Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika

Kerja dilakukan saat seseorang beraktivitas seperti bekerja, berjalan, berolah raga, mengangkat beban yang berat. Kerja membutuhkan energi. Energi juga dibutuhkan untuk pertumbuhan sel, untuk menggantikan sel-sel lama yang tua dan sudah rusak. Proses perubahan energi dalam mahluk hidup atau organisme diseu=but metabolisme.

ΔU = Q – W

Kerja yang dilakukan oleh tubuh manusia, umumnya ditandai dengan penurunan energi dalam tubuh juga temperatur tubuh. Untuk mencapai kesetimbangan ada energi yang perlu ditambahi atau dikurangi. Energi dalam tubuh Q tidak hanya diberikan kepada organisme, karena subu tubuh biasanya lebih tinggi maka kalor Q dari tubuh akan bergerak ke luar menuju lingkungan. Energi dalam tubuh bersumber dari makanan (energi potensial kimia).

Pada sistem tertutup, energi dalam hanya berubah dalam bentuk aliran kalor atau kerja yang dilakukan. Pada sistem terbuka, (seperti hewan) energi dalam dapat mengalir ke luar dan ke dalam sistem. Kecepatan metabolisme adalah kecepatan di mana energi dalam di ubah di dalam sistem (tubuh). Kecepatan ini dinyatakan dalam watt atau kkal/jam.

Untuk manusia dengan massa tubuh rata-rata 65 kilogram berikut tabel kecepatan metabolisme :

Contoh Kasus :

Berapa besar energi yang diubah dalam 24 jam oleh seseorang yang massanya 65 kg dengan menghabiskan waktu 8 jam untuk tidur, 1 jam melakukan pekerjaan fisik sedang, 4 jam kegiatan ringan, 11 jam bekerja di meja atau bersantai ?

Penyelesaian :

Dalam 1 jam ada 3600 detik, maka energi totalnya adalah :

Q _total = { 8 jam x 70 J/s + 1 jam x 460 J/s + 4 jam x 230 J + 11 jam x 115 J/s} x 3600 s

Q _total = 1,15 x 10⁷ joule

Karena 1 kkal = 4,19 x 10³ joule, maka 1,15 x 10⁷ joule = 2800 kkal.

Catatan : orang ini memerlukan asupan makanan dengan nilai energi total 2800 kkal atau jika orang ini ingin menurunkan massa badan harus mengurangi energi sebesar 2800 kkal dan sebaliknya jika ingin menambah berat badan.

Hukum II Termodinamika

Pernyataan RJE Clausius (1822-1888) :

Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas menuju benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas.

Pernyataan di atas kemudian dikembangkan menjadi mesin kalor yaitu alat yang mengubah energi termal menjadi kerja mekanik, seperti mesin uap dan mesin mobil.

Mesin nyata menggunakan mesin Carnot dapat mencapai efisiensi 60% – 80%.

Pernyataan Kelvin-Planck :

Tidak ada alat yang efek tunggalnya untuk mengubah sejumlah kalor menjadi kerja seluruhnya.  

(tidak ada mesin yang sempurna efisiensi 100%) = kontradiksi terjadi pada mesin kapal, jika mesin kapal tidak memerlukan reservoar temperatur rendah untuk tempat pembuangan kalor, kapal tersebut dapat berlayar melintasi samudra dengan menggunakan sumber energi dalam dari air laut.

Mesin Pendingin

Cp =

Q       = kalor yang diserap (dari tandon rendah)

W      = usaha yang dilakukan mesin pendingin

 Q_H – Q_L = W, Q_H = kalor yang dilepaskan ke tandon tinggi

W adalah kerja untuk memindahkan kalor dari tandon rendah ke tandon tinggi.