Selasa, 29 September 2009

Panas dan Temperatur

Andaikan kita mengambil satu atom besi atau satu molekul air, apakah kita bisa mengukur temperaturnya? Anggap saja alat ukur temperaturnya sudah sangat canggih seperti mikroskop elektron. Untuk menjawab pertanyaan di atas kita harus mengerti dulu apa itu temperatur atau suhu.

Saya lebih suka mengartikan temperatur dengan bahasa seperti ini:
"Temperatur adalah tingkat/ukuran kebringasan atau kebrutalan atau lebih halusnya kelincahan rata-rata dari partikel-partikel penyusun suatu zat".

Di dalam sepotong besi dan benda lainnya atom-atomnya tidaklah sekedar duduk diam bengong terus tidur dan dapat duit, tapi mereka sangat beringas dalam arti sundul atas, injak bawah, sikut kanan kiri, dorong depan belakang. Semakin beringas atom-atomnya maka kita bisa mengatakan semakin tinggi temperaturnya dan semakin malas atom-atomnya berarti temperaturnya rendah. Jadi berapakah temperatur satu atom besi ? Tentu saja satu atom besi tidak bisa diukur temperaturnya sebab temperatur adalah nilai rata-rata.

Oh ya....ukuran kebringasan rata-rata tersebut dibuatkan skala oleh beberapa orang ahli fisika di antaranya Bapak Celcius yang mendifisinikan kebringasan rata-rata molekul air pada saat bentuk padatnya (es) sedang meleleh sebagai 0 derajat Celcius dan pada saat sedang mendidih sebagai 100 derajat celcius. Lalu ada Bapak Kelvin yang mendefinisikan 0 derajat Kelvin ketika molekul zat apapun berhenti total dari segala aktifitasnya alias tidak bergerak sama sekali. Bapak yang lainnya lagi Fahrenheit dan Reamur. Masing-masing skala bisa dikonversi satu dengan yang lainnya.

Termometer badan di rumah menunjukkan skala Celcius tapi kalau buat mengukur suhu badan si kecil kadang bilangnya berapa panasnya, apakah panas sama dengan temperatur ?
Ada peribahasa Jawa "Salah Kaprah bener Ora Lumrah" artinya kesalahan yang sudah terbiasa tapi kalau dibuat jadi benar malah tidak wajar. Contohnya kalimat "membuat segelas kopi" yang benar "membuat segelas seduhan kopi". Begitu juga dengan mengukur panas badan dengan termometer, yang benar adalah mengukur suhu badan bukan panas badan. Sebab panas dan temperatur adalah dua hal yang berbeda namun berhubungan erat.

Panas adalah energi yang terkandung di dalam suatu benda/zat yang bersesuaian dengan temperatur dan jumlah partikel penyusun zat tersebut.

Jadi ingat panas adalah energi sedang temperatur adalah ukuran rata-rata kelincahan partikel dalam zat. Hubungan antara panas dan temperatur adalah sbb:
  • Semakin tinggi temperatur semakin banyak panas terkandung asalkan jumlah partikel penyusunnya sama. Contohnya Besi membara lebih panas dari pada saat tidak membara (besi yang sama).
  • Dua benda yang temperaturnya sama jika jumlah partikel penyusunnya berbeda maka panas keduanya berbeda, yang lebih banyak partikel penyusunnya memiliki panas yang lebih besar. Contohnya air seember lebih panas dari pada air segelas pada suhu yang sama.

CATATAN
  1. Kebringasan/kelincahan adalah suatu gerak yang memiliki energi kinetik. Lebih ilmiahnya temperatur adalah ukuran yang bersesuaian dengan rata-rata energi kinetik partikel-partikel penyusun suatu zat.
  2. Panas berhubungan dengan NKT, di mana N=jumlah partikel/molekul K=suatu konstanta dan T=temperatur absolut.

Kamis, 17 September 2009

Cahaya Matahari Tidak Panas

Cahaya matahari dan cahaya dari sumber lainnya sesungguhnya tidaklah panas, karena cahaya memang bukanlah panas. Cahaya (tampak) adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki rentang panjang gelombang dari Merah sampai violet. Betul bahwa cahaya membawa energi namun energinya bukan dalam bentuk panas tapi dalam bentuk energi gelombang. Panas sendiri adalah tingkat kelincahan molekul-molekul dalam sistem. Makin panas suatu sistem berarti makin lincah gerakan molekul-molekulnya.

Mengapa kita merasakan panas jika terkena cahaya matahari terutama di siang hari ?

