• Apa hukum termodinamika?
• Asal usul hukum termodinamika
• Hukum Pertama Termodinamika
• Hukum kedua termodinamika
• Hukum ketiga termodinamika
• Hukum nol termodinamika

Kami menjelaskan apa itu hukum termodinamika, apa asal usul prinsip-prinsip ini dan karakteristik utama masing-masing.

Hukum termodinamika berfungsi untuk memahami hukum fisika alam semesta.

Apa hukum termodinamika?

Hukum termodinamika (atau prinsip-prinsip termodinamika) menggambarkan perilaku tiga besaran fisika dasar, yaitu: suhu, itu Energi danentropi, yang mencirikan sistem termodinamika. Istilah "termodinamika" berasal dari bahasa Yunani termos, Apa artinya "panas", Yu dinamo, Apa artinya "memaksa”.

Secara matematis, prinsip-prinsip ini dijelaskan oleh a mengatur persamaan yang menjelaskan perilaku sistem termodinamika, yang didefinisikan sebagai objek studi apa pun (dari a molekul atau manusia, sampai suasana atau air mendidih dalam panci).

Ada empat hukum termodinamika dan hukum tersebut sangat penting untuk memahami hukum fisika semesta dan kemustahilan fenomena tertentu seperti pergerakan abadi.

Asal usul hukum termodinamika

Empat prinsip dari termodinamika Mereka memiliki asal yang berbeda, dan beberapa diformulasikan dari yang sebelumnya. Yang pertama didirikan, pada kenyataannya, adalah yang kedua, karya fisikawan dan insinyur Prancis Nicolás Léonard Sadi Carnot pada tahun 1824.

Namun, pada tahun 1860 prinsip ini dirumuskan lagi oleh Rudolf Clausius dan William Thompson, kemudian menambahkan apa yang sekarang kita sebut Hukum Pertama Termodinamika. Kemudian yang ketiga muncul, juga dikenal sebagai "postulat Nerst" karena muncul berkat studi Walther Nernst antara tahun 1906 dan 1912.

Akhirnya, apa yang disebut "hukum nol" muncul pada tahun 1930, diusulkan oleh Guggenheim dan Fowler. Harus dikatakan bahwa tidak di semua bidang itu diakui sebagai hukum yang benar.

Hukum Pertama Termodinamika

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah.

Hukum pertama disebut "Hukum Kekekalan Energi" karena menyatakan bahwa dalam setiap sistem terisolasi dari lingkungannya, jumlah total energi akan selalu sama, meskipun dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang berbeda. Atau dengan kata lain: energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah.

Jadi, dengan memasok sejumlah panas (Q) ke sistem fisik, jumlah energi totalnya dapat dihitung sebagai panas yang disuplai dikurangipekerjaan (W) yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. Dinyatakan dalam rumus: U = Q - W.

Sebagai contoh dari hukum ini, mari kita bayangkan sebuah mesin pesawat terbang. Ini adalah sistem termodinamika yang terdiri dari bahan bakar yang bereaksi secara kimia selama proses pembakaran, melepaskan panas dan melakukan kerja (yang membuat pesawat bergerak). Jadi: jika kita dapat mengukur jumlah kerja yang dilakukan dan panas yang dilepaskan, kita dapat menghitung energi total sistem dan menyimpulkan bahwa energi dalam mesin tetap konstan selama penerbangan: energi tidak diciptakan atau dimusnahkan, melainkan diubah dari energi kimia ke energi kalori kamuEnergi kinetik (gerakan, yaitu kerja).

Hukum kedua termodinamika

Dengan waktu yang cukup, semua sistem pada akhirnya akan cenderung tidak seimbang.

Hukum kedua, juga disebut «Hukum Entropi», dapat diringkas dalam kuantitas entropi di alam semesta cenderung meningkat di cuaca. Ini berarti bahwa derajat ketidakteraturan sistem meningkat hingga mencapai titik kesetimbangan, yang merupakan keadaan ketidakteraturan terbesar dari sistem.

