TERMODINAMIKA II

(Gambar 1: Mind Maping)

Oleh: Denny Farazumar Arief Kelana, Arnando, dan Muhammad Bayu Adji (@Kel-J05, @J11-Denny, @J14-Arnando, @J17-Bayu).

ABSTRAK: Apa itu Hukum Termodinamika II? Hukum ini membatasi perubahan energi mana yang bisa terjadi dan yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagai cara, yaitu:

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 (besaran termodinamika yang menyertai suatu perubahan setiap keadaan dari awal sampai akhir sistem dan menyatakan ketidakteraturan suatu sistem). Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketia proses irreversible terjadi.

Kata Kunci: Hukum, Bunyi, Entropi, Kespontanan, Reaksi.

A. BUNYI HUKUM TERMODINAMIKA II

  “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”.

Hukum Termodinamika II dijelaskan sebagai berikut:

• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tr (Tt > Tr), memiliki efisiensi maksimum.

B. ENTROPI

 Entropi adalah ukuran tingkat ketidakpastian suatu zat dengan tinjauan molekuler. Entropi merupakan sifat dari zat, karena itu tidak tegantung proses. Dengan kata lain, entropi adalah ukuran keacakan atau ketidakteraturan suatu zat.

 Dalam sistem tertutup peningkatan entropi diikuti oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya.

1. 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)
   
   
2. Entropi pada Proses Temperatur Berubah.
   Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut.

   

   (Gambar 2: Rumus. Sumber: https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html#4-entropi-dan-hukum-ii-termodinamika)

   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)

Contoh Soal

1. Suatu mesin memiliki suhu reservoir tinggi 400°C dan suhu reservoir rendah 70°C. Hitunglah efisiensi mesin tersebut!

Diketahui :

Tt = 400°C = 673 K

Tr = 70°C = 343 K

Ditanyakan : η

Jawab:

(Gambar 3: Jawaban 1. Sumber: https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html#4-entropi-dan-hukum-ii-termodinamika)

Jadi efisiensi mesinnya adalah 49%.

2. Suatu sistem menyerap kalor sebesar 60 kJ pada suhu 27°C. Berapakah peubahan entropi system ini?

Diketahui:

Q = 60 kJ = 60.000 J

T = 27°C = 300 K

Ditanyakan: Perubahan Entropi?

Jawab:

(Gambar 4: Jawaban 2. Sumber: https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html#4-entropi-dan-hukum-ii-termodinamika)

Jadi perubahan entropi pada sistem adalah 200 J/K.

C. HUBUNGAN KESPONTANAN REAKSI DENGAN ΔG

  Energi bebas Gibbs dilambangkan dengan ΔG digunakan untuk memprediksi apakah suatu reaksi dapat berjalan atau tidak (spontan atau tidak). Reaksi berjalan spontan atau tidak, dapat dilihat dari tanda perubahan energi bebas Gibss, ΔG – nya. Jika ΔG bernilai positif maka reaksi tidak spontan atau tidak dapat terjadi. Tetapi jika tanda ΔG reaksi adalah negatif, maka reaksi dapat berlangsung dengan spontan.

  Kadang – kadang kespontanan reaksi juga dilihat dari harga perubahan entropi, ΔS - nya. Yang perlu diingat adalah tanda kespontanan reaksi jika dilihat dari harga ΔS adalah kebalikan dari ΔG. Jika ΔS bertanda + dan ΔG bertanda negatif, maka reaksi tersebut berlangsung dengan spontan.

Memprediksi pada Suhu Berapa Reaksi Dapat Berlangsung Spontan

Dari persamaan menghitung ΔG :

ΔG = ΔH – TΔS

Kita tahu bahwa reaksi dapat berlangsung spontan jika harga ΔG nya bertanda negatif atau lebih kecil dari 0. Secara matematika dapat kita buat sebagai berikut :

ΔG < 0

Jika kita gabungkan persamaan satu dengan yang kedua, maka hasilnya adalah sebagai berikut:

ΔG < 0

ΔH – TΔS < 0

Dengan meggunakan persamaan diatas, maka dapat mencari pada suhu berapakah suatu reaksi berlangsung spontan.

KESIMPULAN

Dapat disimpulkan bahwa hukum Termodinamika II tidak mungkin dapat bekerja dalam satu siklus baik menerima maupun mengambil kalor dari reservoir serta jika mesin bekerja dapat mencapai dan memiliki efisiensi maksimum.

DAFTAR PUSTAKA

• (2014. Termodinamika.gurupendidikan.com dalam: https://www.gurupendidikan.co.id/termodinamika-pengertian-prinsip-sistem-hukum-dan-rumus-beserta-contoh-soalnya-lengkap/#Hukum-Hukum_Termodinamika diakses tanggal 8 Oktober 2018).
• (2016. Hukum Termodinamika I & II.pelajaran.id dalam: https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html#4-entropi-dan-hukum-ii-termodinamika diakses tanggal 8 Oktober 2018).
• (Andrian. 2017. Konsep Energi Bebas Gibbs.avkimia.com dalam: https://www.avkimia.com/2017/06/konsep-energi-bebas-gibbs-dan-hubungannya-dengan-kespontanan-reaksi.html diakses tanggal 8 Oktober 2018).
• (Anwar, Syaiful. 2014. Entropi dan Kespontanan. dalam: https://www.slideshare.net/Syaifulanwar14027/entropi-dan-kespontanan diakses tanggal 8 Oktober 2018).