Hukum II Termodinamika, Entropi, dan Mesin Kalor

Oleh: @Kel-K02
          Bayu Anggara Judiansyah (@K04-Bayu)
          Risza Kurniawan (K05-Risza)
          Faisal Rafi Prayogo (K06-Faisal)

Hukum 2 Termodinamika

Abstrak:

Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

1. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).
2. 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).
3. Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

Entropi

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkin manifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/bolak-balik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-proses ini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah menjadi kerja/usaha, maka secara teoretis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selama kerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu terdisipasi dalam bentuk panas buangan.

Entropi dapat diartikan sebagai ukuran ketidakteraturan. Dalam sistem tertutup peningkatan entropi diikuti oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya.

• Entropi pada Proses Temperatur Konstan
  Jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami proses reversibel dengan menyerap sejumlah kalor Q maka kenaikan entropi ∆S dapat dituliskan:

∆S = S₂ – S₁ = Q/T

Keterangan:
∆S= perubahan entropi (J/K)
S₁ = entropi mula-mula (J/K)
S₂ = entropi akhir (J/K)

• Entropi pada Proses Temperatur Berubah
  Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:
∆S = perubahan entropi (J/K)
S₁= entropi mula-mula (J/K)
S₂ = entropi akhir (J/K)
c = kalor jenis (J/kg K)
m = massa (kg)
T₁= suhu mula-mula (K)
T₂ = suhu akhir (K)

Entropi dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan. Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible (s1 = s2). Contoh sebuah proses reversible adalah ayunan bandul teoritis, dimana sama sekali tidak ada friksi yang menghambat ayunan. Dengan demikian, jika bandul diayunkan ke arah kanan sejauh x maka bandul akan kembali ke sebelah kiri sejauh x pula. Namun dalam kenyataannya, proses semacam ini sangat sulit ditemui karena friksi – meski hanya sedikit – pasti akan ada. Dalam kenyataannya, hampir semua proses yang terjadi di alam adalah irreversible. Dalam sebuah proses irreversible, pasti akan terjadi kenaikan entropi (s2 > s1).

Mesin Kalor

Sebuah mesin kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja. Mesin kalor memiliki tiga ciri utama:

   1.Kalor dikirimkan ke mesin pada temperatur yang relatif tinggi dari suatu tempat yang disebut reservoar

    2. Sebagian dari kalor input digunakan untuk melakukan kerja oleh working substance dari mesin, yaitu material dalam mesin yang secara aktual melakukan kerja (e.g., campuran bensin-udara dalam mesin mobil).

     3. Sisa dari kalor input heat dibuang pada temperatur yang lebih rendah dari  temperatur input ke suatu tempat yang disebut reservoar

Skema Mesin Kalor

Gambar ini melukiskan skema mesin kalor :

 1.     QH menyatakan besarnya input kalor, dan subscript H menyatakan hot reservoir.

 2.    QC menyatakan besarnya kalor yang dibuang, dan subscript C merepresentasikan cold reservoir.

   3.    W merepresentasikan kerja yang dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Ma’ruf, Mar’ie Zidan. 2017. Dengan artikel “Hukum II Termodinamika” dan https://oktetkimiacgmail.wordpress.com/2017/12/10/hukum-ii-termodinamika/ . Diakses pada 8 Oktober 2018.

Anonim. 2014. Dengan artikel “Hukum II Termodinamika” dan http://fisikazone.com/hukum-ii-termodinamika/ . Diakses pada 8 Oktober 2018.

Lohat, San. 2018. Dengan artikel “Hukum II Termodinamika” dan https://gurumuda.net/hukum-ii-termodinamika.htm . Diakses pada 8 Oktober 2018.

Min, Mas. 2016. Dengan artikel “Hukum Termodinamika 1 dan 2,Penjelasan, Rumus dan Contoh Pembahasan Soal Lengkap!” dan https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html  Diakses pada 8 Oktober 2018.

Wikipedia. 2017. Entropi dan https://id.wikipedia.org/wiki/Entropi Diakses pada 8 oktober 2018.

Darmawan, Alfiansyah. 2017. Mesin Kalor, Entropi, dan Hukum Kedua Termodinamika dan https://physicsranggaagung.wordpress.com/2017/06/26/mesin-kalor-entropi-dan-hukum-kedua-termodinamika/ Diakses pada 8 Oktober 2018.