Sistem dan Sistem Lingkungan
Sistem merupakan sekumpulan unsur atau elemen yang saling berkaitan, berinteraksi dan saling memengaruhi dalam melakukan suatu kerja untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Sistem dibagi menjadi tiga golongan utama yaitu sistem terbuka (open system), sistem tertutup (closed system), dan sistem terisolasi (isolated system) yang berinteraksi secara mekanik, biologis, maupun sosial. Sistem lingkungan adalah suatu kumpulan dari beberapa unsure yang ditinjau dan dibatasi oleh lingkungan sekitar tertentu, di dalam sistem terjadi interaksi antar unsur-unsur penyusun sistem dan interaksi antara sistem dengan lingkungan sekitar (Purwanto, Tanpa Tahun). Sedangkan keadaan sistem dibagi menjadi:
Steady state : keadaan tunak (mantap), keadaan tetap tidak tergantung waktu. Steady berkelanjutan --> Static (statis)
Unsteady state : keadaan tak tunak, keadaan dipengaruhi oleh waktu
Sistem Lingkungan dibagi menjadi tiga berdasarkan , yaitu: 1. Sistem Terbuka (Open System) Pengertian
Sistem terbuka ( open system of ecology) adalah suatu sistem dimana memungkinkan terjadinya pertukaran energi dan materi. Berbeda dengan system tertutup, pada system – materi dan energi, sedangkan terbuka memungkinkan terjadi perpindahan kedua unsure – materi pada system tertutup hanya terjadi perpindahan/pertukaran energi. Pertukaran ini terjadi antar sistem, sehingga energi menuju
keseimbangan.
dan materi dapat keluar dan masuk ke dalam sistem
Sistem
terbuka
( open
system)
merujuk
pada
hukum
thermodinamika I, yaitu : Kenaikan
“
energi
internal dari
suatu sistem
sebanding
dengan
jumlah energi
panas yang panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya
”
Prinsip tersebut dituangkan dalam sebuah rumus sebagai berikut : ∆U = Q-W
Keterangan : ∆U = perubahan energi Q = Kalor (energi panas) W = Kerja Contoh dari Sistem Terbuka a. Sungai
Sungai merupakan sub system dari bumi, merupakan ekosistem yang terdiri dari komponen biotic dan abiotik dan saling berinteraksi dengan lingkungan. Dalam ekosistem sungai terjadi perpindahan materi dan energi dari satu komponen ke komponen lain, memasuki dan keluar dari ekosistem sungai. Cahaya matahari yang memasuki ekosistem sungai mentransfer energi bagi fitoplankton (produsen yang melakukan fotosintesis), kemudian energi matahari tersebut diubah menjadi oksigen dan karbohidrat yang kemudian dimanfaatkan oleh zooplankton (konsumen I). Zooplankton menerima baik energi maupun materi yang dihasilkan dari fitoplankton tersebut, berupa oksigen dan karbohidrat (materi) dan panas (sebagai perubahan dari energi matahari), melalui proses memakan-dimakan. Zooplankton kemudian dimakan oleh ikan, dan selanjutnya ikan juga memperoleh energi dan materi dari zooplankton. Begitu seterusnya hingga mencapai pada konsumen puncak atau predator.
(web, energi flow and ecosystem function)
b. Tubuh manusia
Tubuh manusia juga merupakan salah satu contoh system terbuka. Pertukaran energi dan materi dapat dicontohkan ketika manusia memenuhi kebutuhan makan. Makanan yang masuk ke dalam tubuh manusia merupakan bentuk materi dan menghasilkan energi untuk melakukan pekerjaan. Materi ini tidak keseluruhannya terserap dalam tubuh manusia, tetapi menghasilkan residu berupa kotoran. Begitu juga dengan energi yang diperoleh dari makanan, berubah menjadi panas yang dikeluarkan oleh tubuh manusia. Terdapat komponen yang masuk dan keluar dari system (tubuh manusia) dan terjadi pertukaran energi dan materi dari system ke lingkungan. (Berger, 2001).
Dari contoh diatas dapat diketahui bahwa proses perpindahan/pertukaran energi dan materi dapat terjadi melalui proses memakan-dimakan. Baik energi maupun materi, keduanya mengalami perpindahan dalam system terbuka, dimana ada penambahan dan pengurangan energi dan materi, namun tetap mengupayakan keseimbangan dalam system (dalam hal ini adalah ekosistem sungai dan tubuh manusia).
2. Sistem Tertutup (Closed System) Pengertian
Sistem tertutup adalah sistem yang tidak berhubungan dan tidak dipengaruhi oleh lingkungan luarnya. Ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa atau pertukaran kerja sistem dengan lingkungannya (Berger 2001). Dalam sistem tertutup, massa yang berada dalam sistem tidak berubah dan tidak ada pertukaran massa benda antar sistem dengan lingkungannya tetapi tidak menutup kemungkinan volume benda dapat berkurang hal ini dikarenakan adanya perpindahan energy yang masuk dan keluar dari sistem, perpindahan energi biasa dalam benuk panas (kalor) dan kerja. Jika suatu sistem memiliki interaksi dengan lingkungannya dan energy dapat melintasi batas sistem, namun energy tersebut bukan termasuk panas, maka dapat dipastikan bahwa energi tersebut merupa kerja. Sebagai contoh bentuk kerja antara lain kerja listrik, gravitasi, percepatan, dan lain-lain (Sudjito, Tanpa Tahun).
