Metabolisme dan Hukum Pertama Termodinamika

Apabila Anda melakukan kerja, seperti berjalan, berlari, atau mengangkat benda, maka Anda membutuhkan energi. Energi juga dibutuhkan untuk pertumbuhan, yaitu untuk membuat sel-sel baru dan mengganti sel-sel lama yang telah mati. Banyak proses perubahan bentuk energi yang terjadi dalam satu organisme, dan proses ini disebut sebagai metabolisme.

Metabolisme adalah istilah yang dipakai untuk mengidentifikasikan perubahan yang terjadi dalam kehidupan organisme yang bernyawa. Dalam arti luas, metabolisme sinonim dengan jumlah total reaksi kimia atau fisika yang diperlukan untuk kehidupan. Metabolisme juga dipakai dalam batasan untuk menunjukkan serangkaian reaksi dari tipe-tipe makanan (food stuff) atau derivatnya.

Terdapat perubahan bentuk energi berkelanjutan dalam tubuh ketika bekerja ataupun tidak. Kita dapat menerapkan hukum termodinamika pertama, ΔU = Q – W untuk semua organisme. Dimana ΔU adalah perubahan cadangan energi, Q adalah kalor yang hilang atau diperoleh , dan W adalah kerja yang dilakukan oleh tubuh dalam berbagai kegiatan. Jika hasilnya tidak berupa penurunan energi dalam tubuh (dan temperatur), energi harus ditambahkan untuk mengimbangi kekurangan energi. Energi dalam tubuh tidak dipertahankan oleh aliran kalor Q ke dalam tubuh. Biasanya, temperatur tubuh lebih tinggi dari lingkungannya, sehingga kalor mengalir keluar tubuh. Bahkan pada hari yang sangat panas ketika kalor diserap, tubuh tidak menggunakan kalor ini untuk menunjang proses vitalnya. Dengan demikian yang menjadi sumber energi adalah energi dalam (energi kimia) yang tersimpan dalam makanan. Pada sistem tertutup, energi dalam berubah hanya sebagai hasil aliran kalor atau kerja yang dilakukan.

Pada sistem terbuka, seperti hewan, energi dalam mengalir ke dalam atau keluar sistem. Ketika kita menyantap makanan, maka energi dalam masuk ke dalam tubuh kita, kemudian menaikkan energi dalam total U pada tubuh. Energi ini akhirnya dipakai untuk kerja dan aliran kalor dari tubuh menurut hukum pertama. Laju metabolisme adalah laju perubahan energi dalam pada tubuh menjadi kalor di dalam tubuh. Proses ini disebut sebagai laju metabolisme. Laju metabolisme dinyatakan dalam kJ/jam atau dalam J/s (watt). Laju metabolisme dapat mencapai nilai terendah 250-300 kJ/jam. Seseorang yang berjalan dengan tenang memiliki laju metobolisme sebesar 900 kJ/jam. Jika fisik seseorang tidak sehat, laju metabolism enya dapat mencapai 6000 kJ/jam atau lebih selama beberapa menit aktivitas berat.

Perubahan wujud zat

Perubahan wujud zat digolongkan menjadi enam peristiwa sebagai berikut:

1. Membeku

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi padat. Dalam peristiwa ini zatmelepaskan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu air yangdimasukkan dalam freezer akan menjadi es batu, lilin cair yangdidinginkan.

2. Mencair

Peristiwa perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Dalam peristiwa inizat memerlukan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu pada batu esyang berubah menjadi air, lilin yang dipanaskan.

3. Menguap

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa ini zatmemerlukan energi panas. Contohnya air yang direbus jika dibiarkan lama-kelamaan akan habis, bensin yang dibiarkan berada pada tempat terbukalama-lama juga akan habis berubah menjadi gas.

4. Mengembun

Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi cair. Dalam peristiwa ini zatmelepaskan energi panas. Contoh mengembun adalah ketika kitamenyimpan es batu dalam sebuah gelas maka bagian luar gelas akan basah,atau rumput di lapangan pada pagi hari menjadi basah padahal sore harinyatidak hujan

5. Menyublim

Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa ini zatmemerlukan energi panas. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus(kamper) yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.

6. Pemuaian dan Penyusutan

Pemuaian dan Peyusutan Setiap benda (padat, cair dan gas) akanmemuai jika dipanaskan. Memuai adalah bertambahnya ukuran benda.Contoh peristiwa pemuaian yang terjadi dalam peristiwa sehari - hari :a. Pemuaian pada benda padat Salah satu contoh pemuaian pada benda padat adalah sambungan pada rel kereta. Sambungan rel kereta dibuatrenggang. Hal ini bertujuan untuk memberi ruang muai apabila relkereta api terkena panas.Penyusutan adalah kebalikan dari pemuaian. Contoh peristiwa pemuaian benda dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut : a.Penyusutan pada benda padat. Salah satu contoh penyusutan pada benda padat adalah keadaan kabel telepon pada pagi hari jika dibandingkandengan siang hari. Kabel telepon pada siang hari mengendur dan pada pagi hari esoknya akan mengencang, hal itu karena pada sore hari danmalam harinya ada penurunan suhu

Pemuaian Zat Cair dan Gas

Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Anomali Air

Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.

Pada suhu 4ºC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0ºC – 4ºC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4ºC ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda. Lakukan kegiatan berikut untuk menyelidiki kecepatan pemuaian pada berbagai macam zat cair.

Pemuaian pada Gas

Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.

Pemuaian pada gas adalah pemuaian volume yang dirumuskan sebagai

γ adalah koefisien muai volume. Nilai γ sama untuk semua gas, yaitu 1/273 ºC^-1

Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu:

a. pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),

b. pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), dan

c. pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik).

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)

Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual. Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil. Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai:

 Keterangan:

P = tekanan gas (atm)

V = volume gas (L)

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)

Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai:

Keterangan:
V = volume (L)

T = suhu (K)

3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)

Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai

Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan 

Keterangan:
P = tekanan (atm)

V = volume (L)

T = suhu (K)

Pemuaian

Pemuaian adalah volume suatu benda yang bertambah luas, panjang atau lebar karena terkena panas. Pemuaian tiap-tiap benda berbeda, tergantung suhu di sekitar dan koefisien muai atau daya muai benda tersebut. Benda tersebut akan mengalami : a. Muai panjang apabila benda itu hanya memiliki ukuran panjang saja, b. Muai luas terjadi pada benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang & lebar, c. Muai volume terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar, & tinggi. Jadi pemuaian adalah suatu pertambahan panjang dan lebar suatu benda yang disebabkan oleh kalor (panas). 

