Hukum Termodinamika

Max Karl Ernst Ludwig Planck
Max Karl Ernst Ludwig Planck

Hukum – hukum termodinamika membicarakan tentang energi di lingkungan kita. Hukum ini menjelaskan tentang bagaimana makhluk hidup dan ekosistem berfungsi. Hukum termodinamika adalah hukum alam (Soemarwoto, 1989) dengan kata lain ketetentuan yang ada di dalamnya adalah mutlak, tidak dapat dibantah. Maka dari itu hukum alam sering disebut dengan

Sunnatullah.

Ada 2 bentuk hukum termodinamika, yaitu Hukum Konservasi Energi (Termodinamika I) dan Hukum Entropi (Termodinamika II).

Hukum termodinamika I

Fikirkan Keteraturan Alam
Fikirkan Keteraturan Alam

”Energi tidak dapat ditambah atau dikurangi, hanya dapat berubah bentuk.

Energi dalam keadaan tetap lestari (conserved)”.

Dalam hukum ini dijelaskan bahwa energi yang berasal dari energi matahari tersebut sesampai di bumi tidak pernah habis dipakai. Sebaliknya energi tersebut akan terus mengalami perubahan menjadi bentuk energi lain. Sebagai contoh untuk memperjelas gambaran,

  1. Sinar matahari yang sampai di bumi merupakan energi panas yang akan memanaskan daratan dan lautan. Daratan memiliki massa yang lebih padat daripada lautan sehingga temperature daratan lebih cepat meningkat dengan waktu pemanasan yang sama dengan lautan. Tempat yang lebih panas memiliki materi yang lebih renggang sehingga tekanan udaranya lebih rendah.“Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah”. Dengan demikian terjadilah aliran udara yang disebut angin. Dan angin tersebut mengalir dari lautan ke daratan (pada siang hari), sehingga disebut angin laut.
  2. Angin yang mengalir menuju daratan tersebut merupakan energi kinetic yang dapat menggerakkan baling – baling turbin.
  3. Energi kinetic dari baling – baling ini nantinya dapat menggerakkan dynamo atau generator listrik, dan terciptalah energi listrik.
  4. Energi listrik ini dapat diubah menjadi bermacam energi yang lain seperti yang terjadi dalam kehidupan kita. E.g. energi suara, energi panas, dan energi lainnya.
  5. Pada kasus lain air laut yang digerakkan oleh angin akan menjadi gelombang. Laut dengan gelombang yang cukup tinggi dapat diubah menjadi sumber tenaga listrik yang dikenal dengan istilah OTEC (Ocean Thermal Energi Conversion).

cara kerja diesel

cara kerja diesel

Selain itu, hukum konservasi juga menjelaskan mengenai perubahan suhu lingkungan. Kita sering mendengar bahwa lingkungan semakin panas dengan semakin berkurangnya jumlah pohon. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan gambaran demikian :

Sinar matahari (SM) merupakan sumber energi yang jatuh dibumi dan kita beri nilai awal 100%. Kemudian kita anggap tempat jatuhnya energi 100% tersebut ke 4 bagian bumi, yaitu hutan, bangunan atau rumah, tanah, dan perairan terbuka. Ada 2 sifat energi yang sampai ke bumi.

Energi terpakai untuk kegiatan dibumi, misal untuk kegiatan tumbuhan seperti transpirasi tumbuhan (TT), atau untuk penguapan air yang disebut dengan evaporasi (Ev).

Energi dipantulkan sebagai radiasi panas, missal pemantulan oleh rumah atau bangunan (RR) dan pemantulan oleh tanah (RT). Lagi – lagi kita permudah gambaran kita dengan membagi rata masing – masing bagian bumi tersebut dengan nilai yang sama, yaitu masing – masing senilai 25%. Sehingga :

SM = TT + Ev + RT + RR ….. (1)

Energi yang dipantulkan hanya berasal dari RT dan RR saja atau senilai 50% (merupakan yang kita rasakan sebagai suhu lingkungan kita) dan sisanya senilai 50%, TT dan Ev adalah energi yang digunakan.

Sekarang saatnya simulasi. Andai kata semua tumbuhan dibabat habis untuk mendirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RR’, dan persamaannya :

SM = RR’ + Ev + RT + RR ….. (2)

Dimana energi yang dipantulkan sekarang berasal dari RT, RR, dan RR’ dengan jumlah total 25% +25% +25% = 75%. Dan andaikan pula setelah semua tumbuhan telah dibabat habis belum sempat didirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RT yang artinya sama dengan persamaan (2) yang menyatakan suhu terasa lebih hangat lagi dibandingkan dengan ketika tumbuhan masih ada di lahan itu.

