Oleh: excitonindo | April 25, 2008

Ternyata Temperatur Negatif lebih Puannaaass daripada Nol Derajat

Kunyit : “sekarang di US sana berapa suhunya? pasti dingin ya, kan winter.”

Capung : “iya nih, baru aja badai salju, ya kira kira -12 Celcius.”

Kunyit : “ya elah, kalau suhu kayak gitu di Rusia sini sih itu baru Fall”

Temperatur/suhu negatif memang dingin, eits… tapi itu hanya berlaku untuk skala temperatur selain Kelvin. Di tulisan ini, saya hendak berdiskusi tentang temperatur negatif pada skala Kelvin.

Temperatur paling duingiiiiiiiin pada skala Kelvin dicapai pada nol derajat. Tidak ada kalor yang tersisa pada suatu material atau sistem pada stemperatur ini. Jelas tidak ada temperatur yang lebih dingin daripada nol derajat. Hmmmm… sedingin apa sih nol derajat ini? ya sebagai perbandingan, temperatur es itu sekitar 273K.

Nah, kalau kita semua sepakat bahwa tidak ada temperatur yang lebih dingin daripada nol derajat, lalu timbul pertanyaan (yang pasti bukan timbul srimulat , ……..wakakakkk 🙂 ). Negatif dalam dunia matematika kan nilainya lebih kecil atau lebih rendah daripada nol toh? OK, mari kita lihat apakah temperatur negatif lebih dingin daripada nol derajat? yuuuuuuuuuukkk🙂

Temperatur negatif bisa kita temui hanya pada sistem yang mempunyai tingkat energi yang terbatas.

Maksudnya??????????????????????????????????????

Gini, contohnya, sistem spin elektron atau nukleus yang mempunyai tingkat energi terbatas, pada umumnya 2 buah, yaitu spin up dan spin down. Jadi elektron hanya punya 2 kemungkinan tempat “berdiam diri”. Ya kalau gak di “kamar” spin up, ya di “kamar” spin down. Tapi kedua “kamar” ini punya energi yang sama, hanya keadaan didalam “kamar” nya aja yang beda.

Jeng jeng jeng…… nah gimana jadinya kalau kita nyalakan medan magnetik dari sebuah sumber pada sistem elektron tadi. Ternyata eh ternyata,… kedua “kamar” tadi terpisah, energi mereka jadi berbeda. Yang satu lebih tinggi energinya daripada yang lain. Dengan tujuan untuk meminimalkan energi sistem, maka populasi elektron di “kamar” yang energinya rendah lebih banyak daripada populasi elektron yang ada di “kamar” yang lebih tinggi. OK, katakanlah “kamar” yang bawah/lebih rendah itu “kamar” nya untuk elektron yang punya spin down.

Nah sekarang, kita pengen memindahkan sejumlah elektron dari “kamar” yang bawah ke “kamar” atas. Karena ada beda energi, maka kita butuh energi dari luar untuk memindahkannya. Energi ini bisa kita dapatkan dari radiasi elektromagnetik. Bila kita terus memindahkan elektron dari “kamar” bawah ke atas, maka pada suatu saat, kita akan memperoleh jumlah populasi yang seimbang antara “kamar” bawah atas. Dalam termodinamika, keseimbangan jumlah populasi dalam suatu sistem terjadi untuk memaksimalkan entropi. Entropi ialah derajat ketidakaturan partikel pada suatu sistem.

Nah apa yang selanjutnya terjadi saat kita terus menerus memberi energi untuk memindahkan energi. Ya… akhirnya pada suatu saat kita memperoleh jumlah populasi elektron di “kamar” yang atas lebih banyak daripada populasi elektron di “kamar” bawah. Hmmm….. kita mendapati keadaan yang berbeda dari sebelumnya bukan. Sekarang kita tidak menjumpai adanya keseimbangan jumlah populasi, artinya entropi sistem tidak maksimal. Dengan kata lain, kita menurunkan entropi. Penurunan entropi yang dilakukan dengan cara penambahan energi ke sistem inilah yang membuat sistem berada pada temperatur negatif. Karena definisi temperatur pada termodinamika adalah perubahan energi termal terhadap perubahan entropi.

Jadi temperatur negatif ternyata jauh lebih panas daripada nol derajat.

disusun oleh : Yudhiakto Pramudya

sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature

pengalaman kuliah termodinamika dan fisika statistik.


Responses

  1. Saya agak kurang jelas dengan logikanya bos, khususnya tentang masalah entropi, maklum baru belajar thermo, hehehehe😀 Bisa mbuatkan ilustrasi dengan gambar tidak? Mungkin bisa lebih membantu. Keep writing ya…. I enjoy reading it

  2. Maaf belum sempat bikin ilustrasinya😀

    Saya coba menjelaskan dengan kata kata lagi, dalam mekanika statistik, entropi dapat diterjemahkan sebagai banyaknya konfigurasi partikel yang mungkin pada suatu sistem.

    kembali pada sistem paramagnetik, partikel dapat mempunyai spin up (U) atau spin down (D). Anggap U mempunyai energi +hbar dan D mempunyai energi -hbar.

    Kita amati 2 partikel, sekarang kita teliti konfigurasi yang mungkin untuk energi sistem -2hbar, 0, dan 2hbar.

    -2hbar : DD
    0 : DU , UD
    +2hbar: UU

    Nah untuk energi 0, dimana partikel berbagi posisi DU atau UD, terdapat 2 konfigurasi yang mungkin, lebih banyak daripada energi sistem yang lain(-2hbar dan +2hbar). Artinya entropi nya paling besar. Sesuai dengan penjelasan saya di atas.

    “Keseimbangan jumlah populasi dalam suatu sistem terjadi untuk memaksimalkan entropi”.

    Dan peristiwa temperatur negatif ini hanya terjadi untuk sistem yang mempunya batas energi. Dalam sistem paramagnetik, batas energinya adalah NB, N adalah jumlah partikel, dan B adalah medan magnet eksternal.

    terima kasih atas dukungannya😀

  3. bagus…
    tapi penjelasannya agak membingungkan
    setelah baca illustrasi baru aku ngeh
    trimakasih

    terima kasih, lain kali kami berusaha lebih baik lagi

  4. Nice
    🙂


Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Kategori

%d blogger menyukai ini: