Termo Tanah

Belajar mengenai Termo Tanah & berbagi mengenai Termo Tanah : Hukum - hukum dasar termodinamika sangat diperlukan untuk mengenali keadaan sistem - sistem alami mantap serta memahami bagaimana energi mempengaruhi sistem tersebut. 

Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya  yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

• Sistem terisolasi : tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
• Sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya: 

1. pembatas adiabatik:  tidak memperbolehkan pertukaran panas.
2. pembatas rigid:  tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

• Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

Konsep Termodinamika untuk sistem tertutup, berlaku hukum pertama termodinamika tentang konservasi energi.  Secara umum dapat dinyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan dalam suatu yang bermassa tetap.

Hubungan matematis hukum termodinamika adalah:

dE = dq + dw 

dengan: E: energi dalam

 q : kalor

 w: usaha

         Persamaan  diatas mempunyai arti fisis perubahan energi dalam (dE) suatu sistem tertutup adalah sama dengan jumlah fluks kalor (dq) dan masukan atau keluaran usaha (dw).

        Atau dapat dikatakan bahwa panas yang diserap oleh sistem apapun adalah sama dengan usaha yang dijalankan oleh sistem ditambah dengan perubahan energi dengan sistem secara matematis :

dq = dw + dE 

Energi dalam suatu sistem dapat berujud usaha mekanik , energi kinetik, energi listrik, energi kimia, atau energi materi.

       Energi dalam minimum dicapai setelah keadaan setimbang pada proses- proses takterbalikan yang menyebabkan terjadinya perubahan spontan energi dalam menjadi kalor dan usaha. 

Semua sistem tertutup akan bergerak ke keadaan energi bebas minimum (entalpi maksimum), yang akhirnya menuju ketidak teraturan. Konsep ini tidak berlaku bagi tanah sebagai sistem hidup, yang tetap bersifat sangat beraturan dan kaya energi. Keadaan ini hanya dimungkinkan oleh adanya impor energy dan materi kedalam system tersebut. Sehingga tanah dapat dikategorikan sebagai system alami yang merupakan system terbuka. Oleh karenanya tidak dapat diberlakukan hokum pertama termodinamika pada tanah.

Hukum Kedua Termodinamika

Semua sistem terpencil akan menuju pada keadaan setimbang secara spontan. Hukum kedua termodinamika secara umum yang merupakan konsekwensi dari fakta bahwa pengalihan kalor tidak dapat menentang gradien suhu dengan kata lain kalor tidak dapat beralih dengan proses swalanjut (self sustaining) dari bahan yang lebih dingin ke yang lebih panas (Tejoyuwono,1998)  

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Energi bebas (G) yang terkandung dalam besaran entropi (S) merupakan ukuran dalam melakukan usaha. Dapat pula dikatakan bahwa entropi adalah ukuran pola distribusi energi total sistem dikalangan atom atom penyusunnya. Makin luas distribusinya maka semakin tersebars dan kurang teratur strukturnya sehinnga  tingkat ketersediaan energy untuk melakukan usaha semakin rendah. Jadi entropi dapat dikatakan dengan tingkat keteraturan sistem dan ketersediaan energi (energi bebas) untuk melakukan usaha. Pada system terpencil ds = 0, yang berarti tidak ada perubahan entropi. Sebaliknya dalam proses spontan ds > 0 yang berarti entropi meningkat terus sampai mencapai harga maksimum pada kesetimbangan. Pencapaian gerakan menuju ke entropi maksimum dan energi minimum pada suhu dan tekanan tetap dapat ditaksir dengan rumus:

dG = dH + T.dS

Dengan H adalah entalpi dan T adalah suhu pada Kelvin.   

Persamaan diatas memuat arti bahwa penurunan jumlah energi bebas dalam suatu sistem pada suhu dan tekanan tetap akan menyebabkan kecenderungan  menuju entropi maksimum. Tanda negatife pada entropi mengandung arti bahwa semakin besar atau semakin tinggi tingkat keteraturan system untuk entropi yang makin rendah. Erosi dan segregasi zarah – zarah sedimen menuju keseragaman besar zarah adalah contoh berlangsungnya peningkatan entropi. Tetapi pada sistem tertutup, S dapat mencapai maksimum hanya bila energi tetap, sebaliknya energy dapat mencapai minimum hanya bila S dibuat tetap.

Perubahan entropi dapat diartikan juga sebagai energi yang diserap pada setiap satuan suhu. Persamaannya:

dS = dq/T

Atau dapat ditulis sebagai  dq= -T dS. Sehingga persamaan dapat dituliskan menjadi:

dG = dH-dq

Yang berarti perubahan energi bebas tergantung perubahan entalpi dan fluks kalor. Perubahan negatif energi bebas dapat terjadi bila entropi atau persamaan fluks kalor bersamaan dengan penurunan entalpi. 

Pada proses pembentukan tanah menjadi pedon oleh peristiwa horisonasi dimana terjadi fluks energi dan bahan, tampak konsep yang mengarah pada penurunan entropi. Hal ini mengindikasikan bahwa sistem hisup dan tanah tidak tunduk pada hukum kedua termodinamik, karena hukum kedua ini hanya diterapkan pada sistem terpencil (Tejowuyono 1998).  

Untuk dapat menerapkan hukum pertama dan kedua termodinamika pada sistem terbuka, harus melibatkan lingkungan sistem bersama sistem bersamanya sistemnya sendiri. Perubahan total entropi dalam sistem terbuka adalah:

dS=dS_e + dS_i

Dengan dS_e adalah perubahan entropi karena interaksi system dengan lingkungan dan  dS_e  _i  selalu positif sedangkan dS_e dapat positif atau negatif. Sehinnga positif atau negatifnya perubahan entropi total bergantung pada besarnya  dS_e   .

Proses yang mengarah pada arah timbal balik pada arah energi potensial tinggi untuk sistem terbuka  digerakkan oleh aliran energi kedalam sistem atau oleh degradasi bahan yang memasuki sistem. Sesuai dengan hukum kedua, penurunan entropi sistem harus disertai dengan peningkatan entropi lingkungan. Dengan kata lain entropi mengalir dari sistem terbuka kelingkungan. Dengan kata lain entropi mengalir dari sistem terbuka ke lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

Astono  juli, ngazizah nur. Diktat Kuliah Fisika Lingkungan.Universitas Muhammadiyah Purworejo.2003.

"http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika"

Key word makalah termo tanah, termo tanah.doc, power point termo tanah, materi termo tanah, pengertian termo tanah, contoh termo tanah, aplikasi termo tanah, termodinamika tanah, hukum termodinamika tanah.