal yang mustahil dilakukan. Sehingga cara yang paling membuat kopi hangat kembali dengan cara dipanaskan di atas api.
Daftar Isi
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 ini dikenal sebagai hukum II Termodinamika Clasius-Black.
 |
| 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 manaikkan 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 diamati 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 pada malam hari agar suhu bumi tidak terlalu dingin.
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 pans ini dapat terbuang dari air tanpa menaikkan suhu adalah dikonversi ke bentuk energi lain. Sayangnya belum ditemukan cara efektif untuk memanfaatkan panas tersebut. Hanya tanaman yang dapat menggunakan panas tersebut untuk berfotosintesis, sehingga pasanya sedikit berkuran. Namun sisa panas yang tidak terserap 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