Simulasi berikutnya, coba anda bayangkan jika perairan kita ditempati oleh kapal – kapal, atau yang lebih mudah jika sebagian perairan menjadi pelabuhan. Maka energi yang semula digunakan untuk penguapan / evaporasi (Ev) sekarang dipantulkan oleh kapal – kapal atau oleh pelabuhan tersebut (RK) yang sama halnya dengan sebuah bangunan, dan persamaannya menjadi :

SM = RR’ + RK + RT+ RR ….. (3)

Sehingga lingkungan dengan pelabuhan dan kapal – kapalnya terasa semakin panas.

Dengan demikian terlihat bahwa konversi tumbuhan dan perairan menjadi perumahan atau lahan terbuka akan menyebabkan naiknya suhu bumi. Dan pelajaran yang kita peroleh adalah bahwa semakin berkurang hutan dan/atau genangan air akan berakibat bumi semakin panas.

Hukum termodinamika II

planck-sizedHukum ini menerangkan bahwa setiap pemakaian suatu bentuk atau unit energi tidak pernah tercapai efisiensi 100%. Dalam proses perubahan satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain selalu menghasilkan sisa yang disebut dengan entropi. Sehingga hukum ini sering disebut sebagai Hukum Entropi yang dalam buku teks berbahasa Inggris disebut dengan istilah The Law of Entropy. Karena entropi menurut kita adalah sesuatu yang sudah tidak terpakai maka entropi tersebut dibuang sebagai limbah. Namun tanpa kita sadari sesungguhnya entopi tersebut masih dapat digunakan. Sebagai contoh, pada saat pembuatan papan dari balok kayu maka entropinya adalah serbuk gergaji. Pada hakekatnya limbah serbuk gergaji ini adalah energi juga yang berarti masih dapat dipakai ntuk proses lainnya, misalnya sebagai bahan bakar.

Untuk contoh lainnya adalah perubahan bentuk energi dari buah mangga.

Ketika kita memakan buah mangga, entropinya berupa kulit dan biji mangga yang lalu kita buang sebagai sampah. Namun bila kulit mangga dan biji ditemukan oleh semut dan hewan herbivore lainnya, biji dan kulit ini merupakan energi bagi mereka. Entropi saat semut memakan kulit mangga ialaah serabut – serabut yang terdiri dari bahan selulosa karena tidak dapat dicerna oleh semut itu sendiri. Serabut dari buah mangga ini merupakan sumber energi pula bagi jamur dan mikrobia tertentu. Dari serat tersebut yang biasanya digunakan oleh jasad renik adalah cairannya sehingga serabut sisa kulit itu seolah menjadi rapuh dan terurai menjadi serbuk yang tidak lain adalah entropi juga. Kahirnya serbuk inipun akan menghilang dari permukaan tenah karena telah dijadikan sumber energi pula oleh bakteri dimana peristiwa hancurnya sampa tersebut disebut dengan istilah pembusukan. Pembusukan demi pembusukan sampah organic akan menghasilkan kompos yang akan digunakan untuk menyuburkan tanah.

Tidak hanya irisan mangga namun juga untuk makanan lain yang kita makan seperti nasi pada akhirnya akan menjadi entropi yang masih dapat digunakan oleh organism lain.

Lebih ringkas dari Hukum Termodinamika II (Law of Entropy) kita dapat memetik 2 hal, antara lain:

  1. Pencemaran selalu terjadi dan tidak dapat dihindari karena adanya limbah atau entopi.
  2. Pencemaran dapat diperkecil karena sesungguhnya entropi itu adalah sisa energi dari suatu proses. Dan karena entropi masih merupakan energi, maka entropi dapat digunakan untuk proses lain (Tandjung, 1992a)

sharris-deptofentropy

Dari penjelasan di atas saya kira cukuplah untuk sekedar memperkenalkan kepada teman – teman tentang bagaimana salah satu dari sekian banyak hukum alam yang berlaku. Dan dari sedikit pengetahuan itu pulalah saya ingin menyarankan kepada teman – teman pembaca agar tidak hanya menjadikan pengetahuan itu hanya sebatas pengetahuan saja, namun alangkah baiknya bukan jika sedikit saja dari kita menyadari akan suara lingkungan yang membujuk kita untuk menyelamatkan mereka, toh demi kita juga.

Then, what?

Lebih bijaksanalah untuk memperlakukan lingkungan yang ada di sekeliling kita, karena pada akhirnya kita dan saudara – saudara kita jugalah yang akan menerima akibatnya entah itu positif atau negative.

Sumber Pustaka : Anonim. 1999. Catatan Kuliah Dasar – Dasar Ilmu Lingkungan. Yogyakarta : Laboratorium Ekologi Fakultas Biologi Universitas Gadjah Mada.