Panas itu penting!

Klaim: Panas adalah konsep analitik, Suhu adalah konsep sintetik, dan Kernel Panas adalah Sintetik Apriori

Good Minds - Energy Everywhere: Hot! Heat Energy

“Energy Everywhere: Hot! Heat Energy.” Source: goodminds.com

Selain Matematika saya juga menyenangi beberapa topik di bidang lain, salah satunya adalah topik mengenai Panas dalam ilmu Fisika. Saya secara pribadi saat ini sangat tertarik mempelajari konsep Panas atau Energi Panas, biasanya dalam literatur internasional disebut heat energy atau heat saja. Saya di sini akan menuliskan bagian yang menarik dari konsep tersebut, banyak terinspirasi juga dari buku yang ditulis oleh Emma C. Berne di samping. Buku tersebut enak dibaca dan mengalir, bagi saya sangat mudah untuk mamahmi gambaran ide yang dikemukakan oleh buku tersebut. Kenapa saya sangat tertarik dengan konsep Panas atau energi panas ini? Sederhana sekali, karena Energi Panas menurut saya penting dan universal — intrinsik — di setiap benda ragawi atau material apa saja. Bahkan untuk material yang berada di alam dingin seperti kutub pun memiliki Panas. Benda apa saja tak terkecuali tidak terlepas dari konsep Panas. Namun ada kondisi tertentu untuk suhu nol mutlak/absolut yang harus ada secara konseptual dan kernel Panas. Kedua hal yang terakhir ini akan saya bahas kemudian.

Panas berbeda dengan mengalami panas. Dalam istilah Kant, di sini saya menyebut yang pertama sebagai konsep yang analitik, dan yang kedua konsep sintetik.

Ambilah contoh, saat saya menyentuh PC/laptop yang menyala ia terasa hangat di kulit, atau ketika saya menyentuh radiator rasanya panas, dan saat saya menyentuh air yang keluar dari kran sumur terasa dingin, dan sebagainya. Tanggapan2 demikian bersifat sintetik karena panas adalah konsep yang “baru” yang ditambahkan dari pengalaman kasar saya kepada material yang saya sentuh tadi.

Sekarang, bagaimana dengan orang atau hewan yang hidup dalam kondisi yang jauh lebih dingin dari saya, saat menyentuh hal-hal yang sama? Bagaimana orang atau hewan di kutub yang hidup dalam suhu beku Arktik saat menyentuh hal2 tadi? Persiskah sama dengan apa yg saya rasakan? Semua hal2 tadi mungkin terasa panas karena mereka hidup dalam kondisi yang jauh lebih dingin daripada yang saya lakukan. Karena itu “panas” dan “dingin” adalah istilah relatif yang dapat kita gunakan untuk membandingkan bagaimana benda ragawi atau material itu kita rasakan ketika mereka memiliki ukuran lebih/kurang dari jenis energi tertentu yang kita sebut Panas.

(Catatan Penting: Di sini saya gunakan tanda petik untuk membedakan antara hot dan heat, yang dalam bahasa Indonesia keduanya disebut panas. Panas dengan tanda petik atau “panas” artinya merasa panas; dan dingin dengan tanda petik atau “dingin” artinya merasa dingin. Keduanya merupakan bentuk tanggapan2 yang diturunkan dari pengalaman kasar, bukan panas sebagaimana adanya (ontologis). Ahli bahasa di sini bisa diskusikan istilah yang tepat untuk membedakannya.)

Tapi sebenarnya apa itu Panas, yang sejauh ini saya gunakan sebagai istilah singkat untuk mengatakan Energi Panas? Dalam ilmu Fisika di SMU kita mengetahui bahwa ketika suatu benda ragawi atau material terasa “panas”, ia memiliki banyak Energi Panas; ketika ia terasa “dingin”, ia memiliki lebih sedikit Energi Panas.

Ada hubungan erat antara berapa banyak energi panas yang dimiliki material dengan suhunya. Namun pengertian energi panas dan suhu/temperatur tidak sama dalam ilmu Fisika.

Panas adalah energi yang tersimpan di dalam sesuatu, benda ragawi atau material. Sedangkan suhu adalah ukuran seberapa banyak/sedikit sesuatu mengalami panas, atau ukuran seberapa “panas” atau “dingin” sesuatu. Di tulisan ini saya gunakan istilah Panas untuk energi panas yang dimiliki sesuatu, dan “panas” untuk menunjukan suhu sesuatu.

Suhu material dengan sendirinya tidak memberitahu seberapa banyak energi panas yang dimiliki material. Gunung es di kutub dan es balok di pabrik keduanya memiliki suhu yang lebih kurang sama, tetapi karena gunung es memiliki massa jauh lebih besar daripada es balok, ia berisi miliaran molekul di dalmnya dan ini berarti mengandung energi panas yang lebih besar!

Benda ragawi atau material yang berada dalam kondisi dingin (seperti hewan2 di kutub dan gunung es) bahkan bisa memiliki Energi Panas agak lebih daripada yang mungkin kita perkirakan jika hanya berdasarkan pengalaman kita mengalami panas di negara khatulistiwa ini.

Berikutnya ada sedikit pelajaran Fisika Dasar yang saya dapatkan ketika di bangku kuliah tingkat pertama (waktu itu saya tingkat pertama kuliah di ITB. Tahun/tingkat pertama bernama TPB = Tahap Persiapan Bersama). Ahli fisika di abad 19 seperti Boltzman dan Maxwell menggambarkan Panas sebagai jenis energi kinetik yang disimpan oleh atom dan molekul pada material. Material dapat menyimpan Panas karena atom dan molekul2 di dalamnya berdesak-desakan dan saling menabrak satu sama lain seperti orang2 dalam kerumunan. Ide ini disebut Teori Kinetik Materi.

Menariknya, teori ini membantu memahami kemana energi pergi ketika suhu suatu material meningkat. Jika kita meletakkan panci yang diisi air dingin di atas kompor yang menyala, molekul dalam air akan bergerak di sekitarnya lebih cepat, dan lebih cepat lagi berbanding lurus dengan suhu kompor. Semakin “panas” kompor semakin cepat molekul bergerak dan semakin jauh molekul2 yang berdekatan terpisah. Berikutnya mereka berbenturan dengan molekul2 sekitarnya dan pecah lagi satu sama lain. Pada saat itu, air mendidih dan sebagian berubah menjadi gas: menguap, yaitu berubah menjadi uap.

Es Batu Siap Jual. Sumber : http://www.mediakompilasi.com/2015/06/usaha-kecil-kecilan-saat-ramadhan.html

Es Batu Siap Jual. Sumber : mediakompilasi.com

Apa yang terjadi ketika sesuatu tidak memiliki Panas sama sekali? Misalnya penjual es batu di warung2, mereka masukan air dalam kantong plastik yang diikat ujungnya kemudian mereka simpan di kulkas untuk mendinginkannya. Kulkas akan bekerja dengan sistematis untuk menghilangkan energi panas dari air dalam kantong plastik tadi. Maka ia mulai kehilangan energi panasnya dengan segera. Semakin banyak kehilangan panas, semakin banyak energi kinetik molekulnya hilang, artinya lebih lambat molekul2nya bergerak, dan semakin dekat jarak hubungan mereka. Cepat atau lambat, mereka akan cukup dekat untuk mengunci mereka bersama dalam kristal; cairan dalam kantong plastik tadi berubah menjadi padat, dan siap diambil kalau sewaktu2 ada yang membeli es batu!