Pemuaian zat padat 

a. Pemuaian panjang 

Koefisien muai panjang didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang zat ( l), untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu ( T) 

 b. Pemuaian luas
 Koefisien muai luas suatu zat ( ) adalah perbandingan antara pertambahan luas zat ( A) dengan luas semula (Ao), untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu ( T).

c. Pemuaian volume 

Koefisien muai volume suatu zat ( ) adalah perbandingan antara pertambahan volume ( V) dengan volume semula (Vo), untuk tiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu ( T).

Tabel. Koefisien berbagai jenis bahan

SKALA SUHU

Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01 °C).

Rumus konversi suhu kelvin


Satuan dasar untuk suhu (temperature) pada sistem Inggris didefinisikan sebagai Rankin. Antara derajat Fahrenheit (oF) dan Rankin mempunyai hubungan yaitu 0°R = -460 oF. Derajat suhu mutlak (temperature absolut) yaitu Rankin, karena tidak mungkin ada suhu lebih dingin daripada 0°R.

1. Termometer Celcius
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 100. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 100 skala.

2. Termometer Reamur
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.

 3. Termometer Fahrenheit
Titik lebur es diberi angka 32, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 180 skala.

 4. Termometer Kelvin
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.

Perbandingan pembagian skala C, R, dan F C : R : F = 100 skala : 80 skala : 180 skala atau
C : R : F = 5 : 4 : 9

Suhu dalam skala derajat Celcius menunjukkan angka 30oC. Berapakah angka yang ditunjukkan dalam skala derajat :
Reamur ?
 Fahrenheit ?
 Kelvin ?

a. Hubungan antara C dengan R C : R = 5 : 4
b. Hubungan antara R dengan F R : (F-32) = 5 : 9
c. Hubungan antara C dan F C : (F-32) = 4 : 9 d. Hubungan antara C dengan K

Membuktikan Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac

Robert Boyle ialah seorang ilmuwan Fisika berkebangsaan Inggris. Melalui usaha dan kerja kerasnya, ia berhasil menemukan pompa vakum. Ia pun menemukan Hukum Boyle berdasarkan penelitian yang dilakukan dengan cermat dan teliti pada gas. Hukum Boyle banyak diterapkan dalam teknologi dan telah memberikan banyak manfaat dalam kehidupan manusia.

Agar Anda dapat lebih memahami Hukum Boyle dan Hukum Gay- Lussac, lakukanlah kegiatan Percobaan Fisika Sederhana 1 :

Percobaan Fisika Sederhana 1

Membuktikan Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac

Alat dan Bahan :

1. Bola tembaga dengan katup dan alat pengukur tekanan
2. Alat pengisap
3. Pembakar bunsen
4. Gelas kimia
5. Penyangga kaki tiga
6. Termometer
7. Beban dan jangka sorong
8. Klem dan statip

Prosedur :

A. Percobaan Gay-Lussac

1. Susunlah alat-alat percobaan, seperti terlihat pada gambar.

2. Bukalah katup, kemudian tutuplah katup pada bola tembaga pada suhu kamar. Catatlah nilai tekanan gas di dalam bola tembaga yang ditunjukkan oleh alat pengukur tekanan. Catatlah kedua nilai besaran tersebut ke dalam tabel berikut.

3. Benamkan bola tembaga ke dalam air es. Pastikan jumlah es yang terdapat di dalam gelas kimia cukup banyak sehingga dicapai suhu stabil sistem antara 0 –10° C. Pastikan juga bahwa bola tembaga tidak menyentuh dasar gelas kimia dan air es menutupi seluruh bola tembaga.

4. Masukkan termometer ke dalam gelas kimia (perhatikan agar termometer tidak menyentuh bola tembaga dan dasar gelas kimia).

5. Setelah temperatur stabil, catatlah nilai temperatur dan tekanan tersebut ke dalam tabel.

6. Nyalakanlah pembakar bunsen. Kemudian, catatlah nilai tekanan dan temperatur untuk setiap kenaikan tekanan yang ditunjukkan oleh alat pengukur tekanan.

7. Lakukanlah langkah ke-6 sampai air di dalam gelas kimia mendidih.

8. Bagaimanakah hubungan antara suhu dan tekanan yang Anda peroleh dari data pengamatan?

9. Sesuaikan hasil data pengamatan Anda dengan Hukum Gay-Lussac? Jika tidak sesuai, dapatkah Anda menjelaskan bagian apa yang menyebabkan timbulnya perbedaan tersebut? Diskusikanlah dengan teman-teman kelompok dan guru Fisika Anda.

B. Percobaan Boyle

1. Dalam percobaan Boyle ini, digunakan pompa yang memiliki katup yang dapat ditutup. Sejumlah gas yang telah ditentukan banyaknya, terperangkap di dalam pompa. Temperatur gas selalu sama dengan temperatur kamar, sedangkan tekanan gas diubah dengan cara menggantungkan beban yang berbeda-beda pada silinder pompa.

2. Bukalah katup di ujung pompa, kemudian aturlah pompa agar menunjukkan volume udara sebesar 9 cm³. Tutuplah katup pompa. Catatlah tekanan dan volume gas pada tabel berikut.

Oleh karena tekanan gas yang diperhitungkan dalam percobaan ini adalah tekanan netto gas, Anda dapat menganggap tekanan udara luar pada keadaan awal gas adalah nol.

3. Tambahkan beban 200 g ke dalam pengisap. Bacalah volume gas dalam pengisap. Catatlah massa dan volume tersebut ke dalam tabel di atas.

4. Lakukanlah langkah k-3 hingga massa beban mencapai 1,6 kg.

5. Hitunglah tekanan di dalam pengisap dengan cara membagi gaya yang diberikan pada pengisap dengan luas penampang pengisap.

6. Ukurlah diameter pengisap menggunakan jangka sorong, kemudian hitunglah luas penampang pengisap tersebut.

7. Bagaimanakah hubungan antara tekanan dan volume pada percobaan tersebut?

8. Sesuaikah hasil data pengamatan Anda dengan Hukum Boyle?

Hukum-Hukum tentang Gas

Teori kinetik gas membahas hubungan antara besaran-besaran yang menentukan keadaan suatu gas. Jika gas yang diamati berada di dalam ruangan tertutup, besaran-besaran yang menentukan keadaan gas tersebut adalah volume (V), tekanan (p), dan suhu gas (T). Menurut proses atau perlakuan yang diberikan pada gas, terdapat tiga jenis proses, yaitu isotermal, isobarik, dan isokhorik. Pembahasan mengenai setiap proses gas tersebut dapat Anda pelajari dalam uraian berikut.

a. Hukum Boyle

Perhatikanlah Gambar 1. berikut.

