of 33 /33
Makalah Hukum 2 Termodinamika BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Termodinamika adalah nama yang diberikan untuk studi proses di mana energi ditransfer sebagai kalor dan sebagai kerja. Dalam termodinamika terdapat beberapa hukum yang meliputinya. Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa energi adalah kekal. Sebagai contoh, ketika sebuah benda yang panas diletakkan bersentuhan dengan benda yang dingin, kalor mengalir dari yang panas ke yang dingin, tidak pernah sebaliknya secara spontan. Jika kalor meninggalkan benda yang dingin dan masuk ke yang panas, energi akan tetap bisa kekal. Tetapi ini tidak berlangsung secara spontan. Ada banyak contoh lain dari proses yang terjadi di alam tetapi kebalikannya tidak pernah terjadi. Misal, cangkir kopi dan gelas akan pecah seketika jika Anda menjatuhkannya. Tetapi pecahannya tidak akan bersatu kembali seketika. Hukum termodinamika pertama, kekekalan energi, tidak akan dilanggar jika proses-proses ini terjadi dengan sebaliknya. Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas (bisa balik) para ilmuwan di paruh kedua abad sembilanbelas merumuskan prinsip baru yang dikenal dengan hukum termodinamika kedua. Hukum ini merupakan pernyataan mengenai proses yang terjadi di alam dan yang tidak. Hukum ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, semuanya sama. B. Rumusan Masalah 1. Bagaimana bunyi hukum termodinamika kedua? 2. Bagaimana pernyataan Kelvin-Planck dan Clausius tentang hukum termodinamika kedua? 3. Bagaimana kesetaraan perumusan Kelvin-Planck dan Clausius? 4. Apa itu proses reversibel dan ireversibel? 5. Apa itu entropi? C. Tujuan Penulisan

opo opoan iki

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ojo dibuka, tombo mumet

Text of opo opoan iki

Makalah Hukum 2 Termodinamika

BAB IPENDAHULUANA.Latar Belakang MasalahTermodinamika adalah nama yang diberikan untuk studi proses di mana energi ditransfer sebagai kalor dan sebagai kerja. Dalam termodinamika terdapat beberapa hukum yang meliputinya. Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa energi adalah kekal. Sebagai contoh, ketika sebuah benda yang panas diletakkan bersentuhan dengan benda yang dingin, kalor mengalir dari yang panas ke yang dingin, tidak pernah sebaliknya secara spontan. Jika kalor meninggalkan benda yang dingin dan masuk ke yang panas, energi akan tetap bisa kekal. Tetapi ini tidak berlangsung secara spontan.Ada banyak contoh lain dari proses yang terjadi di alam tetapi kebalikannya tidak pernah terjadi. Misal, cangkir kopi dan gelas akan pecah seketika jika Anda menjatuhkannya. Tetapi pecahannya tidak akan bersatu kembali seketika.

Hukum termodinamika pertama, kekekalan energi, tidak akan dilanggar jika proses-proses ini terjadi dengan sebaliknya. Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas (bisa balik) para ilmuwan di paruh kedua abad sembilanbelas merumuskan prinsip baru yang dikenal dengan hukum termodinamika kedua. Hukum ini merupakan pernyataan mengenai proses yang terjadi di alam dan yang tidak. Hukum ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, semuanya sama.B.Rumusan Masalah1.Bagaimana bunyi hukum termodinamika kedua?2.Bagaimana pernyataan Kelvin-Planck dan Clausius tentang hukum termodinamika kedua?3.Bagaimana kesetaraan perumusan Kelvin-Planck dan Clausius?4.Apa itu proses reversibel dan ireversibel?5.Apa itu entropi?

C.Tujuan Penulisan1.Menjelaskan bunyi hukum termodinamika kedua.2.Menjelaskan pernyataan Kelvin-Planck dan Clausius tentang hukum termodinamika kedua.3.Menjelaskan dan menyatakan kesetaraan perumusan Kelvin-Planck dan Clausius.4.Menjelaskan proses reversibel dan ireversibel.5.Menjelaskan apa itu entropi.D.MetodePenulisanPenulisan makalah ini melalui prosedur studi pustaka, baik media buku maupun internet. Semua informasi dan gagasan yang telah diperoleh dalam makalah ini, kami gabungkan menjadi satu kesatuan dan menyeluruh, untuk menjelaskan makalah kami tentang hukum termodinamika kedua, sehingga kami dapat menarik kesimpulan dari intisari pembahasan makalah ini.