Contoh dari Sistem Tertutup
Sebenarnya didunia ini tidak ada sistem yg benar-benar tertutup, yang ada hanyalah sistem yang secara relatif tertutup ( relatively closed system). Sebagai contoh dari sistem tertutup (closed system) adalah bumi ini sendiri, Di dalam bumi tidak ada yang memiliki sistem tertutup tetapi bumi secara global menerapkan sistem tertutup. Antara bumi dan angkasa tidak ada pertukaran materi/ massa tetapi ada pertukaran energi yaitu berupa panas( Heat transfer ), radiasi, dan gaya gravitasi diantara keduanya. Bumi menerima radiasi matahari
semacam sinar ultraviolet, panas matahari masuk ke bumi dan mengkibatkan suhu bumi menjadi hangat dan bumi sendiri akan memantulkan radiasi berupa gelombang panjang ke ruang angkasa(American Meteorologycal Society 2011), selain itu adanya gaya gravitasi bumi, matahari, dan benda angkasa lain yang saling tarik menarik merupakan contoh lain yang menunjukan adanya interaksi energi antara bumi dan angkasa (Sudjito, Tanpa Tahun). 3. Sistem Terisolasi (Isolated System) Pengertian
Sistem isolasi merupakan kebalikan dari sistem terbuka, karena dalam sistem ini tidak terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) ataupun pertukaran benda dengan lingkungannya. Pada sistem isolasi tidak memungkinkan terjadinya perpindahan kalor serta perpindahan massa baik dari lingkungan ke sistem ataupun sebaliknya. Jadi tidak ada aliran apapun baik dari lingkungan ke sistem ataupun sebaliknya. Sebuah sistem terisolasi merupakan sistem yang lebih terbatas dari sistem tertutup karena tidak berinteraksi dengan lingkungannya dengan cara apapun. Massa dan energi tetap konstan dalam sistem, dan tidak ada transfer energi atau massa. Pada sebuah sistem yang terisolasi, perbedaan internal dalam sistem cenderung tidak ada, tekanan dan suhu cenderung sama, seperti halnya perbedaan kepadatan. Sebuah sistem di mana semua proses penyetaraan telah praktis untuk penyelesaian dianggap berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamika. Sistem fisik yang benar-benar terisolasi tidak ada dalam kenyataan, karena, misalnya, selalu ada gravitasi antara sistem dengan massa di tempat lain. Namun, sistem nyata
mungkin berperilaku hampir sama dengan sebuah sistem yang terisolasi sangatlah terbatas. Konsep sebuah sistem yang terisolasi dapat berfungsi sebagai model yang berguna untuk digunakan pada situasi dunia nyata. Konsep ini dapat digunakan dalam membangun model matematika dari fenomena alam tertentu. Hukum kedua termodinamika untuk menyatakan sistem terisolasi, yaitu bahwa entropi dari sebuah sistem terisolasi yang tidak dalam kesetimbangan, cenderung meningkat dari waktu ke waktu, mendekati nilai maksimum pada kesetimbangan. Secara keseluruhan, dalam sistem terisolasi, energi internal adalah konstan dan entropi tidak pernah menurun. Entropi pada sistem tertutup dapat diturunkan misalnya ketika panas diekstrak dari sistem. Penting untuk dicatat bahwa sistem terisolasi tidak setara dengan sistem tertutup. Sistem tertutup tidak dapat bertukar materi dengan lingkungan, tetapi dapat bertukar energi. Sistem terisolasi tidak dapat bertukar materi atau energi dengan lingkungan sekitar mereka, dan dengan demikian hanya teoritis dan tidak ada dalam kenyataan. Walaupun pada kenyataannya sebuah sistem tidak mungkin terisolasi sepenuhnya dari pertukaran energi, bahkan dalam wadah terisolasi seperti tabung gas. Karena pada dasarnya tetap ada gaya gravitasi bumi dalam wadah tersebut. Dalam analisisnya, pada sistem isolasi biasanya energi yang masuk sama dengan energi yang keluar. Sehingga energi yang tersisa dalam sistem ini adalah nol, atau bisa dikatakan seperti tidak ada pertukaran benda, energi dengan ligkungannya.
Contoh dari Sistem Terisolasi
Penerapan sistem isolasi ini dapat dijumpai pada termos. Termos merupakan alat atau komponen yang digunakan untuk menyimpan air dengan suhu air yang terdapat dalam termos tetap terjaga. Hal itu dikarenakan adanya tabung kaca yang hampa udara sehingga tidak memungkinkannya untuk dipengaruhi oleh lingkungan di luar termos. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatic. Bahan adiabatic secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan untuk terjadinya interaksi antara sistem dengan lingkungannya, akibatnya, tidak terjadi pertukaran temperature. Dalam termos terdapat proses adiabatic
yaitu tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem. Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya, sehingga tidak memungkinkan terjadinya interaksi antara sistem dengan lingkungannya, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Karena itulah tidak terjadi perubahan temperatur.
REFERENSI
American Meteorological Society. 2011. The Physical Basis for Earth’s Climate System. Available online : the AMS Climate studies website. Berger, D.J. 2001. Thermodynamics System. Bluffton. Energy Flow and Ecosystem Function. Web Purwanto. (Tanpa Tahun). Permodelan Lingkungan. Diakses Mei 21, 2012, dari Universitas Diponegoro: eprints.undip.ac.id/1145/1/model_pembuatan.PDF Sudjito, S. B. (Tanpa Tahun). Hukum Termodinamika I: Sistem Tertutup. Dalam Diktat Termodinamika Dasar (hal. 19-28). Malang: Universitas Brawijaya. Ubaidillah, Fatich. 2010. Identifikasi Sistem Tertutup dan Terbuka, Steady State, dan Umpan Balik dalam Ekosistem. Web.