Suatu gas yang berada di dalam tabung dengan tutup yang dapat diturunkan atau dinaikkan, sedang diukur tekanannya. Dari gambar tersebut dapat Anda lihat bahwa saat tuas tutup tabung ditekan, volume gas akan mengecil dan mengakibatkan tekanan gas yang terukur oleh alat pengukur menjadi membesar. Hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) suatu gas yang berada di ruang tertutup ini diteliti oleh Robert Boyle.

Saat melakukan percobaan tentang hubungan antara tekanan dan volume gas dalam suatu ruang tertutup, Robert Boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperatur pada gas (isotermal). Dari data hasil pengamatannya, Boyle mendapatkan bahwa hasil kali antara tekanan (p) dan volume (V) gas pada suhu tetap adalah konstan. Hasil pengamatan Boyle tersebut kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan :

pV = konstan                                        (1–1)

atau

p₁V₁ = p₂V₂                                         (1–2)

Dalam bentuk grafik, hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) dapat dilihat pada Gambar 2.

b. Hukum Gay-Lussac

Gay-Lussac, seorang ilmuwan asal Prancis, meneliti hubungan antara volume gas (V) dan temperatur (T) gas pada tekanan tetap (isobarik). Perhatikanlah Gambar 3.

Misalnya, Anda memasukkan gas ideal ke dalam tabung yang memiliki tutup piston di atasnya. Pada keadaan awal, gas tersebut memiliki volume 4 m³ dan temperatur 300 K.

Jika kemudian pemanas gas tersebut dimatikan dan gas didinginkan hingga mencapai temperatur 225 K, volume gas itu menurun hingga 3 m³. Jika Anda membuat perbandingan antara volume terhadap suhu pada kedua keadaan gas tersebut (V/T) , Anda akan mendapatkan suatu nilai konstan (4/300 = 3/225 = 0,013).

Berdasarkan hasil penelitiannya mengenai hubungan antara volume dan temperatur gas pada tekanan tetap, Gay-Lussac menyatakan Hukum Gay-Lussac, yaitu hasil bagi antara volume (V) dengan temperatur (T) gas pada tekanan tetap adalah konstan.

V/T = Konstan       (1–3)

atau

V₁/T₁ = V₂/T₂       (1–4)

c. Hukum Charles

Seorang ilmuwan Perancis lainnya, Charles, menyatakan hubungan antara tekanan (p) terhadap temperatur (T) suatu gas yang berada pada volume tetap (isokhorik). Hasil penelitiannya kemudian dikenal sebagai Hukum Charles yang menyatakan hasil bagi tekanan (p) dengan temperatur (T) suatu gas pada volume tetap adalah konstan.

Persamaan matematis dari Hukum Charles dinyatakan dengan :

P/T = Konstan                   (1–5)

atau

p₁/T₁ = p₂/T₂                         (–6)

d. Persamaan Keadaan Gas Ideal

Pada proses isobarik, tekanan gas tetap, sedangkan volume dan temperatur gas berubah. Demikian juga dalam proses isokhorik dan isotermal, terdapat satu variabel atau besaran gas yang berada dalam keadaan tetap, sedangkan kedua variabel gas lainnya berubah. Bagaimanakah jika ketiga besaran yang menyatakan keadaan gas tersebut (tekanan, volume, dan suhu) berubah?

Dari ketiga hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas yang didapatkan dari Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac dapat diturunkan suatu persamaan yang disebut persamaan keadaan gas ideal. Secara matematis, persamaan keadaan gas ideal dinyatakan dengan persamaan :

PV/T = Konstan               (1–7)

atau

p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂          (1–8)

Oleh karena setiap proses yang dilakukan pada gas berada dalam ruang tertutup, jumlah molekul gas yang terdapat di dalam ruang tersebut dapat ditentukan sebagai jumlah mol gas (n) yang jumlahnya selalu tetap. Anda tentu sudah mengetahui bahwa mol adalah suatu besaran yang digunakan untuk menyatakan massa suatu zat dalam gram yang besarnya sama dengan jumlah molekul zat tersebut. Dengan demikian, persamaan keadaan gas ideal dapat dituliskan menjadi :

pV/T = nR                     (1–9)

atau

pV = nRT                      (1–10)

dengan : 

n = jumlah mol gas,

R = tetapan umum gas = 8,31 × 10³ J/kmolK (SI) = 8,31 J/molK,

p = tekanan (N/m²),

V = volume (m³), dan

T = temperatur (K).

Dari definisi mol zat yang menyatakan bahwa :

jumlah mol = massa / massa relatif molekul

atau

n = m / Mr

Persamaan (1–10) dapat dituliskan menjadi :

pV = (m/Mr) RT                       (1–11)

Anda telah mempelajari bahwa massa jenis suatu zat adalah perbandingan antara massa dengan volume zat tersebut. Oleh karena itu, dari Persamaan (1–11) dapat diperoleh persamaan massa jenis gas :

ρ = m/V = p Mr/RT                  (1–12)

Menurut prinsip Avogadro, satu mol gas mengandung jumlah molekul gas yang sama. Jumlah molekul gas ini dinyatakan dengan bilangan Avogadro (NA) yang besarnya sama dengan 6,02 × 10²³ molekul/mol. Dengan demikian, Persamaan (1–12) dapat dinyatakan menjadi :

pV = (N/N_A) RT

atau

pV = N(R/N_A) T                      (1–13)

dengan: 

N = Banyak partikel gas, dan

N_A = Bilangan avogadro = 6,02 × 10²³ molekul/mol

Oleh karena nilai pada Persamaan (1–13) merupakan suatu nilai tetapan yang disebut konstanta Boltzmann, k, di mana k = 1,38 × 10^-23 J/K maka persamaan keadaan gas ideal dapat juga dituliskan menjadi persamaan berikut.

pV = NkT                                 (1–14)

Hubungan Termodinamika Dengan Mekanika Statistik

Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2". Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, 

pers.(1): S = k log w 

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati. Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah,

pers. (2): W1 = c V 

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah,

 pers.(3):w = w1N = (cV)N. 