BAB IIISIA.HUKUM KEDUA TERMODINAMIKAHukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah. Dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (arahnya dapat dibalik). Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak pernah mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya. Misalnya, jika sebuah kubus kecil dicelupkan ke dalam secangkir air kopi panas, kalor akan mengalir dari air kopi panas ke kubus es sampai suhu keduanya sama.(Marthen Kanginan, 2007: 246 dan 250)Gambar dibawah ini memperlihatkan dua sistem yang berbeda dan masing-masing dilingkupi oleh dinding adiabatik. Pada gambar (a) sebuah benda yang suhunya T1bersinggungan dengan benda lain (reservoir) yang suhunya T2. Jika suhu T2lebih tinggi dari pada T1maka sejumlah bahang akan mengalir dari reservoir masuk ke dalam benda pertama sampai akhirnya dicapai keadaan seimbang. Dalam keadaaan seimbang ini, suhu benda pertama berubah menjadi T2sama dengan suhu reservoir. Proses ini terjadi secara spontan. Seperti yang diketahui, reservoir adalah benda yang karena ukurannya besar atau karena sejumlah bahang mengalir keluar masuk ke dalamnya, suhunya tidak berubah.Gambar 1. Dua sistem berbeda oleh dinding adiabatik

Pada gambar (b) dilukiskan suatu bejana yang terbagi dua oleh diafragma. Bagian kiri berisi sejumlah gas dan bagian kanan hampa. Jika diafragma dirobek, maka sejumlah molekul gas dari bagian kiri akan bergerak memasuki bagian kanan sampai akhirnya dicapai keadaan seimbang dengan kedua bagian mempunyai tekanan yang sama. Proses inipun tak dapat berlangsung ke arah sebaliknya. Dari keadaan seimbang dengan molekul-molekul gas menempati kedua bagian dengan tekanan yang sama kemudian sejumlah molekul bergerak ke kiri sampai akhirnya bagian kanan menjadi hampa. Dari varian di atas dapat disimpulkan bahwa tampaknya hukum pertama tidak sensitif terhadap arah proses.Hukum pertama termodinamika tidak dapat menjelaskan apakah suatu proses mungkin terjadi ataukah tak mungkin terjadi. Oleh karena itu, muncullah hukum kedua termodinamika yang disusun tidak lepas dari usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang merupakan fungsi keadaan. Ternyata orang yang menemukannya adalah Clausius dan besaran itu disebut entropi. Hukum kedua ini dapat dirumuskan sebagai berikut:Proses suatu sistem terisolasi yang disertai dengan penurunan entropi tidak mungkin terjadi. Dalam setiap proses yang terjadi pada sistem terisolasi, maka entropi sistem tersebut selalu naik atau tetap tidak berubah.Hukum kedua termodinamika memberikan batasan dasar pada efisiensi sebuah mesin atau pembangkit daya. Hukum ini juga memberikan batasan energi masukan minimum yang dibutuhkan untuk menjalankan sebuah sistem pendingin. Maka hukum kedua secara langsung menjadi relevan pada banyak soal praktis yang penting. Hukum kedua termodinamika juga dapat dinyatakan dalam konsep entropi yaitu sebuah ukuran kuantitatif derajat ketidakaturan atau keacakan sebuah sistem.Dari hasil percobaan para ahli menyimpulkan bahwa mustahil untuk membuat sebuah mesin kalor yang mengubah panas seluruhnya menjadi kerja, yaitu mesin dengan efisiensi termal 100%. Kemustahilan ini adalah dasar dari satu pernyataan hukum kedua termodinamika sebagai berikut :Adalah mustahil bagi sistem manapun untuk mengaalami sebuah proses di mana sistem menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan awalnya.Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan mesin dari hukum kedua termodinamika.Dasar dari hukum kedua termodinamika terletak pada perbedaaan antara sifat alami energi dalam dan energi mekanik makroskopik. Dalam benda yang bergerak, molekul memiliki gerakan acak, tetapi diatas semua itu terdapat gerakan terkoordinasi dari setiap molekul pada arah yang sesuai dengan kecepatan benda tersebut. Energi kinetik dan energi potensial yang berkaitan dengan gerakan acak menghasilkan energi dalam.Jika hukum kedua tidak berlaku, seseorang dapat menggerakkan mobil atau pembangkit daya dengan mendinginkan udara sekitarnya. Kedua kemustahilan ini tidak melanggar hukum pertama termodinamika. Oleh karena itu, hukum kedua termodinamika bukanlah penyimpulan dari hukum pertama, tetapi berdiri sendiri sebagai hukum alam yang terpisah. Hukum pertama mengabaikan kemungkinan penciptaan atau pemusnahan energi. Sedangkan hukum kedua termodinamika membatasi ketersediaan energi dan cara penggunaan serta pengubahannya.Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda yang lebih dingin, tidak pernah sebaliknya. Sebuah pendingin mengambil panas dari benda dingin ke benda yang lebih panas, tetapi operasinya membutuhkan masukan energi mekanik atau kerja. Hal umum mengenai pengamatan ini dinyatakan sebagai berikut :Adalah mustahil bagi proses mana pun untuk bekerja sendiri dan menghasilkan perpindahan panas dari benda dingin ke benda yang lebih panas.Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan pendingin dari hukum kedua termodinamika.Pernyataan pendingin ini mungkin tidak tampak berkaitan sangat dekat dengan pernyataan mesin. Tetapi pada kenyataannya, kedua pernyataan ini seutuhnya setara. Sebagai contoh, jika seseorang dapat membuat pendingin tanpa kerja, yang melanggar pernyataan pendingin dari hukum kedua, seseorang dapat mengabungkannya dengan sebuah mesin kalor, memompa kalor yang terbuang oleh mesin kembali ke reservoir panas untuk dipakai kembali. Meski gabungan ini akan melanggar pernyataan mesin dari hukum kedua, karena selisih efeknya akan menarik selisih panas sejumlahdari reservoir panas dan mengubah seutuhnya menjadi kerjaW.Perubahan kerja menjadi panas, seperti pada gesekan atau aliran fluida kental (viskos) dan aliran panas dari panas ke dingin melewati sejumlah gradien suhu, adalah suatu prosesireversibel.Pernyataan mesin dan pendingin dari hukum kedua menyatakan bahwa proses ini hanya dapat dibalik sebagian saja. Misalnya, gas selalu mengalami kebocoran secara spontan melalui suatu celah dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Gas-gas dan cairan-cairan yang dapat bercampur bila dibiarkan akan selalu tercampur dengan sendirinya dan bukannya terpisah. Hukum kedua termodinamika adalah sebuah pernyataan dari aspek sifat searah dari proses-proses tersebut dan banyak prosesireversibellainnya. Perubahan energi adalah aspek utama dari seluruh kehidupan tanaman dan hewan serta teknologi manusia, maka hukum kedua termodinamika adalah dasar terpenting dari dunia tempat makhluk hidup tumbuh dan berkembang.Gambar 2. Diagram aliran energi untuk bentuk-bentuk yang ekuivalen dari hukum kedua. (a) Sebuah pendingin tanpa kerja (kiri), jika ada, dapat dikombinasikan dengan mesin kalor biasa (kanan) untuk membentuk sebuah perangkat gabungan yang berfungsi sebagai mesin dengan efisiensi 100%, mengubah panasseutuhnya menjadi kerja. (b) Sebuah mesin dengan efisiensi 100% (kiri), jika ada dapat dikombinasikan dengan pendingin biasa (kanan) untuk membentuk sebuah pendingin tanpa kerja, memindahkan panasQCdari reservoir dingin ke reservoir panas tanpa selisih masukan kerja. Karena keduanya adalah mustahil, maka yang satunya pun akan mustahil.

(Sears dan Zemansky, 2000: 561-562)B.PERNYATAAN KELVIN-PLANCK DAN RUDOLF CLAUSIUS TENTANG HUKUM KEDUA TERMODINAMIKADua formulasi dari hukum kedua termodinamika yang berguna untuk memahami konversi energi panas ke energi mekanik, yaitu formulasi yang dikemukakan oleh Kelvin-Planck dan Rudolf Clausius. Adapun hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut :1.Formulasi Kelvin-PlanckTidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.(4-1)DimanaW= Q1 Q2,sehingga(4-2)

