Pengertian panas dalam termodinamika
pengertian panas

Pengertian Panas dalam Termodinamika

Posted on

Salah satu konsep termodinamika yang sulit untuk dijelaskan ialah perbedaan antara temperatur dan panas. Setelah memahami mengenai pengertian sistem dan lingkungan dalam termokimia, berikutnya kita akan membahas terkait energi, panas dan temperatur.

Kebanyakan orang awam mendefinisikan bahwa temperatur tinggi berarti mengandung banyak panas sementara temperatur rendah berarti mengandung sedikit panas. Ini kurang tepat. Mari kita ulas kembali pengertian dari temperatur dan perbedaanya dengan panas.

Dalam keseharian, istilah ‘panas’ yang menyatakan temperatur tinggi tercampur dengan ‘panas’ yang menyatakan energi yang mengalir. Ini sedikit berbeda dengan Bahasa Inggris dimana dikenal istilah ‘hot’ dan ‘heat’. Oleh karena itu di buku-buku SMA diperkenalkan istilah ‘Kalor’ yang mewakili ‘heat’ di dalam Bahasa Inggris.

Contohnya, seseorang menyentuh benda kemudian tersentak dan berteriak “Aduh panas!”, pada kondisi lainnya, seseorang mengucapkan “Awas air panas”. Kedua pernyataan ini tepat dan benar di dalam bahasa sehari-hari, namun kata “panas” dalam kedua pernyataan tersebut memiliki sedikit perbedaan.

Pada pernyataan “Aduh panas!” yang diungkapkan ialah peristiwa berpindahnya energi dari satu benda ke kulit manusia sehingga menyebabkan rasa sakit. Sedangkan pada pernyataan “Awas air panas” menyatakan kondisi/keadaan air yang temperaturnya tinggi.

Di dalam termodinamika, pernyataan pertama dapat digantikan dengan istilah Heat atau Kalor, sedangkan pernyataan kedua digantikan dengan bertemperatur tinggi.

Panas karena temperatur tinggi dan Panas/Kalor yang berarti perpindahan energi memiliki definisi yang sangat jelas berbeda. Salah satu cara paling mudah mengenali perbedaanya ialah pada satuan. Satuan dari temperatur ialah Kelvin($\text{K}$), Fahrenheit ($^\circ\text{F}$), Celcius($^\circ\text{C}$), sedangkan satuan dari panas ialah Joule ($\text{J}$), Calorie ($\text{cal.}$).

Tetapi itu tak menjelaskan, lalu apa bedanya?

Dalam istilah kimia maupun fisika, pengertian sederhana dari keduanya ialah :

Pengertian Temperatur

Temperatur adalah ukuran energi kinetik yang terdapat di dalam suatu bahan. Setiap bahan memiliki energi kinetik dimana atom-atomnya bergetar. Ketika rata-rata atomnya bergetar/bergerak dengan sangat cepat(frekuensi tinggi) maka energi kinetik rata-rata dari atom dalam sistem tersebut tinggi​1​. Definisi termperatur ini ada dicantumkan sebagai hukum termodinamika ke nol.

Energi kinetik yang tinggi sering disebut sebagai “kondisi panas” sedangkan yang rendah disebut sebagai “kondisi dingin”.

Pengertian Panas dalam Termodinamika (Kalor, Q)

Panas atau Kalor => Jumlah aliran energi termal yang berpindah ke suatu bahan. Jadi Panas atau Kalor baru dapat dinyatakan ketika dua benda/sistem yang temperaturnya berbeda bersentuhan.

