Kenapa Udara yang Kita Tiup Lebih Dingin Daripada Suhu Tubuh?

Kenapa Udara yang Kita Tiup Lebih Dingin Daripada Suhu Tubuh?

Lo pernah nggak sih lagi pengen minum 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?

KLIK-DI-SINI-UNTUK-MELIHAT-JAWABANNYA

Ya hangat lah. Suhu badan kita itu normalnya sekitar 37^{\circ}C. Harusnya sih udara yang keluar suhunya nggak jauh-jauh dari segitu.

percobaan niup

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 \Delta U = Q - W. Tapi untuk lebih jelasnya, lihat gambar di bawah ini aja deh:

unnamed

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?

KLIK-DI-SINI-UNTUK-MELIHAT-JAWABANNYA

Energi kalor yang masuk ke sistem itu (Q = 1000 joule). Usaha yang dilakukan gas itu (W = 300 joule). Berarti perubahan energi dalam sistem adalah (\Delta U = 1000 - 300 = 700 joule).

 

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 W = F \cdot \Delta s (gaya x perpindahan). Sebenernya itu nggak tepat-tepat amat sih. Karena persamaan itu hanya berlaku untuk F yang konstan. Kalau F-nya berubah-ubah, persamaan yang lebih generalnya adalah W = \int F \cdot \Delta s.

Terus, kalau lo inget bahwa P = \frac{F}{A}, lo bisa utak-atik sedikit rumus barusan menjadi begini:

W = P \cdot \Delta V

(versi tekanan konstan)

W = \int P dV

(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?

KLIK-DI-SINI-UNTUK-MELIHAT-JAWABANNYA

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 \Delta V), maka gas melakukan usaha.

 

Atau gue bikin animasinya deh…

tiup-udara-lebar tiup-udara-mampat

Yang kiri, volume udara nggak 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:

GAMBAR 3

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 V_1 ke V_2.

 

Gas tersebut menerima Kalor dari luar nggak ya?

Persamaan Termodinamika tadi kan begini ya: \Delta U = Q - W. 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....

Q = 0

 

Gimana dengan perubahan energi dalamnya?

Okay, usaha jelas ada, tapi kalor nol. Kalau gitu persamaan \Delta U = Q - W bisa kita sederhanain dong? Tinggal kita masukin aja Q = 0, didapatlah persamaan ini:

\Delta U = - W

Wow... berarti perubahan energi dalamnya negatif nih (karena nilai W 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:

 U = \frac{3}{2} N k T

(untuk gas monoatomik)

 U = \frac{5}{2} N k T

(untuk gas diatomik)

 

Berhubung nilai N (jumlah partikel) nggak berubah, dan nilai k (konstanta Bolztmann) juga pasti nggak berubah, berarti yang pasti berubah cuma nilai T 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 (\Delta U).
  • Kenapa energi dalamnya turun? Karena udara tersebut melakukan usaha (W) dan udara menerima tidak menerima kalor dari lingkungan (\Delta U = - W).
  • 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 mau tau lebih banyak tentang konsep Termodinamika, lo bisa tonton teori dan soalnya di sini:

>> Termodinamika <<

Btw, konsep termodinamika itu basic-nya ada di konsep persamaan gas ideal dan teori kinetik gas. Kalau lo ngerasa belum paham sama kedua konsep itu, boleh juga lo tonton ini:

>> Teori Kinetik Gas <<

 

Ya udah, gitu aja dari gue. Kalau pada suka tulisan gue yang model begini, gue akan bikin lebih banyak lagi deh tulisan-tulisan yang seperti ini 🙂

[ CATATAN EDITOR : Kalo ada yang mau ngobrol sama Wisnu atau mengkritisi foto narsis gue yang monyong itu. Langsung tinggalin comment di bawah artikel ini aja. Buat yang belom gabung sama zenius, lo bisa sign-up buat jadi member zenius.net disini

Tertarik belajar dengan zenius.net? Kamu bisa pesan vouchernya di sini.

About 

Wisnu adalah CEO Zenius Education dan juga senior tutor Matematika & Fisika di Zenius Education. Wisnu mengambil S1 di Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung.
 
Follow Twitter Wisnu at @wisnuops

  • Ivan Alim

    Wisnu, di termodinamika lanjutan, proses adiabatik reversibel disebut juga proses isentropik. Proses isentropik adalah proses dimana tidak adanya perubahan entropi. Entropi adalah suatu parameter yang mendeskripsikan ketidakteraturan suatu sistem. Persamaannya adalah dQ=TdS, dimana S adalah entropi dari sistem tersebut. Jika Q=konstan, dQ=nol. Akibatnya, dS=nol atau S=konstan.

    • Yoi bener. Tapi proses di alam ga ada yang isentropik sih. Kan melanggar hukum ke dua termodinamika (tentang entropi).

      • Ivan Alim

        Karena semua proses di alam adalah proses ireversibel.

  • Oh iya bang, agak OOT nih waktu itu temen pernah ngomong ke gw kalo makanan kayak soup gitu gak boleh ditiup karena udara yang kita tiup kan pasti CO2 dan ntar masuk ke dalam tubuh kita lagi gitu bersama soupnya, nah gw sih pribadi agak gak yakin kalo CO2 nya bakal 'terbawa' di soupnya... bener gak tuh?

    • Itu sih hoax. Hehe. Niup sup yang panas boleh2 aja kok.