2.Formulasi ClausiusTidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas.Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah) dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada pompa untuk melakukan usaha.(Marthen Kanginan, 2007: 249-250)Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan. Kelvin mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain. Karena pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka perumusan itu digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua termodinamika. Perumusan ini diungkapkan demikian :Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usahaOleh Clausius, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan ungkapan :Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir bertemperatur rendah dan memindahkan kalor ini ke reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai perubahan lain. Memindahkan kalor dari temperatur rendah ke temperatur tinggi kalau terus-menerus, akan membuat reservoir dingin menjadi lebih dingin lagi, dan reservoir panas menjadi lebih panas lagi. Adapun proses yang terjadi pada pesawat pendingin seperti lemari es adalah sebagai berikut :a.Zat cair pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang. Proses ini disebut proses Joule-Kelvin.b.Tiba diruang yang lapang itu (evaporator) zat cair berkurang tekanan dan temperaturnya, serta menguap pula. Untuk menguap, zat cair itu memerlukan kalor yang diserapnya dari reservoir T2.(Benda yang akan didinginkan itulah yang menjadi reservoir dingin).c.Uap pada tekanan rendah ini masuk kompresor, dimampatkan, sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tinggi dari pada temperatur reservoir T1(dan T1T2).d.Tiba di kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T1.Selaku reservoir T1dapat digunakan udara dalam kamar, ataupun air.Zat yang sering digunakan pada pesawat pendingin adalah freon atau amoniak. Proses yang sebenarnya berlangsung amat rumit. Dengan mengabaikan banyak hal dapatlah dilukiskan siklus yang mirip (gambar). Siklus ini terdiri atas:a.Gambar 4. Siklus pesawat pendingin

Gambar 3. Bagan pesawat pendingin

proses Joule-Kelvin. Selama proses ini keadaan sistem bukanlah keadaan seimbang, karena itu tidak diketahui harga p dan V dari saat yang satu ke saat yang lain. Hanya keadaan awal (keadaan 1) dan keadaan akhir (keadaan 2) yang merupakan keadaan seimbang dengan harga p dan V yang tertentu. Karena itulah keadaan sistem selama proses itu tidak dapat dilukiskan sebenarnya.Dalam gambar 3, proses ini dinyatakan oleh titik.b.penguapan terjadi pada tekanan dan temperature tetap, dengan penyerapan kalor sebesar Q2.c.pemampatan secara adiabatik, sampai temperatur uap melebihi harga T1.d.pendinginan pada tekanan tetap sampai temperatur uap mencapai harga T1,dilanjutkan dengan pengembunan pada tekanan tetap dan temperatur tetap.Azas kerja pesawat pendingin ini tidak menentang perumusan Clausius karena pada pesawat ini harus dilakukan usaha dari luar sebesar W yang dinyatakan oleh luas bagian yang dibatasi 12341. Dari hukum pertama termodinamika diketahui,(4-3)Jadi, selain pemindahan kalor dari reservoir dingin (T2) ke reservoir panas (T1), terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di.(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1983: 203-206)Pernyataan Clausius tentang hukum kedua termodinamika adalah sebagai berikut:Suatu poses tidak mungkin terjadi, bila satu-satunya hasil adalah sejumlah arus bahang yang mengalir keluar dari suatu sistem dengan suhu tertentu dan semuanya masuk kedalam sistem lain pada suhu yang lebih tinggi.Hal ini dijelaskan sebagai berikut:T2> T1

Andaikan proses tersebut dapat berlangsung, seperti yang dilukiskan pada gambar 7-5. Perubahan entropi sistem (reservoir) A dan B adalah(4-4)Gambar 5. Proses perpindahan kalor ke suatu sistem

Kedua sistem itu bersama-sama merupakan sebuah dunia semesta. Perubahan entropi semesta ini adalah(4-5)Perubahan entropi total ini negatif karenaT2> T1sehingga suku pertama yang negatif pada ruas kanan lebih besar dari pada suku kedua. Ini berarti bahwa dalam proses ini entropi menurun, sehingga menurut hukum kedua proses tersebut tidak mungkin terjadi.Pada mesin pendingin (refrigerator) memang arus bahang mengalir dari reservoir dengan suhu yang lebih rendah ke reservoir yang suhunya lebih tinggi, tetapi arus bahang ini tidak sama besar. Disamping itu arus bahang bukanlah satu-satunya hasil dalam proses tersebut, sebab masih ada uasaha yang dilakukan pada mesin.Pernyataan Kelvin-Planck tentang hukum kedua termodinamika adalah sebagia berikut:Suatu proses siklik tidak mungkin terjadi bila satu-satunya hasil adalah arus panas Q yang mengalir keluar dari suatu reservoir pada suhu tertentu dan seluruhnya dapat diubah menjadi usaha mekanik.Proses semacam ini andaikata dapat berlangsung tidak bertentangan dengan hukum pertama termodinamika, namun akan kenyataan bertentangan dengan hukum kedua termodinamika. Pada gambar 6, dilukiskan proses tersebut jika dapat berlangsung.

