Definisi Hukum Termodinamika
Pada umumnya hukum termodinamika sangat berkaitan
dengan energi dan lingkungan yang kita ditinggali. Hal ini berkaitan dengan
asal kata termodinamika yang diambil dari bahasa Yunani. Thermos yang artinya
panas dan dinamic yang berarti perubahan. Sehingga bisa disimpulkan bahwa hukum
termodinamika adalah hukum yang berkaitan dengan kekekalan energi. Dan
menentukan bahwa adanya peristiwa perpindahan panas merupakan suatu bentuk lain
dari perpindahan energi tersebut.
Sistem
Termodinamika
Sejak ditemukan hukum termodinamika, hukum ini
telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam lingkup ilmu fisika. Sehingga
hukum ini sering dikaitkan dengan konsep – konsep yangbersifat universal. Hal
ini dikarenakan hukum termodinamika memiliki kebenaran yang bersifat umum. Dan
tidak dibatasi dengan adanya rincian dari konsep atau sistem yang mengacu pada
penggunaan hukum termodinamika. Untuk sistem termodinamika sendiri telah
diklasifikasikan menjadi 3 jenis sistem yang didasarkan pada pertukaran yang
terjadi antara sistem dan lingkungannya.
Jenis – jenis sistem termodinamika adalah :- Sistem terbuka : dimana pada sistem ini terjadi pertukaran benda, energi (panas dan kerja) dengan lingkunganya. Contoh dari sistem ini adalah samudra
- Sistem tertutup : yaitu keadaan di mana terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) namun tidak ada pertukaran yang terjadi antara benda dan lingkungannya, contoh dari sistem ini adalah rumah hijau
- Sistem terisolasi : sistem isolasi bisa dikatakan merupakan kebalikan dari sistem terbuka, karena dalam sistem ini tidak terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) ataupun pertukaran benda dengan lingkungannya.
HUKUM TERMODINAMIKA 2
Hukum
ini sangat berkaitan dengan entropi atau keseimbangan termodinamis, yang
menyatakan bahwa pada umumnya energi hanya bisa berpindah dari tempat yang
mengandung banyak energi ke tempat yang kurang mengandung energi.
Hukum kedua ini bisa digambarkan dengan terjadinya angin.
Hukum kedua ini bisa digambarkan dengan terjadinya angin.
Proses yang tidak dapat dibalik
arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya
dinamakan proses reversibel. Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya
hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang
dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat
dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalam
pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu
tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah
kebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin
kalor: “
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja
dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah
seluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan
entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi
dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.
Penerapan Hukum II
Termodinamika
Hukum I termodinamika menyatakan
bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.
Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan
teori ini, Anda dapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkan
memenuhi hukum kekekalan energi. Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi
tidak dapat diubah sekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi
dari suatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya
berubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah, sebagian besar
energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dan sebagian kecil berubah
menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya Anda balik, yaitu bola besi Anda
panaskan sehingga memiliki energi panas sebesar energi panas ketika bola besi
menumbuk tanah, mungkinkah energi ini akan berubah menjadi energi kinetik, dan
kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik?
Peristiwa ini tidak mungkin terjadi walau bola besi Anda panaskan sampai
meleleh sekalipun. Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas
hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yang
tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang
dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.
Peristiwa di atas mengilhami
terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan
energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini
dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika
dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda
bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam
arah kebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin
kalor: “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu
siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah
seluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan
entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel
terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.
Hukum II Termodinamika memberikan
batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa
perumusan.
- Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).
- Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).
- Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).
a. Pengertian Entropi
Dalam menyatakan Hukum Kedua Termodinamika ini,
Clausius memperkenalkan besaran baru yang disebut entropi (S).
Entropi adalah besaran yang menyatakan banyaknya energi atau kalor yang tidak
dapat diubah menjadi usaha. Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir
yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat
dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat
dinyatakan dengan persamaan
ΔS = Q/T
tersebut berlaku pada sistem yang mengalami
siklus reversibel dan besarnya perubahan entropi (ΔS) hanya bergantung
pada keadaan akhir dan keadaan awal sistem. Ciri proses reversibel adalah
perubahan total entropi ( ΔS = 0) baik bagi sistem maupun lingkungannya. Pada
proses irreversibel perubahan entropi semesta ΔSsemestea > 0 .
Proses irreversibel selalu menaikkan entropi semesta.
ΔSsistem +
ΔSlingkungan = ΔSseluruhnya > 0
b. Mesin Pendingin
Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan
mengalirkannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator).
Misalnya pendingin rungan (AC) dan almari es (kulkas). Perhatikan Gambar 9.9!
Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada suhu tinggi T1.
Berdasarkan hukum II termodinamika, kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama
dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap (Q1 = Q2 + W)
Hasil bagi antara kalor yang masuk (Q1)
dengan usaha yang diperlukan (W) dinamakan koefisien daya guna (performansi)
yang diberi simbol Kp. Secara umum, kulkas dan pendingin ruangan
memiliki koefisien daya guna dalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai Kp,
makin baik kerja mesin tersebut.
Kp = Q2 /W
Untuk gas ideal berlaku:
Keterangan
Kp : koefisien daya guna
Q1 : kalor yang diberikan pada
reservoir suhu tinggi (J)
Q2 : kalor yang diserap pada reservoir
suhu rendah (J)
W : usaha yang diperlukan (J)
T1 : suhu reservoir suhu tinggi (K)
T2 : suhu reservoir suhu rendah (K)
ENTROPI DAN HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA ~
Pengalaman sehari-hari
menunjukkan bahwa sebuah kolam tidak membeku di musim panas. Jika sebuah benda
panas berinteraksi dengan benda dingin, maka tak terjadi bahwa benda panas
tersebut semakin panas dan benda dingin semakin dingin, meskipun proses-proses tersebut
tidaklah melanggar hukum kekekalan energi yang dinyatakan sebagai hukum pertama
termodinamika.
Hukum kedua
termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas
dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua
termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk
suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari
menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada
temperatur yang lebih tinggi".
Bila ditinjau siklus
Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan:
pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan
isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah
kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas
tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya
merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan
tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi.
Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut
proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
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.
Steelwatch | titanium watch
BalasHapusTitanium titanium daith jewelry watches | titanium watch. 2018 ford fusion hybrid titanium The titanium bars quality baoji titanium of the steelwatch is something you will never have come across again. Features are 2020 ford edge titanium for sale made from stainless steel