Sebutir bola tenis dilempar dan mengenai dinding, akibatnya dinding yang terkena bola itu akan menjadi lebih panas dari sebelum terkena lemparan bola. Sesungguhnya bola yang bergerak mengandung energi Kinetik. Ketika bola itu menghantam dinding, molekul-molekul dinding menyerap sebagian energi bola. Molekul-molekul yang ketambahan energi ini menjadi lebih lincah dan inilah yang menyebabkan panas bertambah. Begitu juga dengan cahaya yang mengenai suatu objek, sebagian energi cahaya akan diserap oleh molekul-molekul benda. Akibatnya benda itu jadi lebih panas. Tubuh kita yang berada di bawah terik matahari juga akan kepanasan karena kulit kita menyerap energi dari cahaya matahari itu. Andai tubuh kita bisa memantulkan 100% cahaya matahari itu maka kita tidak akan pernah merasakan kehangatan sinar matahari itu.

CATATAN:
Saya menggunakan istilah panas di sini hanya untuk memudahkan pengertian saja, sebenarnya yang dimaksud adalah temperatur. Panas dan temperatur adalah dua hal yang berbeda namun sangat berhubungan, akan dijelaskan pada kesempatan lain.

Jumat, 11 September 2009

Proses Spontan

Dulu sewaktu SMA kenangan indah saya adalah panas dingin memikirkan kata-kata "Energi" ,"Kekacauan" dan "proses spontan".
Saya akan bingung ketika guru kimia saya bertanya "Demo mahasiswa itu proses spontan apa tidak ?"
Ketika saya tidak bisa menjawab dan seluruh kelas pun demikian maka jadilah PR. Saya cari di berbagai literatur rumus-rumus kimia mana yang menerangkan demo mahasiswa spontan atau tidak. Apa yang dimaksud dengan proses spontan, apakah ada hubungannya dengan energi dan kekacauan yang istilah kerennya entropi.

Saya baru berfikir bahwa demo mahasiswa dikatakan spontan atau tidak spontan bergantung pada kondisi kesetimbangan energi dan entropi (kekacauan).
Manusia telah menemukan suatu hukum Allah bahwa
1. Suatu sistem cenderung untuk mencapai tingkat energi yang sekecil-kecilnya (energi berkurang)
2. Suatu sistem cenderung untuk menaikan tingkat kekacauannya. (entropi bertambah)
itulah dua kaidah bahwa suatu proses berlangsung secara spontan.

Ketika Nurani mahasiswa tidak bisa menerima keadaan, maka itulah kelebihan energi dan ketika mereka melakukan demo mereka menyalurkan energinya dan itulah proses spontan. Ketika mereka meninggalkan pola-pola keteraturan di kampus dan turun ke jalan tanpa arsitek maupun jalur komando itu juga bisa disebut proses spontan.

Jadi proses spontan adalah suatu proses yang terjadi dengan sendirinya secara alami di mana suatu sistem akan menurunkan tingkat energi sebisanya atau menaikkan tingkat kekacauannya sedapatnya. Dalam suatu reaksi kimia, reaksi bersifat spontan jika
1. Energi tidak berubah dan entropinya positif (kekacauannya meningkat setelah reaksi)
2. Entropi tidak berubah dan energinya negatif (energi berkurang setelah terjadi reaksi)
3. Energi berkurang dan entropinya bertambah.

Contoh proses spontan dalam fisika di sekitar kita misalnya
1. Air mau mengalir dari atas ke bawah (energi air di atas lebih tinggi dari pada di bawah)
2. Gula larut dalam air (dalam larutan kristal gula jadi lebih tidak beraturan)

Dapatkah entropi bergerak menuju ke arah negatif dengan kata lain suatu sistem semakin teratur ?
Atau dapatkah energi sistem bergerak ke arah positif atau energinya bertambah?

Jawabnya adalah dapat, asalkan harus ada campur tangan pihak ketiga jadi prosesnya tidak bersifat spontan. Misalnya air bisa bergerak dari bawah ke atas asalkan ada pompa air yang memindahkannya atau larutan gula dapat dipisahkan dengan proses penguapan.

Dan juga dapatkah proses spontan menaikan energi atau menurunkan entropi sistem?
Jawabnya bisa saja proses spontan menaikkan energi asal disertai dengan peningkatan entropi yang mengimbangi kenaikan energi tersebut, atau proses spontan juga bisa menurunkan entropi asal diimbangi dengan penurunan energi yang sesuai.

Jadi kesimpulannya yang menyebabkan suatu proses bersifat spontan atau tidak adalah berdasarkan pada kesetimbangan energi dan entropi.