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

Tokoh Ilmuwan Penemu Termodinamika

1. Benjamin Thompson 

Benjamin Thompson atau 'Count Rumford' (1753 – 1814) adalah penemu, ilmuwan, negarawan, dan tentara terkenal kelahiran Amerika. Benjamin Thompson dilahirkan di Woburn Utara, Massachusetts pada tanggal 26 Maret 1753 beragama Anglican. Ayahnya adalah seorang petani dan meninggal ketika Benjamin Thompson berumur 2 tahun. Ibunya, Ruth Simonds menikah lagi dengan Josiah Pierce pada bulan Maret 1976. Di masa kecilnya, Benjamin Thompson memiliki keterbatasan untuk sekolah sehingga dia lebih banyak belajar sendiri dan kemudian mendapat banyak pengetahuan dari teman dan kenalannya. Pada usia 13 tahun, Benjamin Thompson mulai melakukan beberapa pekerjaan seperti menjadi juru tulis seorang importer, pedagang bahan kering dan kemudian magang di Doctor John Hay of Woburn, dimana Thompson mendapatkan banyak pengetahuan tentang ilmu medis. Bakat Thompson dalam bekerja dengan alat mekanis dan kemampuan bahasanya yang sangat baik membuat John Fowle, salah satu guru lulusan Harvard, membantunya untuk belajar dengan Professor John Winthrop di Harvard. Pada tahun 1772, Thompson meninggalkan kota kelahirannya dan mengajar di salah satu sekolah di Bradford, Massachusetts sambil mempelajari ilmu pengetahuan pada Samuel Williams. Tidak beberapa lama kemudian, Thompson berpindah mengajar di Concord, New Hampshire atas undangan dari Timothy Walker. Di sana Benjamin Thompson hidup menumpang dan kemudian menikahi anak dari tuan rumahnya, Sarah Walker Rolfe yang merupakan janda kaya di daerah Concord. Istrinyalah yang memperkenalkan Thompson pada Gubernur Wentworth dari New Hampshire dan mengangkatnya menjadi mayor di New Hampshire Militia. Pada saat revolusi Amerika meledak, Thompson diajak bergabung dengan Amerika untuk melawan Inggis karena dia memiliki hubungan penting dengan pemerintah Inggris namun dia menolak. Benjamin Thompson meninggalkan keluarganya di Amerika pada tahun 1974 dan bergabung dengan pemerintah Britania Raya (Inggris) sebagai penasihat Jenderal Thomas Gage. Tahun 1776, Thompson bekerja sebagai juru tulis di Sekretariat Negara kemudian jabatannya terus naik menjadi Sekretaris Provinsi Georgia, dan pada tahun 1779 Benjamin Thompson menjadi salah satu anggota Royal Society. Selain politik, dunia militer juga digeluti oleh Benjamin Thompson. Benjamin Thompson pernah menjabat sebagai letnan kolonel pasukan Britania Raya dan mendapatkan gelar kesatrian dari Raja George III. Pada tahun 1785, Benjamin Thompson bergabung bersama pasukan Austria untuk melawan Turki dan di sana dia berkenalan dengan Pangeran Maximillian dari Bavaria yang mengundangnya untuk tinggal Bavaria. Thompson tinggal di Bavaria selama beberapa tahun untuk memimpin pasukan Bavaria yang kurang mendapatkan perhatian dan penghidupan yang layak, kemudian membuat perubahan besar di daerah tersebut. Para tentara diberi bayaran lebih tinggi, dibuatkan sarana rekreasi, dan diberikan pendidikan gratis baik untuk tentara maupun anak-anak mereka. Benjamin Thompson juga memberikan penghasilan kepada pengemis jalanan dengan mempekerjakan mereka untuk menjahit pakaian tentara Bavaria yang kurang layak pakai.

Pada tahun 1971, Benjamin Thompson dianugerahi gelar Count of the Holy Roman Empire. Di samping mengurusi masalah politik dan militer, Thompson juga aktif meneliti berbagai hal, terutama bidang Fisika. Sekitar tahun 1975, Benjamin Thompson meneliti tentang gaya pada bubuk mesiudan membangun sistem sinyal kelautan yang baru bagi tentara Inggris. Kontribusinya yang terbesar pada dunia Fisika adalah pemikirannya tentang teori kalor. Pada akhir abad ke-18, teori kalori yang dipercaya adalah bahwa kalor merupakan fluida yang dapat mengalir ke dalam tubuh ketika dipanaskan dan mengalir keluar ketika didinginkan.Saat meneliti tentang bubuk mesiu, Benjamin Thompson menemukan adanya penyimpangan atau anomali yang tidak dapat dijelaskan dengan teori kalori. Di dalam laporannya kepada Royal Society yang berjudul "An Experimental Enquiry concerning the Source of Heat excited by Friction" (1798), Benjamin Thompson mengajukan suatu teori baru yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor tersebut merupakan suatu bentuk gerak. Teori tersebut berhasil memberikan penjelasan mengapa panas yang dihasilkan dari gesekan peluru meriam (bubuk mesiu) tidak akan pernah habis. Peristiwa itu tak dapat dijelaskan dengan teori kalori terdahulu. Di dalam laporan tersebut terdapat perhitungan jumlah kuantitas kalor yang diproduksi oleh energi mekanis. Teori yang dikemukakan Thompson bertentangan dengan teori kalori yang terdahulu dan banyak orang pada saat itu yang tidak yakin dengan Thompson hingga James Maxwell mengemukakan teori kinetik kalor pada tahun 1871. Penemuan-penemuan Thompson lainnya adalah kompor, oven, ketel ganda, dan pakaian penahan panas, serta mengembangkan cerobong asap dan tungku perapian yang ada. 

Pada tahun 1804, Thompson menetap di Paris dan menikah dengan Madame Lavoisier, janda seorang ahli kimia Perancis, Antoine Lavoisier. Pernikahan tersebut hanya bertahan beberapa tahun dan pada 1807 Benjamin Thompson pensiun dan menetap di desa Auteuil dekat Paris. Thompson menjadi anggota Institusi Nasional Perancis sebagai dan secara rutin berkontribusi dalam berbagai pertemuan dan debat ilmu pengetahuan.Penghargaan yang pernah diraihnya adalah Copley Medal. Setelah perceraiannya, Thompson dirawat oleh anak perempuannya hingga pada tanggal 21 Agustus 1814, Benjamin Thompson meninggal di Auteuil, Paris pada usia 61 tahun. Dibangun Monumen Benjamin Thompson di English Garden.

