Kenapa udara yang kita tiup lebih dingin dari suhu tubuh?

Sumber : zenius.net
By :Wisnu OPS


Lo pernah nggak sih lagi pengen minup sup, terus karena supnya terlalu panas, lo tiup dulu. Emangnya biar apa sih ditiup? Anak TK juga tau lah ya kalau ini ditiup supaya jadi nggak terlalu panas dan bisa lo minum supnya . Dan lo juga tau lah ya kenapa sup itu akhirnya bisa jadi lebih dingin setelah lo tiup. Yang pasti sih gini: Sup itu panas, sementara udara yang lo tiupkan itu agak dingin, sehingga ketika udara itu bersentuhan dengan sup, bisa membuat sup itu lebih dingin. Sampai di sini masih simple.
Tapi sekarang gue punya pertanyaan nih: Kenapa sih kok udara yang lo tiupkan itu dingin? Nah, di artikel ini, gue mau coba bahas dari segi Fisika kenapa udara yang lo tiupkan itu bisa dingin. Kalau lo penasaran, baca terus yah....

Sebelumnya, gue mau tanya dulu deh. Udara yang kita tiupkan itu kan datang dari paru-paru ya. Nah, sebenernya udara dari paru-paru itu emang sejak awalnya udah dingin atau aslinya dia hangat tapi pas keluar baru berubah menjadi dingin?

Ya hangat lah. Suhu badan kita itu normalnya sekitar . Harusnya sih udara yang keluar suhunya nggak jauh-jauh dari segitu.

 

Lo bisa pastiin jawaban di atas dengan melakukan percobaan sederhana kayak gambar di bawah ini:
Gambar kiri : Lo tiup tangan lo dengan mulut terbuka lebar. Hangat kan?
Gambar kanan : Lo tiup tangan lo dengan mulut terbuka sedikit. Sekarang jadi lebih dingin.
Jadi kalau kita meniup dengan mulut terbuka lebar, suhu udaranya hangat. Kira-kira ini nggak jauh lah dengan suhu tubuh. Tapi pas niup dengan mulut terbuka sedikit, suhunya jadi dingin. kok bisa jadi dingin yah? Nah, untuk bisa mengerti ini, kita akan bahas sedikit tentang Termodinamika nih.

Hukum Termodinamika Yang Pertama

Hukum Termodinamika yang pertama itu bisa dirangkum dalam satu rumus, yaitu . Tapi untuk lebih jelasnya, lihat gambar di bawah ini aja deh:

Dari gambar di atas, coba jawab pertanyaan ini: Sebuah gas menerima kalor sebesar 1000 joule, kemudian melakukan usaha sebesar 300 joule. Berarti berapa perubahan Energi Dalamnya?

Energi kalor yang masuk ke sistem itu (). Usaha yang dilakukan gas itu (). Berarti perubahan energi dalam sistem adalah ().

 

Usaha yang dilakukan oleh Gas (W)

Berikutnya, setelah lo tau hukum termodinamika, lo harus lihat apakah gas melakukan usaha atau enggak. Mungkin lo udah tau kalau usaha itu bisa dicari dengan persamaan (gaya x perpindahan). Sebenernya itu nggak tepat-tepat amat sih. Karena persamaan itu hanya berlaku untuk yang konstan. Kalau -nya berubah-ubah, persamaan yang lebih generalnya adalah .
Terus kalau lo inget bahwa , lo bisa utak-atik sedikit rumus barusan menjadi begini:

(versi tekanan konstan)

(versi yang lebih general)

Nah, sekarang coba lo pikirin dikit. Ketika lo meniup dengan mulut terbuka sedikit, kira-kira udara yang keluar dari mulut lo itu melakukan usaha atau enggak?

Yeap. Udara melakukan usaha. Karena ketika lo meniup dengan mulut yang terbuka sedikit. Udara yang lo tiup itu agak termampatkan. Sehingga ketika udaranya keluar dari mulut lo, dia langsung mengembang atau volume gasnya membesar. Ini sebabnya gue nunjukin rumus di atas. Dari rumus itu, lo bisa lihat kalau volume membesar (ada ), maka gas melakukan usaha.