Pertanyaan berikutnya, bagaimana jika didinginkan di lemari es yang memiliki kemampuan bisa terus mendinginkan sesuatu hingga semakin dan semakin dingin lagi. Misalnya home freezer dapat menurunkan suhu hingga -10° C s.d. -20° C (14° F hingga -4° F). Tetapi bagaimana dengan pendinginan yang lebih rendah dari itu, menghilangkan energi panas yang lebih lagi? Pada titik akhir temperatur akan berada pada kondisi di mana molekul-molekul air berhenti bergerak karena mereka sama sekali tidak memiliki energi kinetik. Temperatur tersebut = -273,15° C = -459,67° F, dan biasa disebut nol mutlak.

Secara teori, nol mutlak adalah suhu terendah yang dapat dicapai dengan pendinginan paling maksimal. Dalam prakteknya, upaya2 yang telah dilakukan untuk mencobanya masih belum bisa mencapai suhu terendah tersebut. Bisakah? Hampir mustahil secara praktik! Namun ada hal-hal menakjubkan terjadi pada material ketika mendekati nol mutlak. Beberapa material, misalnya, bisa kehilangan hampir semua resistensinya dan menjadi konduktor listrik yang luar biasa, disebut superkonduktor. Ada situs PBS yang menyediakan banyak hal tentang nol mutlak dan hal-hal luar biasa yang bisa terjadi di sana.

Nova | Absolute Zero

Kernel Panas

Melalui konsep nol mutlak, mudah untuk memahami mengapa sesuatu seperti gunung es (yang berada di suhu rendah sekitar 3-4° C atau sekitar 40° F) relatif lebih “panas”. Dibandingkan dengan nol mutlak, segala sesuatu di dunia kita sehari-hari terasa panas karena molekul2nya bergerak dan mereka memiliki setidaknya beberapa energi panas. Segala sesuatu di sekitar kita juga memiliki suhu yang jauh lebih “panas” dari nol mutlak.

Melalui monad nol mutlak ini, konsep Kernel Panas menjadi menarik dipelajari tidak hanya di Fisika tetapi juga di Matematika, terutama dalam kaitannya dengan ruang dan waktu (misalnya, Riemannian Manifold berdimensi n, baik di ruang hiperbolik, eliptik atau Euclidean).

Konsep Kernel Panas ini unik. Tidak seperti kernel di Ilmu Komputer atau OS, yaitu kernel berupa program komputer yang bertugas mengelola I/O (input/output) dari setiap perangkat lunak, dan menerjemahkan setiap system call ke dalam instruksi pemrosesan data untuk CPU dan komponen elektronik lainnya. Ketika proses membuat permintaan dari kernel, permintaan disebut system call.

Tapi Kernel Panas bertugas menerjamahkan input/output energi panas dalam suatu sistem dengan temperatur nol dalam ruang dan waktu sekaligus menetapkan unit awal bagi energi panas. Berikutnya ada yang dinamakan dengan ekspansi kernel panas, saya baca di artikel ini, namun penjelasan di sana sangat teknis.

Intinya Kernel panas ini merupakan bagian yang intrinsik dari perubahan suhu yang kondisi batasnya dibuat tetap pada suhu tertentu (biasanya nol), sehingga unit awal energi panas ditempatkan pada titik pada waktu t = 0.

Persoalan berikutnya adalah penanganan teknis menyangkut notasi2 Matematika dan di tulisan blog ini tidak akan saya bahas. Di sini sudah cukup saya klaim, bahwa Kernel Panas adalah konsep yang sintetik apriori, karena ia dibangun dari kesintetikan “pengalaman” suatu benda ragawi atau material terhadap panas, dan keapriorian monad nol mutlak.

Pertanyaan yang menarik berikutnya, jenis Kernel Panas mana yang akan kita gunkan, adalah pilihan kekekalan geometris (geometric invariants): Hiperbolik, Euclidean, atau semacam “hibrid”. Banyak hal yang akan menarik dari sini berikutnya… dan itulah kenapa sebabnya Panas itu penting!

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s