2. Jacobus Henricus van 't Hoff Jacobus Henricus 

van 't Hoff adalah kimiawan fisika dan organik Belanda dan pemenang Penghargaan Nobel dalam Kimia pada 1901 Penelitiannya pada kinetika kimia, kesetimbangan kimia, tekanan osmotik dan kristalografi diakui sebagai hasil karya utamanya. Jacobus juga mendirikan bidang ilmu kimia fisika, ia juga dianggap sebagai salah satu kimiawan terbesar sepanjang masa bersama kimiawan Perancis Antoine Lavoisier, Louis Pasteur dan ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler. Ia lahir di Rotterdam, Belanda 30 Agustus 1852, anak ke-3 dari 7 bersaudara Jacobus Henricus van 't Hoff, seorang dokter dan Alida Jacoba Kolff. Pada 1869 memasuki Universitas Teknologi Delft dan menerima gelar diploma dalam teknologi pada 1871.Setelah menghabiskan masa setahun di Leiden, terutama untuk matematika, ia pindah ke Bonn untuk bekerja dengan Kekule von Stradonitz 1872 - 1873; lalu dilanjutkan di Paris dengan C.A. Wurtz, saat ia menempuh sebagian besar kurikulum antara 1873- 1874. Ia kembali ke Belanda pada 1874 mendapat gelar doktor bersama E. Mulder di Utrecht. Pada 1876 ia menjadi dosen di Fakultas Kedokteran Hewan di Utrecht dan meninggalkan kedudukan ini untuk jabatan yang sama di Universitas Amsterdam tahun berikutnya.

. Pada 1878 menjadi Guru Besar Kimia, Mineralogi, dan Geologi. Setelah menjabat selama 18 tahun ia menerima undangan ke Berlin sebagai Profesor Kehormatan dan keanggotaan di Akademi Ilmu Pengertahuan Kerajaan Prusia. Alasan perubahan ini ialah karena ia terlalu dibebani dengan kewajiban memberi kuliah dasar dan menguji banyak mahasiswa, termasuk juga propaedeutika medis malah, membuat waktu untuk risetnya jadi berkurang. Ia adalah penasihat yang rajin untuk pembentukan pembagian khusus pekerja ilmiah. Ia tetap dalam kedudukan ini hingga akhir hayatnya. Pada 1878 ia menikahi Johanna Francina Mees. Mereka memiliki 2 putri, Johanna Francina (l. 1880) dan Aleida Jacoba (l. 1882) dan 2 putra, Jacobus Hendricus (l. 1883) dan Govert Jacob (l. 1889). Van 't Hoff terkenal karena terbitannya membuka zaman baru. Tesis kedoktorannya (1874) berjudul Bijdrage tot de Kennis van Cyaanazijnzuren en Malonzuur (Sumbangan pada Pengetahuan Asam Sianoasetat dan Malonat). Beberapa bulan sebelumnya ia telah menerbitkan Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte (Usulan untuk Pengembangan Rumus Struktur Kimia Tiga Dimensi). Selebaran kecil ini, terdiri atas 12 halaman teks dan 1 halaman diagram mendorong perkembangan stereokimia. Konsep "atom karbon asimetris", yang berhubungan dengan naskah ini mendukung penjelasan pembentukan sejumlah isomer yang tak bisa dijelaskan rumus struktur saat itu. Ia menekankan perhatian pada hubungan aktivitas optik dan kehadiran atom karbon asimetris.Gagasan revolusionernya ini baru diakui setelah karyanya pada 1875 Chimie dans l'Espace-nya (Kimia dalam Ruang) terbit setelah terjemahan Jermannya muncul, dengan pasal pendahuluan dari J. Wislicenus. Melalui Dix Années dans l'Histoire d'une Théorie (Sepuluh Tahun perjalanan Sejarah Sebuah Teori) ia dihargai walau di saat yang sama Joseph Le Bel telah mengemukakan gagasan ini, meski dalam bentuk yang lebih abstrak. Pada 1884, sejak terbitnya Études de Dynamique chimique (Kajian mengenai Dinamika Kimia), ia memasuki bidang kimia fisika untuk pertama kali. Sumbangan besarnya ialah mengenai pengembangan hukum termodinamika umum pada hubungan antara perubahan tekanan dan pemindahan kesetimbangan sebagai akibat variasi suhu. Pada volume tetap kesetimbangan dalam sebuah sistem akan cenderung berubah dalam arah untuk melawan perubahan suhu yang ditentukan pada sistem ini. Penurunan suhu menyebabkan lepasnya panas dan menaikkan suhu menyebabkan penyerapan panas. Asas kesetimbangan bergerak ini digeneralisasi 1885 oleh Henri Louis le Chatelier yang memperluas dengan perubahan volume untuk perubahan tekanan yang dipaksakan; ini dikenal sebagai asas van 't Hoff-Le Chatelier. 

Di tahun 1885 L'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (Kesetimbangan Kimia dalam Sistem Gas atau Larutan yang Ditambah Air). Di sinilah ia menunjukkan bahwa "tekanan osmotik" dalam larutan yang dicairkan secukupnya sebanding terhadap konsentrasi dan temperatur penuh agar tekanan ini bisa diwakili dengan rumus yang hanya menyimpang dari rumus tersebut untuk tekanan gas yang dilambangkan dengan i. Ia menentukan nilai i dengan sejumlah cara, sebagai contoh dengan menggunakan tekanan uap dan hukum Raoult pada penurunan titik beku. Demikian van 't Hoff bisa membuktikan bahwa hukum termodinamika tak hanya sah buat gas, namun juga buat larutan cair. Hukum tekanannya, yang diberikan keabsahan umum oleh teori disosiasi elektrolisis Arrhenius (1884- 1887). Orang asing pertama yang datang untuk bekerja dengannya di Amsterdam (1888) – dianggap sebagai yang terlengkap dan terpenting dalam bidang Ilmu Pengetahuan Alam.

Pada saat di Berlin 1896 - 1905 ia sibuk pada masalah asal endapan samudera, dengan rujukan khusus yang dibentuk di Stassfurt. Pada kerja yang lebih luas ia dibantu khususnya oleh W. Meyerhoffer, yang sebelumnya telah bekerja dengannya di Amsterdam. Kemungkinan ialah orang pertama yang menerapkan hasil skala kecil di laboratorium, pada fenomena yang terjadi pada skala besar di alam. Hasil penyelidikan ini kebanyakan diterbitkan di Laporan Akademi Ilmiah Kerajaan Prusia, diringkaskan dalam karya 2 jilid Zur Bildung ozeanischer Salzablagerungen, 1905-1909. van 't Hoff amat menghargai kekuatan imajinasi dalam kerja ilmiah, sebagaimana nyata dalam pidato pelantikannya pada pengambilan jabatan profesornya di Amsterdam: Verbeeldingskracht in de Wetenschap (Kekuatan Imajinasi dalam Sains), ia tiba pada kesimpulan bahwa para ilmuwan yang menonjol telah memiliki kualitas tingkat tinggi ini. Wilhelm Ostwald, membuat Zeitschrift für physikalische Chemie dengannya di Leipzig, bisa dianggap sebagai pendiri kimia fisika.Hadiah Nobel Kimia (1901) titik kulminasi karirnya. 