Atau gue bikin animasinya deh…

Yang kiri, volume udara ga mengembang. Sementara yang kanan, volume udara mengembang setelah keluar dari mulut. Kalau volume mengembang, berarti udara/gas melakukan usaha. Proses ini kalau kita gambarin grafiknya itu begini:

Ini adalah grafik P-V (tekanan terhadap volume gas). Usaha (W) itu adalah luas di bawah kurva. Dari gambar di atas kelihatan kalau usahanya nggak nol karena gas mengembang dari ke .

Gas tersebut menerima Kalor dari luar nggak ya?

Persamaan Termodinamika tadi kan begini ya: . Kita udah bahas bagian usaha. Sekarang gimana dengan bagian kalornya: Udara yang keluar dari mulut itu menerima kalor dari luar sistem nggak yah?
Nah, sebenernya mungkin dia menerima sih. Tapi kayaknya itu kecil banget. Kenapa?
(1)    Udara itu isolator kalor yang baik. Jadi susah banget transfer kalor melalui udara.
(2)    Prosesnya ini berlangsung sangat cepat. Nggak sempet ada perpindahan kalor.
Jadi bisa dibilang bahwa pada sistem ini, kalor yang diterima sistem itu nggak ada deh. So....

Gimana dengan Perubahan Energi dalamnya?

Okay, usaha jelas ada, tapi kalor nol. Kalau gitu persamaan bisa kita sederhanain dong? Tinggal kita masukin aja , didapatlah persamaan ini:

Wow... berarti perubahan energi dalamnya negatif nih (karena nilai udah pasti positif). Artinya, udara yang keluar dari mulut itu mengalami penurunan energi dalam.

Kalau Energi Dalam turun, terus kenapa?

Inget kalau energi dalam suatu gas itu hubungannya dengan suhu dari gas tersebut. Persamaannya gini:

(untuk gas monoatomik)

(untuk gas diatomik)

Berhubung nilai (jumlah partikel) nggak berubah, dan nilai (konstanta Bolztmann) juga pasti nggak berubah, berarti yang pasti berubah cuma nilai aja.
Jadi kalau energi dalamnya turun, suhu gas tersebut pasti turun.
Nah, itu lah sebabnya kalau lo meniup dengan mulut terbuka sedikit, udara yang keluar dari mulut lo itu agak dingin. Proses Termodinamika yang kayak gini ada namanya by the way, namanya proses Adiabatik. Ada juga yang nyebutnya Adiabatis. Tapi kalau menurut KBBI sih yang bener itu Adiabatik.
So, kalau kita rangkum, kira-kira penjelasannya gini:

• Kenapa udara yang kita tiupkan itu dingin (lebih dingin dibanding suhu badan kita)? Karena udara yang kita tiupkan mengalami penurunan energi dalam ().
• Kenapa energi dalamnya turun? Karena udara tersebut melakukan usaha (W) dan udara menerima tidak menerima kalor dari lingkungan ().
• Kenapa udara tersebut melakukan usaha? Karena udara tersebut mengembang ketika keluar dari mulut.
• Tau dari mana bahwa udara tersebut tidak menerima kalor dari lingkungan? Soalnya udara itu isolator (sulit menghantar kalor). Terus karena prosesnya cepet, nggak sempet ada pertukaran kalor.

* * *

Okay, kira-kira gitu deh ceritanya kenapa tiupan lo itu ampuh banget untuk mendinginkan sup yang terlalu panas tadi. Nah, kalau lo pengen ngetes apakah lo udah beneran paham sama apa yang ditulis di artikel ini, coba deh lo ceritain ke salah satu temen lo gimana proses adiabatik yang terjadi ketika lo meniup sup. Semoga aja temen lo itu agak sabar dengerinnya :p

Kalau lo semua mau liat artikel keren yang pasti juga mendidik lainnya  , liat aja selengkapnya di blog zenius. Dijamin deh bakal ketagihan.  Dan bukan hanya blognya , cara belajarnya juga gak kalah keren, termasuk juga kakak kakak tutor zenius yang ganteng dan cantik cantik .