Gambar 6. Arus panas yang mengalir keluar

Reservoir mengalami perubahan entropi sebesardan tak ada kompensasi kenaikan entropi pada sistem lain. Oleh karena itu proses tersebut tidak mungkin terjadi. Pada mesin pemanas besar kerja itu tidak sama dengan seluruh arus bahang, disamping itu ada sejumlah bahang yang masuk kedalam sistem (reservoir) kedua.Pernyataan Clausius tentang hukum kedua termodinamika menunjukkan bahwa efisiensi termal sesuatu mesin pemanas atau koefisien penampilan mesin pendingin mempunyai batas atas. Pada gambar 7 (a) dilukiskan sebuah mesin bahang yang beroperasi antara dua reservoir dengan suhu T1dan T2, (T2> T1). Sedangkan pada gambar (b) dilukiskan sebuahrefrigeratoryang juga beroperasi antara T1dan T2.Gambar (a) yaitu sebuah mesin bahang yang beroperasi antara sepasang reservoir dengan suhu T1dan T2. Menurut asas entropi, maka perubahan asas entropinya adalah(4-6)Atau(4-7)Atau(4-8)Atau(4-9)Gambar 7. (a) Mesin bahang; (b)Refrigerator

Ruas kanan pada persamaan diatas adalah efisiensi termal mesin Carnot. Karena itu dapat disimpulkan bahwa efisiensi termal maksimum suatu mesin yang beroperasi antara dua reservoir sama dengan efisiensi termal mesin Carnot yang beroperasi antara dua reservoir yang suhu-suhunya sama.Gambar (b) melukiskan sebuahrefrigeratoryang beroperasi antara dua reservoir dengan suhu T1dan T2.Andaikan sejumlah massa air yang suhunya T1didinginkan agar menjadi es. Setelah menempuh sejumlah siklus sejumlah bahang Q1telah dipindahkan dari air, sejumlah kerja telah diberikan kepada refrigerator dan sejumlah bahangQ2= Q1+ Wtelah dilepaskan ke dalam reservoir T2.Perubahan entropi :1)Untuk massa air(4-10)2)Untuk refrigeran(4-11)3)Untuk reservoir(4-12)Jika diterapkan asas entropi :(4-13)Atau(4-14)Atau(4-15)(Dimsiki Hadi, 1993: 201-205)

Wmindapat digunakan untuk memperkirakan biaya minimum bagi refrigerator.

C.Kesetaraan Perumusan Kelvin-Planck dan ClausiusGambar 8. (a) Motor bakar; (b) Pesawat pendingin

Jika ditinjau sepintas, seakan-akan kedua perumusan itu tidak kena mengena. Tetapi dapat ditunjukkan bahwa sebenarnya kedua perumusan itu setara, dalam arti kalau perumusan Clausius tidak benar, perumusan Kelvin-Planck pun tidak benar pula. Demikian juga sebaliknya. Secara simbolik, sebuah motor bakar dinyatakan seperti terlukis dalam gambar 8 (a) dan pesawat pendingin seperti gambar 8 (b).1.Misalkan perumusan Clausius tidak benar.Jika demikian halnya, dapatlah dibuat pesawat pendingin yang dapat memindahkan kalor dari reservoir dingin ke reservoir panas tanpa usaha dari luar yang digunakan serempak dengan motor bakar biasa. Dalam hal ini, diusahakan agar pesawat dingin itu mampu menyerap seluruh kalor yang oleh motor bakar diberikan kepada reservoir dingin sehingga diperoleh gabungan yang terlukis seperti gambar berikut ini :

Gambar 9. Gabungan antara pendingin yang menentang Clausius dengan motor-bakar biasa T1

Gambar 10. Hasil akhir gabungan

Adapun hasil gabungan ini adalah :Reservoir T2menerima kalorQ2dari motor bakar, tetapi kalor sebesar ini pula diambil oleh pesawat pendingin. Jadi netto, reservoirT2ini mendapat maupun kehilangan kalor.Ini berarti reservoirT2tidak diperlukan.Gambar 11. Gabungan antara pesawat yang menentang Kelvin Planck dengan pesawat pendingin biasa.