Pada 1885 diangkat sebagai anggota Akademi Ilmiah Kerajaan Belanda, setelah nominasinya tak dimasukkan pada 1880. Di antara medalinya yang lain ialah gelar doktor kehormatan dari Harvard dan Yale (1901), Universitas Victoria Manchester (1903), Heidelberg (1908); Medali Davy dari Royal Society (1893), Medali Helmholtz dari Akademi Ilmiah Kerajaan Prusia (1911); ia juga diangkat sebagai Chevalier de la Legion d'Honneur (1894), Senator der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (1911). Ia juga anggota kehormatan Chemical Society, London (1898), Akademi Ilmiah Kerajaan, Gottingen (1892), American Chemical Society (1898), Académie des Sciences, Paris (1905).Van 't Hoff pecinta alam, sebagai mahasiswa di Leiden ia sering ikut dalam perjalanan botanis dan kemudian di Bonn ia benar-benar menikmati pegunungan di sekitarnya, berjalan panjang sendiri atau bersamasama. Deskripsi perjalanannya ke AS, berasal dari undangan ceramah ke Universitas Chicago, menunjukkan cintanya pada perjalanan. Penerimaannya pada filsafat dan kegemarannya pada puisi juga nyata pada awal-awal ia bersekolah di Lord Byron ialah pujaannya. van 't Hoff meninggal di Steglitz dekat Berlin pada 1 Maret 1911. 

3. Rudolf Julius Emanuel Clausius  

Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888) adalah ahli fisika matematik Jerman, penemu Hukum Termodinamika II, penemu entropi, penemu teori elektorolisis, doktor, guru besar, dan pengarang. Ia lahir di Koslin, Prusia, sekarang di Koszalin, Polandia, pada tanggal 2 Januari 1922 dan meninggal di Bonn tanggal 24 Agustus 1888, sekarang di Jerman pada umur 66 tahun. Ia kuliah di Unervisitas Berlin dan mendapat doktor dari Halle pada tahun 1848 ketika berumur 26 tahun. Dua tahun kemudian (1850) ia diangkat menjadi guru besar fisika di sekolah mesin dan artileri di Berlin, pada tahun 1867 ia jadi guru bedar fisika di Unirvesitas Wurzburg sampai tahun 1869. Kemudian ia mengajar di Universitas Bonn.

Clausius adalah ahli fisika teori atau fisika murni. Ia tidak mengadakan experimen. Ia menerapkan matematika untuk membuat teori yang dapat menjelaskan. Hasil pengamatan dan exprimen orang lain. Pada tahun 1850 ia membuat karya tulis yang mengungkapkan penemuannya, ialah hukum termodinamika II dan entropi termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari energi dan semua bentuk perubahanya terutama menganai hubungan panas dan kerja. Hukum termodinamika II berbunyi “Panas tidak dapat dengan sendirinya berpindah dari badan yang lebih dingin ke badan yang lebih panas”. Di alam semesta terjadi decara terus – menerus perpindahan panas atau energi dari badan angkasa yang panas ke badan angkasa yang dingin. Maka berabad-abad kemudian semua panas atau energi akan terbagi merata keseluruh bagian alam semesta. Keadaan seimbang ini disebut entropi. Ini berati dunia kiamat, karena semua gerak dan kehidupan berhenti.Clasius juga mengemukakan teori elektrolisis atau elektrolisa, ialah penguraian zat cair denga aliran listrik searah. Para ilmuan sebelumnya berpendapat bahwa dalam entrolisis, air terurai menjadi hidrogen dan oksigen karena gaya listrik. Tapi Clasius berpendapat bahwa atom-atom molekul selalu bertukar. Gaya listrik hanya megarahkan pertukaran itu. 

Sejarah Termodinamika

Peristiwa-Peristiwa Penting Termodinamik pada dasarnya, termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang panas sebagai energi yang mengalir. Oleh karena itu, sejarah berkembangnya ilmu termodinamika berawal sejak manusia mulai “memikirkan” tentang panas.. 

Abad ke 5 SM filsuf Yunani Parmenides, dalam karyanya hanya dikenal, puisi konvensional berjudul On Nature, menggunakan penalaran verbal untuk mendalilkan bahwa kekosongan, pada dasarnya apa yang sekarang dikenal sebagai vakum, di alam tidak bisa terjadi. Pandangan ini didukung oleh argumen-argumen Aristoteles, tetapi dikritik oleh Leucippus dan Hero dari Alexandria. Dari dulu sampai Abad Pertengahan berbagai argumen dikemukakan untuk membuktikan atau menolak adanya vakum dan beberapa usaha dilakukan untuk membangun vakum tapi semua terbukti berhasil. 

Abad 16 dan 17 Ilmuwan Eropa Kornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei dan Santorio Santorio pada mampu mengukur "dingin" relatif atau "hotness" udara, menggunakan termometer udara dasar (atau thermoscope). Hal ini mungkin dipengaruhi oleh perangkat sebelumnya yang dapat memperluas dan kontrak udara dibangun oleh Philo dari Byzantium dan Hero dari Alexandria. 

350 SM Aristoteles Adalah orang yang pertama kali melakukan percobaan tentang panas. Dia mengatakan bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas Penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles.

Tahun 1593 Galileo Galile meneruskan percobaan Aristoteles yang menganggap bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur dengan penemuannya berupa termometer air. 

Tahun 1600 an , filsuf Inggris Francis Bacon dan ilmuwan menduga: "Panas itu sendiri, esensi dan hakekat adalah gerak dan tidak ada lagi." 

Tahun 1643, Galileo Galilei, sementara umumnya menerima menyedot penjelasan horor vacui diusulkan oleh Aristoteles, percaya bahwa alam vakum-kebencian terbatas. Pompa beroperasi di tambang sudah membuktikan bahwa alam hanya akan mengisi vakum dengan air sampai ketinggian 30 kaki. Mengetahui fakta ini penasaran, Galileo mendorong bekas muridnya Evangelista Torricelli untuk menyelidiki keterbatasan ini seharusnya. Torricelli tidak percaya bahwa vakum-kebencian (Horror vacui) dalam arti perspektif 'menghisap' Aristoteles, bertanggung jawab untuk meningkatkan air. Sebaliknya, ia beralasan, itu adalah hasil dari tekanan yang diberikan pada cairan oleh udara sekitarnya. Untuk membuktikan teori ini, ia mengisi sebuah tabung kaca panjang (tertutup di salah satu ujung) dengan merkuri dan terjungkal ke dalam piring juga mengandung merkuri. Hanya sebagian tabung kosong (seperti yang ditunjukkan berdekatan) sekitar 30 inci cairan tetap. Seperti merkuri dikosongkan, dan vakum yang telah dibuat di bagian atas tabung. Ini, vakum buatan manusia pertama, efektif menyangkal teori 'menghisap' Aristoteles dan menegaskan adanya kekosongan di alam.