Hukum ini memperkenalkan konsep dasar dalam fisika: konsep entropi (diwakili oleh huruf S), yang dalam kasus sistem fisik mewakili tingkat ketidakteraturan. Ternyata dalam setiap proses fisika yang di dalamnya terjadi transformasi energi, sejumlah energi tertentu tidak dapat digunakan, yaitu tidak dapat melakukan usaha. Jika Anda tidak dapat melakukan usaha, dalam banyak kasus energi itu adalah panas. Panas yang dilepaskan sistem, yang dilakukannya adalah meningkatkan ketidakteraturan sistem, entropi. Entropi adalah ukuran ketidakteraturan suatu sistem.

Rumusan hukum ini menetapkan bahwa perubahan entropi (dS) akan selalu sama dengan atau lebih besar dariperpindahan panas (dQ), dibagi dengan suhu (T) sistem. Yaitu : dS dQ / T.

Untuk memahami ini dengan sebuah contoh, cukup dengan membakar sejumlah urusan dan kemudian mengumpulkan abu yang dihasilkan. Ketika ditimbang, kami akan memverifikasi bahwa itu lebih sedikit materi daripada apa yang ada di keadaan awalnya: sebagian materi diubah menjadi panas dalam bentuk gas bahwa mereka tidak dapat melakukan pekerjaan pada sistem dan bahwa mereka berkontribusi pada ketidakteraturannya.

Hukum ketiga termodinamika

Setelah mencapai nol mutlak, proses sistem fisik berhenti.

Hukum ketiga menyatakan bahwa entropi sistem yang dibawa ke nol mutlak akan menjadi konstanta tertentu. Dengan kata lain:

• Setelah mencapai nol mutlak (nol dalam satuan Kelvin), proses sistem fisik berhenti.
• Setelah mencapai nol mutlak (nol dalam satuan Kelvin), entropi memiliki nilai minimum yang konstan.

Sulit untuk mencapai apa yang disebut nol mutlak (-273,15 ° C) setiap hari, tetapi kita dapat memikirkan hukum ini dengan menganalisis apa yang terjadi di dalam freezer: makanan yang kita simpan di sana akan menjadi sangat dingin sehingga proses biokimia di dalamnya akan melambat atau bahkan berhenti. Itulah mengapa penguraiannya tertunda dan konsumsi untuk lebih lama.

Hukum nol termodinamika

"Hukum nol" secara logis dinyatakan seperti ini: jika A = C dan B = C, maka A = B.

"Hukum nol" dikenal dengan nama itu meskipun itu adalah yang terakhir dijalankan. Juga dikenal sebagai Hukum Kesetimbangan Termal, prinsip ini menyatakan bahwa: “Jika dua sistem berada di kesetimbangan termal independen dengan sistem ketiga, mereka juga harus berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain ”. Secara logika dapat dinyatakan sebagai berikut: jika A = C dan B = C, maka A = B.

Hukum ini memungkinkan kita untuk membandingkan energi panas dari tiga benda A, B, dan C yang berbeda. Jika benda A berada dalam kesetimbangan termal dengan benda C (mereka memiliki suhu yang sama) dan B juga memiliki suhu yang sama dengan C, maka A dan B memiliki suhu yang sama.

Cara lain untuk menyatakan prinsip ini adalah dengan menyatakan bahwa ketika dua benda dengan suhu berbeda bersentuhan, mereka bertukar panas sampai suhunya sama.

Contoh sehari-hari dari hukum ini mudah ditemukan. Ketika kita masuk ke dalam air dingin atau panas, kita akan melihat perbedaan suhu hanya pada menit-menit pertama karena tubuh kita kemudian akan masuk ke dalam kesetimbangan termal denganAir dan kita tidak akan lagi melihat perbedaannya. Hal yang sama terjadi ketika kita memasuki ruangan yang panas atau dingin: kita akan melihat suhu pada awalnya, tetapi kemudian kita akan berhenti merasakan perbedaannya karena kita akan memasuki kesetimbangan termal dengannya.