Alasan Teori Kalor Tidak Dapat Menjelaskan Fenomena Perpindahan Panas

Waktu itu semua mahasiswa diberi tugas oleh J.J Luthan, "Kenapa teori kalor atau termodinamika tidak bisa menjelaskan fenomena perpindahan panas?". Ini adalah tugas pertama mata kuliah Termodinamika I. Jadi penulis mau ngeshare isi tugas yang dikumpulin ke beliau.

"Berhenti juga menimba ilmu karena ilmu tidak ada didalam sumur" - Cak Lontong 

Mengapa teori kalor tidak dapat menjelaskan fenomena perpindahan panas ?

Pertama-tama, sebelum kita mengetahui mengapa teori kalor tidak dapat menjelaskan fenomena perpindahan panas maka kita harus ketahui pengertian atau penjelasan mengenai perpindahan panas. Perpindahan panas atau perpindahan kalor adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Dari termodinamika telah kita ketahui bahwa energi yang pindah itu dinamakan kalor. Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagimana energi kalor itu berpindah dari satu benda kebenda lain, melainkan dapat juga meramalkan laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Kenyataan bahwa yang terjadi sasaran analisis ialah masalah laju perpindahan, inilah yang membedakan ilmu perpindahan kalor dari ilmu termodinamika. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum hukum pertama dan kedua termodinamika, yaitu dengan memberikan beberapa kaidah percobaan yang dapat dimanfaatkan untuk menentukan perpindahan energi. Pada masalah ini, bahwa pada saat perpindahan berlangsung, sistem tidak berada dalam keadaan seimbang.

Pepindahan panas dapat dikatakan berpindah, apabila adanya suhu yang berbeda (konduksi, konveksi, dan radiasi). Contoh baja yang dipanaskan pada suhu tertentu dan dicelupkan kedalam air. Proses yang digunakan dari sudut pandang termodinamika adalah proses yang diidealkan, yang direka-reka atau dibuat untuk memberikan keterangan tentang keadaan-keadaan keseimbangan. Jadi, termodinamika tidak memperhatikan perincian-perincian suatu proses tetapi membahas keadaan-keadaan keseimbangan dan hubungan-hubungan antara keadaan-keadaan keseimbangan tersebut. Dengan kata lain, jumlah panas yang dipindahkan selama suatu proses hanyalah sama dengan beda antara perubahan energi sistem dan kerja yang dilaksanakan. Jelas bahwa analisa jenis ini tidak memperhatikan mekanisme aliran panas maupun waktu yang diperlukan untuk memindahkan panas tersebut. Adapun syarat terjadinya perpindahan panas adalah adanya sentuhan kedua benda yang berbeda suhu. Perpindahan panas pada umumnya akan berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah, hingga tercapainya keseimbangan termal. Yang menjadi masalah adalah pada kesimbangan termal hanya terjadi pada keadaan-keadaan keseimbangan. Kevin-Planck pernha mengatakan “tidak mungkin membuat mesin kalor yang bekerja dalam siklus yang hanya mengubah energi panas yang diserap seluruhnya menjadi usaha mekanik”, hal ini menyampaikan bahwa tidak ada mesin kalor yang dapat menyerap seluruh panas atau memindahkan panas seluruhnya.

Pada kenyataannya, bahwa ilmu termodinamika tidak bisa dipisahkan dengan ilmu perpindahan panas. Dengan hubungan ini, maka hukum termodinamika yang pertama mempunyai hunungan dengan permasalahan ini. Bunyi hukum ternodinamika pertama adalah “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversikan dari suatu bentuk kebentuk yang lainnya”. Hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai model perpindahan energi. Hukum pertama termodinamika tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Menurut Asas Black, maka secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

Q _lepas = Q _terima 

Akan tetapi pada kenyataannya Q _lepas ≠ Q _terima, hal ini menyatakan bahwa pada saat 

Q _lepas = Q _terima adalah persamaan yang ideal. Berbeda dengan halnya Q _lepas ≠ Q _terima , ini mempunyai maksud bahwa adanya perhitungan-perhitungan aktual dari yang terjadi pada kenyataan fenomena perpindahan panas.

Secara sederhana bahwa, Asas Black mengatakan bahwa “energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar Q_L dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar Q_T dengan besar yang sama. Hal ini adalah hal yang ideal. Tidak ada mesin kalor, sekalipun mesin yang barupun tidak akan dapat menghantarkan kalor atau menyerap kalor sebesar seratus persen (100%). Maka dari itu akan ada perbedaan antara yang ideal maupun yang aktual yang terjadi dilingkugan sehari-hari atau sering didengar dengan fenomena perpindahan panas.

 Referensi

· Buku SMA kelas IX, Penerbit Erlangga.

· Buku Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Karya Frank Kreith dan Arko Prijono M.Sc.

· Buku Perpindahan Kalor, Karya J.P. Holman dan E. Jasjfi

· Google

RS.