Tahun 1650 Otto von Guericke menemukan pompa vakum pertama didunia digunakan untuk menyanggah Aristoteles bahwa 'alam membenci kekosongan'. Penemuannya tentang Tekanan udara dan vakum pada pompa vakum terdiri dari piston dan silinder pistol udara dengan dua arah flaps dirancang untuk menarik udara keluar dari kapal itu pun terhubung ke, dan digunakan untuk menyelidiki sifat vakum dalam banyak percobaan. Pompa ini dijelaskan dalam Bab II dan III dari Buku III dari Nova.Guericke Experimenta menunjukkan kekuatan tekanan udara dengan percobaan dramatis. Dengan eksperimen Guericke menyangkal hipotesis "horor vacui", alam yang membenci kekosongan, yang selama berabad-abad dijunjung tinggi oleh filsuf dan ilmuwan sebagai aprinciple alam. Guericke menunjukkan bahwa zat tidak ditarik oleh vakum, tetapi didorong oleh tekanan dari cairan sekitarnya. Semua pekerjaan von Guericke pada vakum dan tekanan udara yang diuraikan dalam Buku III dari Nova Experimenta (1672). Mengenai kronologi yang lebih rinci dari karyanya yang kami miliki, selain deskripsi Nova Experimenta dari demonstrasi di Regensburg pada 1654, dua rekening yang diterbitkan oleh Fr.Schott tahun 1657 dan 1663.

Tahun 1654 Regensburg melakukan percobaan pertama ia secara eksplisit catatan sebagai telah ditunjukkan adalah menghancurkan kapal non-bulat seperti udara tersebut ditarik dari itu. Dia tidak menggunakan pompa vakum secara langsung di kapal, tetapi diperbolehkan udara di dalamnya untuk memperluas ke penerima yang sebelumnya dievakuasi. Yang kedua adalah sebuah percobaan di mana sejumlah pria terbukti mampu menarik piston kedap udara hanya sekitar setengah jalan sampai sebuah kapal tembaga silinder. Von Guericke kemudian dilampirkan Receiver nya dievakuasi ke ruang bawah piston dan berhasil menarik piston kembali turun lagi melawan kekuatan laki-laki menariknya ke atas. Dalam sebuah surat kepada Fr. Schott Juni 1656, direproduksi dalam Mechanica Hydraulico-pneumatica, von Guericke memberikan rekening pendek pengalamannya di Regensburg. Selain dua di atas, ini termasuk ekstraksi udara menggunakan pompa vakum, kepunahan api di sebuah kapal disegel, meningkatkan air dengan pengisapan, demonstrasi bahwa udara memiliki berat, dan demonstrasi tentang bagaimana kabut dan kabut dapat diproduksi dalam wadah tertutup. Mechanica Hydraulicopneumatica juga menyediakan gambar awal pompa vakum von Guericke itu. Hal ini sesuai dengan deskripsi dalam bab-bab pembukaan Buku III dari Nova Experimenta versi pertama dari pompa nya ." Percobaan belahan terkenal itu, seperti yang tercantum dalam bagian biografi di atas, dilakukan antara Juli 1656 dan Agustus 1657. Dalam Bab IV Buku III ia menggambarkan desain baru ditingkatkan dan banyak dari pompa vakum dan penemuan atribut untuk kebutuhan mesin lebih mudah diangkut dengan mana ia bisa menunjukkan eksperimennya kepada Frederick William yang telah menyatakan keinginan untuk melihat mereka. Pompa baru ini juga dijelaskan di halaman 67 dari Curiosa Technica. Demonstrasi di Perpustakaan Pemilih di Colln dan Spree der berlangsung pada bulan November 1663 dan direkam oleh guru untuk putra Pemilih itu. (Hal. 113 Schneider.) Ada sejumlah eksperimen, seperti pengujian lebih kejam dari efek vakum pada burung dan ikan (Experimenta Nova Buku III Bab XVI), yang tidak dijelaskan dalam Curiosa Technica. Meskipun Nova Experimenta memang mengandung korespondensi dari 1665, tidak ada alasan untuk meragukan pernyataan von Guericke bahwa pekerjaan itu selesai pada dasarnya Maret 1663. Sepanjang Buku II dan III dia kembali lagi dan lagi dengan tema karena tidak ada kebencian terhadap vakum dan bahwa semua fenomena dijelaskan oleh prinsip ini seharusnya sebenarnya disebabkan oleh tekanan atmosfer dalam hubungannya dengan berbagai potensi inkorporeal yang dia pegang untuk bertindak. Jadi "potensi konservatif" bumi (virtus conservativa) memberikan penjelasan untuk fakta bahwa Bumi mempertahankan atmosfer meskipun perjalanan melalui ruang. Dalam melawan keberatan dari Deusing Dr bahwa berat atmosfer hanya akan menghancurkan tubuh semua makhluk hidup, ia menunjukkan kesadaran explict dari properti kunci dari cairan - yang tekanannya merata di semua pesawat. Dalam Bab XXX dari Buku III ia menulis: "Dr Deusing seharusnya diingat bahwa udara tidak hanya tekan pada kepala kita, tetapi mengalir di sekitar kita Sama seperti menekan dari atas di kepala, itu juga menekan pada. telapak kaki dari bawah dan secara bersamaan pada semua bagian tubuh dari segala arah. "

Tahun 1656 ahli fisika Inggris dan kimiawan Robert Boyle telah belajar desain Guericke dan, pada dalam koordinasi dengan ilmuwan Inggris Robert Hooke, Membangun sebuah pompa udara. Menggunakan pompa ini, Boyle dan Hooke melihat korelasi antara tekanan, suhu, dan volume. Dalam waktu Hukum Boyle dirumuskan, yang menyatakan bahwa tekanan dan volume berbanding terbalik. 

Tahun 1679, Boyle Denis Papin membangun sebuah digester uap, yang merupakan bejana tertutup dengan tutup erat pas bahwa uap terbatas sampai tekanan tinggi yang dihasilkan.Kemudian menerapkan desain katup uap rilis yang membuat mesin dari meledak. Dengan mengamati katup berirama bergerak naik dan turun, Papin terinspirasi dari ide piston dan silinder mesin. 

