TERMODINAMIKA II

Oleh :@J01-Triyatno,@J02-Rizky,@J03-Angga

TERMODINAMIKA II

ABSTRAK

Hukum kedua termodinamika adalah ekspresi dari kecenderungan yang dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensi kimia dalam terisolasi sistem fisik . Dari keadaan kesetimbangan termodinamika , hukum menyimpulkan prinsip peningkatan entropi dan menjelaskan fenomena ireversibilitas di alam. Hukum kedua menyatakan ketidakmungkinan mesin yang menghasilkan energi yang dapat digunakan dari energi internal melimpah alam dengan proses yang disebut gerak abadi dari jenis yang kedua. Hukum kedua dapat dinyatakan dengan cara tertentu, tetapi rumusan pertama adalah dikreditkan ke ilmuwan Jerman Rudolf Clausius .Hukum biasanya dinyatakan dalam bentuk fisik proses mustahil. Dalam termodinamika klasik , hukum kedua adalah dasar dalil yang berlaku untuk setiap sistem yang melibatkan terukur panas transfer, sedangkan pada termodinamika statistik , hukum kedua adalah konsekuensidari unitarity dalam teori kuantum . Dalam termodinamika klasik, hukum kedua mendefinisikan konsep termodinamika entropi , sementara di entropi mekanika statistik didefinisikan dari teori informasi , yang dikenal sebagai entropi Shannon .

Hukum II Termodinamika

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).

Bunyi Hukum II Termodinamika

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”.

Pengertian Entropi

Termodinamika menyatakan bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyerupai perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Entropi sama seperti halnya tekanan dan temperatur, yang merupakan salah satu sifat dari sifat fisis yang dapat diukur dari sebuah sistem. Apabila sejumlah kalor Q diberikan pada suatu sistem dengan proses reversibel pada suhu konstan, maka besarnya perubahan entropi sistem adalah :

dengan:

ΔS = perubahan entropi ( J/K)

Q = kalor ( J)

T = suhu (K)

Mesin Kalor

Sebuah mesin kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja.

Mesin kalor memiliki tiga ciri utama:

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

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).

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 :

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

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

W merepresentasikan kerja yang dilakukan.

Ketika sebuah sistem melakukan proses siklus maka tidak terjadi perubahan energi dalam pada sistem. Dari hukum I termodinamika:

Untuk menghasilkan efisiensi yang tinggi, sebuah mesin kalor harus menghasilkan jumlah kerja yang besar dan kalor input yang kecil. Karenanya, efisiensi, e, dari suatu mesin kalor didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan oleh mesin W dengan kalor input QH:

Jika kalor input semuanya dikonversikan menjadi kerja, maka mesin akan mempunyai efisiensi 1.00, karena W = QH; dikatakan mesin ini memiliki efisiensi 100%, idealnya demikian.
Tetapi hal tersebut tidak mungkin QC tidak sama dengan nol

Sebuah mesin, harus mengikuti prinsip konservasi energi. Sebagian dari kalor input QH diubah menjadi kerja W, dan sisanya QC dibuang ke cold reservoir. Jika tidak ada lagi kehilangan energi dalam mesin, maka prinsip konservasi energi:

QH = W + QC

CONTOH SOAL

1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar….
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ

Pembahasan

Data :
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2

W = PΔV
Mencari V2 :
V2/T2 = V1/T1
V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ (A)

Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!

DAFTAR PUSTAKA

Furqan,lawera.2012.Hukum keduatermodinamika.https://furqanlawera.blogspot.com/2012/12/hukum-ii-termodinamika.html. diakses pada (8 oktober 2018)

Agung,rangga.2017. Mesin Kalor, Entropi, dan Hukum Kedua Termodinamika. https://physicsranggaagung.wordpress.com/2017/06/26/mesin-kalor-entropi-dan-hukum-kedua-termodinamika/. Diakses pada (8 oktober 2018)