      • arya suhendar

        klo kata guru kimia gua ga boleh niup niup sop susu atau yg lain yg lg panas" ntar bisa ngerusak gigi wkwk tapi bener itu

    • Dewiayu Dewang

      gw pernah baca katanya ga baik niup sup atau makanan/minuman panas apapun, soalnya selain CO2, ada juga senyawa asam,. lupa nama asamnya hehe, jd mendingan dibiarin aja dingin drpd ditiup

  • Hilmy Adam Jieta Pradana

    dulu waktu kecil gue salah kaprah berarti. gue pikir dengan semakin banyak angin makin cepet adem tuh soup, makanya kalo niup suka dilebarin mulutnya haha

  • Hendra Bani

    hahaha gue sih suka y niup es krim :p

  • Putra

    butuh pencerahan bang kenapa gak bisa pake konsep ini? Udara itu makin panas apabila tekanan mulut diperbesar dengan memampatkan udara itu sendiri. Dengan pake rumus PV/T=konstanta seharusnya udara nya makin panas kalau dimampatkan ye gaK?

    • Udah bagus nih kalo lo ngeh sama konsep PV/T = konstan. Cuma harus hati2 dikit sama pemakaiannya. Misal, kalau tekanan membesar, apakah suhu pasti ikut membesar? Belum tentu. Bisa jadi volume mengecil tapi suhunya tetap (isotermal). Nah, untuk lebih ngerti tentang ini, coba lo tonton video proses termodinamika. Ada empat: isobarik, isotermal, isokhorik, dan adiabatis. Linknya ada di atas.

      • Putra

        ngg, tapi menurut gue volume udara yang kita tiup pasti konstan jadi V nya bisa diabaikan. gue bingun salah dimana?

        • Termampatkan itu memang artinya volumenya mengecil (itu udah definisi). Terus kalau dampaknya, bisa jadi tekanannya bertambah (kalau isotermal), bisa juga suhunya yang yang mengecil (kalau isobarik).

          Volume udara pernapasan manusia itu yang gimana nih maksudnya? Gue rada nggak ngerti maksud lo alat pengukurnya. Tapi kalau pertanyaan lo itu tentang gimana manusia bernapas, konsepnya sih gini: Volume paru-paru mengembang. Karena suhunya cenderung nggak berubah, akhirnya tekanan di paru-paru mengecil (lebih kecil dibanding tekanan udara di luar). Perbedaan tekanan ini yang mengakibatkan udara di luar bisa kita hirup. Ketika menghembuskan napas, yang terjadi sebaliknya.

          • Putra

            okay i got it! sorry rada gak jelas pertanyaannya heheh, sedikit request bang. tambahin Kappita selekta fisikanya dong kayak yang set1 set2 set3 di 'matematika'. gue suka banget soal soal yang agak melintir gitu persiapan buat sbm juga. atau sekalian bikin tryout nya buat fisika 🙂 belakangan gak update lagi tryoutnyah yah? thanks banggg

  • patima rahadi

    aku suka 🙂

    • Thanks. Hehe

      • Khairul Amri

        Mas wisnu, kenapa sih UDARA itu gak keliatan tapi tetep ber massa?

        Apakah kalau atom dr udara digedein segede bola basket pake senternya doraemon akan tetep ga keliatan? dan apa bisa kita Pegang (raba)? dan elektron, proton, neuton itu bentuknya kayak apa kalau digedein?

        • Coba inget2 lagi apa yang membuat kita bisa "melihat" suatu benda. Karena ada cahaya jatuh ke benda tsb terus mantul ke mata kita kan? Yang kita lihat itu bergantung banget sama cahaya yang mantul ke mata. Beda sudut, pantulan cahaya yang masuk bisa beda, sehingga warna yang kita lihat juga beda. Iya ga?

          Terus sekarang inget lagi apa bedanya suatu zat dalam keadaan padat, cair, atau gas. Yang ngebedain itu biasanya cuma renggang atau rapatnya jarak antar molekul. Gas paling renggang, padat paling rapat.

          Nah sekarang kebayang kenapa udara "ga kelihatan"? Simply karena molekulnya renggang2 sehingga cahaya yang lewat, lewat gitu aja dan ga terpantulkan ke mata kita.

  • Rizaldi Prasetya

    admin, numpang tanya. katanya Tpa thn ini cuma verb, num, figural. trus kayak logika penarikan kesimpulan sama analitik -yang biasanya soal urutan duduk atau tampil- sama deret gak keluar ya? tolong dibales ya. thanks a lot min:)

    • Putra

      figural itu analitik broo bukan gambar 🙂

      • Dewiayu Dewang

        baru tau klo figural itu analitik..:| tp kemaren ikut TO pola sbm yg baru, soal figural yg muncul mlah gambar2 😐

        • Rizaldi Prasetya

          kayaknya mending plajarin semua aja deh.-. yaudahlah. makasih komennya sob!

        • Putra

          hee iya juga broo, gambar 😛 likely i give a wrong info sorry

  • Khairul Amri

    Mas wisnu, kenapa sih UDARA itu gak keliatan tapi tetep ber massa?

    Apakah
    kalau atom dr udara digedein segede bola basket pake senternya doraemon
    akan tetep ga keliatan? dan apa bisa kita Pegang (raba)? dan elektron,
    proton, neuton itu bentuknya kayak apa kalau digedein? (spmng)

  • Fahmi Ramdhani

    Bang, tapi klo udaranya dri lubang hidung kok ngrasa nya lbih anget yaa dibanding dri mulut pdhl mulutnya dbuka lbih besar daripada lubang hidung. Bisa jelaskan?