Tahun 1697, Thomas Savery dibangun mesin pertama berdasarkan desain Papin, diikuti oleh Thomas Newcomen pada 1712. Meskipun mesin ini awal yang kasar dan tidak efisien, mereka menarik perhatian para ilmuwan terkemuka saat itu.Konsep dasar dari kapasitas panas dan panas laten, yang diperlukan untuk pengembangan termodinamika, dikembangkan oleh Profesor Joseph Black di Universitas Glasgow, di mana James Watt bekerja sebagai pembuat instrumen. Black dan Watt melakukan eksperimen bersama-sama, tapi Watt yang dikandung gagasan kondensor eksternal yang menghasilkan peningkatan besar dalam efisiensi mesin uap Menggambar pada semua pekerjaan sebelumnya. 

Tahun 1799 Sir Humphrey Davy dan Count Rumford menegaskan bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer,tapi membantah pernyataan Aristoteles. Seharusnya hukum kenol termodinamika dirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka belum terpikirkan oleh para ilmuwan. “dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”.

Tahun 1778, Thomas Alfa Edison memperkenalkan mesin uap pertama yang mengkonvesi panas menjadi kerja mekanik. 

Tahun 1824 Sadi Carnot, berupaya menemukan hubungan antara panas yang digunakan dan kerja mekanik yang dihasilkan. Hasil pemikirannya merupakan titik awal perkembangan ilmu termodinamika klasik dan beliau dianggap sebagai Bapak Termodinamika, mempublikasikan Refleksi pada Kekuatan Motif Api, wacana pada efisiensi panas, kekuatan, energi dan mesin. Makalah ini diuraikan hubungan energik dasar antara mesin Carnot, siklus Carnot, dan kekuatan motif. Ini menandai dimulainya termodinamika sebagai ilmu pengetahuan modern. 

Tahun 1845, James P. Joule menyimpulkan bahwa panas dan kerja adalah dua bentuk energi yang satu sama lain dapat dikonversi. Kesimpulan ini didukung pula oleh Rudolf Clausius, Lord Kelvin (William Thomson), Helmhozt, dan Robert Mayer. Selanjutnya, para ilmuwan ini merumuskan hukum pertama termodinamika (1850)

Tahun 1858 Lord Kelvin telah memperkenalkan istilah termodinamika melalui makalahnya: An Account of Carnot’s Theory of the Motive Power of Heat 

Tahun 1859,William Rankine, menulis buku teks termodinamika pertama. Dalam buku ini dituliskan tentang “perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi panas yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem”

 ∆U = Q + W 

Setelah mempelajari mesin Carnot, Lord Kelvin, Planck, dan menyimpulkan bahwa pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja, selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin.  Hal ini karena adalah sifat sistem yang selalu menuju ketidakteraturan, entropi (S) meningkat. Saat itu hukum. Pada awalnya dilatih sebagai seorang ahli fisika dan seorang profesor teknik sipil dan mekanik di Universitas Glasgow.Dasar termodinamika statistik yang ditetapkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J. Willard Gibbs. 

Tahun 1860 Hukum kedua termodinamika diperkenalkan. Menurut Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada temperatur tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah : “total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya” 

Tahun 1873-1876 Seorang ahli matematika yang Fisikawan Amerika Josiah Willard Gibbs menerbitkan serangkaian tiga makalah, yang paling terkenal adalah Pada Kesetimbangan heterogen Substances, di mana ia menunjukkan bagaimana proses termodinamika, termasuk reaksi kimia, dapat dianalisis grafis , dengan mempelajari energi, entropi, volume, suhu dan tekanan dari sistem termodinamika sedemikian rupa, kita dapat menentukan jika suatu proses akan terjadi secara spontan. 

Tahun 1885, Boltzman menyatakan bahwa energi dalam dan entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Pernyataan ini mengawali berkembangnya termodinamika statistik, yaitu pendekatan mikroskopis tentang sifat termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel yang menyusunnya. Dasar-dasar termodinamika statistik ditetapkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell, W. Nernst, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J. Willard Gibbs .Willard Gibbs. 

Tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga termodinamika. “pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum” Pada tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga termodinamika. “pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum”

Tahun 1911, Einstein menyatakan bahwa massa merupakan perwujudan dari energi (E=mc2). Hal ini kemudian dibenarkan oleh ilmuwan mekanika kuantum (1900-1940) bahwa radiasi sebagai bentuk energi bisa bersifat sebagai partikel. Pernyataan ini seakan-akan membenarkan penalaran Aristoteles sebelumnya bahwa materi = energy 

Pada tahun 1950, para ilmuwan, seperti Carl Anderson menemukan adanya partikel antimateri yang bisa memusnahkan materi. Abad 19, Pierre Duhem menulis tentang termodinamika kimia. Selama awal abad 20, kimiawan seperti Gilbert N. Lewis, Merle Randall, dan EA Guggenheim menerapkan metode matematika Gibbs untuk analisis proses kimia. Termodinamika klasik adalah deskripsi dari negara-negara dan proses sistem Thermodynamical, menggunakan makroskopik, sifat empiris secara langsung diukur di laboratorium. Hal ini digunakan untuk pertukaran model energi, kerja, panas, dan materi, berdasarkan hukum termodinamika. Klasik kualifikasi mencerminkan fakta bahwa itu mewakili tingkat deskriptif dalam hal parameter empiris makroskopik yang dapat diukur di laboratorium, yang merupakan tingkat pertama pemahaman pada abad ke-19. Sebuah penafsiran mikroskopis konsep-konsep ini diberikan oleh perkembangan termodinamika statistik.

Awal abad 20Termodinamika statistik, juga disebut mekanika statistik, muncul dengan perkembangan teori atom dan molekul pada paruh kedua abad ke-19 dan, melengkapi termodinamika dengan interpretasi interaksi mikroskopis antara partikel individu atau kuantum-mekanis negara. Bidang ini berhubungan sifat mikroskopis atom dan molekul individu dengan, sifat makroskopik sebagian besar bahan-bahan yang dapat diamati pada skala manusia, sehingga menjelaskan termodinamika sebagai akibat alami dari statistik, mekanika klasik, dan teori kuantum pada tingkat mikroskopis.

Tahun 1900, Max Planck menjelaskan Quantum termodinamika adalah studi tentang dinamika panas dan bekerja dalam sistem kuantum. Sekitar, termodinamika kuantum mencoba untuk menggabungkan termodinamika dan mekanika kuantum ke dalam satu kesatuan yang koheren. Titik penting di mana "mekanika kuantum" dimulai ketika, pada diuraikan "hipotesis kuantum", yaitu bahwa energi sistem atom dapat terkuantisasi, yang didasarkan pada dua hukum pertama termodinamika seperti yang dijelaskan oleh Rudolf Clausius (1865) dan Ludwig Boltzmann (1877). Lihat sejarah mekanika kuantum untuk garis lebih rinci.