Pengertian Panas dalam Termodinamika
Ilustrasi perpindahan energi termal dalam termodinamika

Kalor adalah mekanisme perpindahan energi termal dari bahan yang memiliki perbedaan temperatur. Pada gambar di atas, misalkan saja ada satu bahan yang bertemperatur tinggi (Energi kinetik tinggi, H) kemudian kita sentuhkan dengan bahan yang memiliki temperatur lebih rendah (Energi kinetik rendah, L), maka akan terjadi perpindahan energi termal. Perpindahan energi tersebut akan berlangsung hingga kedua bahan memiliki temperatur yang sama(kondisi c)​2​. Keseluruhan energi termal yang berpindah tersebut yang disebut sebagai kalor yang dapat diungkapkan dalam bentuk persamaan matematis:


$\text{Q} = \Delta\text{T}\times\text{c.m}$, dengan;

$\text{Q} =$ Kalor/Panas
$\Delta\text{T} =$ Perubahan Temperatur ($\text{T}_{\text{awal}} – \text{T}_{\text{akhir}})$
$\text{c} =$ kapasitas Kalor/ Kalor Jenis Zat
$\text{m} =$ Massa zat

Suatu reaksi kimia dapat melepaskan atau menyerap energi termal. Proses yang melepaskan panas disebut reaksi eksoterm. Contohnya adalah reaksi pembakaran gas LPG (propana). Sedangkan reaksi yang menyerap panas disebut sebagai reaksi endoterm. Contohnya ialah reaksi yang terjadi ketika urea dimasukkan ke air. Baca selengkapnya: Pengertian Reaksi Eksoterm dan Endoterm

Konsep Perbedaan Temperatur, Panas dan Energi (Analogi)

Perbedaan di atas sudah cukup jelas bagi yang sering bersentuhan dengan bidang termodinamika. Tetapi bagi yang masih duduk di bangku SMA, penjelasan di atas mungkin masih membingungkan.

Lalu bagaimana cara menjelaskan perbedaannya dengan sederhana?

Bayangkan ada dua buah tabung dengan ketinggian yang berbeda dan volume cairan yang berbeda.

Secara sederhana, bisa dimisalkan bahwa:

  1. Ketinggian, h, itu sama dengan temperatur, $\text{T}$.
  2. Volume dari tabung ialah keseluruhan energi (energi dalam dan entalpi)
  3. Jika antara kedua tabung dipasang pipa penghubung, maka volume yang berpindah dari tabung kiri ke tabung kanan ialah sama dengan Panas (heat), $\text{Q}$.

Adanya perbedaan ketinggian menyebabkan air mengalir ke tabung kedua. Sama persis bahwa adanya perbedaan temperatur $\Delta\text{T}$ akan membuat panas mengalir dari satu bahan ke bahan lain.

Permisalan ini menurut saya sangat powerful dalam menjelaskan perbedaan antara temperatur, panas dan seluruh energi dalam(U) kepada anak SMA maupun orang awam.

Konsep di atas juga bisa menggambarkan mengapa benda dengan temperatur yang tinggi selalu mengalirkan panas ke benda dengan temperatur rendah.

Pada kedua tabung, diameter, d, berpengaruh terhadap seberapa banyak volume yang dibutuhkan untuk mengubah ketinggian air. Semakin besar diameter, d, maka semakin banyak volume yang dibutuhkan untuk menaikkan ketinggian air.

Dalam logika di atas, diameter, d, dapat dinyatakan sebagai kapasitas kalor dikali massa, $\text{c.m}$, dalam termodinamika. Sebab kapasitas kalor dikalikan massa, $\text{c.m}$, menyatakan jumlah panas/kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan $1^\circ\text{C}.$ Sesuai persamaan:

$\text{Q} = \Delta\text{T}\times\text{c.m}$

Lihat, dengan perumpamaan menggunakan dua tabung tadi, jadi mudah sekali kan memahami antara panas/kalor dan temperatur?

Referensi:

  1. (1)
    Atkins, P. Physical Chemistry; Oxford University Press: Oxford, 2006.
  2. (2)

Mengaku-ngaku sebagai penulis sejak 2013, tak satupun buku yang berhasil dituliskan. Amatir Garis Keras!

One thought on “Pengertian Panas dalam Termodinamika

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.