Pengertian HUKUM II TERMODINAMIKA

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 .

Arah Proses Termodinamik

1.      Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut proses

ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung secara spontan pada satu arah

tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi

ke benda yang bersuhu rendah.

2.      Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung secara bolak-balik.

Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan

kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel

merupakan proses seperti-kesetimbangan(quasi equilibrium process).

Tiga Pernyataan Bagi Hukum Kedua Termodinamika

1.      Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas. (sebaliknya: dapat spontan?)

2.      Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha secara utuh, (sebaliknya: dapat

spontan?)

3.      Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak. (sistem terbuka: dapat

menumbuhkaketeraturan?)

Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas

[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

1. Pada taraf molekular:

–        Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya kepada lingkungannya

2. Pada taraf makroskopik:

–        Perlu pasokan energi / usaha, untuk mendinginkan sebuah benda

Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha

sepenuhnya[Kelvin (1824 – 1907) & Planck (1858 – 1947)]

1. Efisiensi mesin tidak dapat 100%

2. Diperlukan tandon panas dan tandon dingin

3. Tandon panas menjadi sumber energi

4. Perlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dingin

5. Biasanya tandon suhu terendah = atmosfer

Hukum II Termodinamika

1. Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu

rendah ke suhu tinggi (Clausius)

2. Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible jika tidak terjadi

proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)

3. Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambil energi dari suatu

sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk

menghasilkan kerja abadi (Ketidakmungkinan mesin abadi)

4. Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversible yang menghasilkan daya paling

ideal.  Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dicapai secara teoritis

Mesin Kalor

            Rangkaian dari beberapa proses termodinamika yang berawal dan berakhir pada

keadaan yang sama disebut siklus.                                          

                                                                                              

                                     

Untuk sebuah siklus, T = 0 oleh karena itu U = 0. Sehingga

                                                             Q = W.

Q menyatakan selisih kalor yang masuk (Q1) dan kalor  yang keluar (Q2) (Q = Q1- Q2) dan W

adalah kerja total dalam satu siklus.

Siklus Carnot

            Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan adengan siklus

antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien.

            Siklus Carnot terdiri dari proses isotermis dan proses adiabatis.

1.      Proses a-b : ekaspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan

kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini gas menyerap kalor Th dari

reservoir dan melakukan usaha Wab menggerakkan piston.  

2.      Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama

proses temperatur gas turun dari Th ke Tc  (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab.

3.      Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan

kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Qc dari

reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd

4.      Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama

proses temperatur gas naik dari Tc ke Th  dan mendapat usaha Wda .

Efisiensi dari mesin kalor siklus Carnot :

                        = W/Qh = 1 - Qc /Qh

karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)

maka

                        =  1 - Tc /Th

Mesin kalor yang telah dibahas sebelumnya menyatakan :

1.      kalor diserap dari sumbernya pada temperatur tinggi (Qh)

2.      Usaha dilakukan oleh mesin kalor (W).

3.      Kalor dilepas pada temperatur rendah (Qc).

Dari kenyataan ini menujukkan bahwa efisiensi mesin kalor tidak pernah berharga 100 %.

karena Qc selalu ada dalam setiap siklus. Dari sini Kelvin-Planck menyatakan :

“Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor, yang beroperasi pada suatu siklus, hanyalah

mentransformasikan ke dalam usaha semua kalor yang diserapnya dari sebuah sumber”.

Secara sederhana, kalor tidak dapat mengalir dari objek dingin ke objek panas secara spontan.

Entropi

            Konsep temperatur muncul dalam hukum ke-nol termodinamika. Konsep energi

internal muncul dalam hukum pertama termodinamika. Dalam hukum kedua termodinamika

muncul konsep tentang entropi.

Misal ada proses terbalikkan, quasi-statik,  jika dQ adalah kalor yang diserap atau dilepas

oleh sistem selama proses dalam interval lintasan yang kecil,

                                                dS = dQ/T

1.      Entropi dari alam naik bila proses yang berlangsung alamiah

2.      Perubahan entropi dari suatu sistem hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir

sistem.

     untuk proses dalam satu siklus perubahan entropi nol S = 0.

3.      Untuk proses adiabatik terbalikkan, tidak ada kalor yang masuk maupun keluar sistem,

maka S = 0. Proses ini disebut proses isentropik.

4.      Entropi dari alam akan tetap konstan bila proses terjadi secara terbalikkan.

Untuk proses quasi-statik, terbalikkan, berlaku hubungan : dQ = dU + dW dimana dW = pdV.

Untuk gas ideal, dU = ncv dT dan P = nRT/V, oleh karena itu

                                    dQ = dU + pdV = ncv dT + nRT  dV/V

bila dibagi dengan T

                                    dQ/T = ncvdT/T + nR  dV/V

                                    S = dQ/T = ncv ln(Tf/Ti) + nR ln(Vf/Vi)

Sumber : http://furqanwera.blogspot.com/2012/12/hukum-ii-termodinamika.html#ixzz3EILyF7CL