ReservoirT1menerima kalor sebanyak Q2 dari pesawat pendingin, tetapi memberikan kalor Q1 > Q2 kepada motor bakar.Jadi netto, reservoir itu kehilangan kalor sebanyakQ1- Q2. Tetapi motor bakar itupun melakukan usaha sebanyakQ1- Q2. Jadi, dapat disimpulkan bahwa reservoir T1memberikan kalorQ1- Q2kepada gabungan itu, dan gabungan itu melakukan usaha sebanyakW = Q1-Q2. Jika demikian halnya, gabungan ini merupakan pesawat yang menentang persamaan Kelvin-Planck. Jadi, Kalau perumusan Clausius tidak benar, maka perumusan Kelvin-Planck pun tidak benar pula.

2.Misalkan perumusan Kelvin-Planck tidak benar.Dalam hal ini, seseorang dapat membuat pesawat yang menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah kalor itu menjadi usaha.Usaha dapat digunakan untuk menjalankan pesawat pendingin biasa (gambar 11).Alhasil reservoir T1itu menerima kalor sebanyakQ2 + W-Q1= Q2+Q1-Q1=Q2Sedangkan dari reservoirT2diambil kalor sebanyak Q2 juga. Jadi, gabungan itu memindahkan kalor Q2 dari reservoir dingin (T2) ke reservoir panas (T1) tanpa perubahan lain apapun. Gabungan ini bertentangan dengan perumusan Clausius. Dengan demikian, perumusan Clausius setara dengan perumusan Kelvin-Planck.(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1983: 206-207)D.REVERSIBEL DAN IREVERSIBELProses yang tidak menyalahi hukum kedua, dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu reversibel dan ireversibel (terbalikkan dan tak terbalikkan). Marilah kita tinjau suatu sistem terisolasi. Hukum kedua mengatakan bahwa tidaklah mungkin terjadi suatu proses yang akan mengurangi entropi. Andaikan sistem itu mengalami suatu proses dengan arah yang kita sebut saja ke depan. Jika proses itu terjadi dengan kenaikan entropi, maka andaikan terjadi proses sebaliknya (ke belakang) pastilah akan disertai penurunan entropi dan ini tak mungkin. Maka dikatakan bahwa proses yang terjadi ke arah depan itu disebut ireversibel.Bila ada proses ke depan itu tidak terjadi perubahan entropi maka pada proses sebaliknya juga tidak akan terjadi perubahan entropi. Dengan demikian maka proses dapat berlangsung ke arah manapun tanpa menyalahi hukum kedua. Proses reversibel adalah proses yang tak menghasilkan entropi.Kebanyakan proses yang nyata adalah ireversibel, namun banyak pula yang dapat diidealkan sebagai proses reversibel. Beberapa proses demikian misalnya adalah prosesproses berikut.1)Untai listrik dengan kapasitor dan induktor, tanpa resistor.2)Kotak beroda pada rel licin (tanpa gesekan) yang dihubungkan dengan satu ujung pegas, ujung lain terikat pada dinding.3)Gas dalam bejana tertutup piston yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan; piston dihubungkan dengan satu ujung pegas dan ujung pegas yang lain terikat pada dinding.(Dimsiki Hadi, 1993: 192-193)Misalkan sebuah sistem mengalami suatu proses, berubah dari keadaan A ke keadaan B. jika, sesudah proses itu selesai, sistem dan lingkungannya dapat dikembalikan ke keadaan semula, sehingga pada hasil akhirnya tiada kalor yang berpindah dan tiada usaha yang dilakukan, maka proses tersebut disebut proses reversibel. Proses yang tidak memenuhi syarat ini disebut proses ireversibel.Tinjaulah lagi proses perpindahan kalor dari benda A (yang bertemperaturTA) ke benda B (yang bertemperaturTB< TA), bila kedua buah benda itu bersentuhan. Setelah kedua-duanya bertemperatur sama, T dapatkah masing-masing di kembalikan kekeadaan semula? Dapat! Yang diperlukan hanyalah dua buah reservoir: yang sebuah bertemperaturTAdan yang lainTB.Kemudian benda A dibiarkan bersentuhan dengan reservoirTA, benda B bersentuhan dengan reservoirTB. Maka pada akhirnya benda A bertemperaturTAdan benda B bertemperaturTB, seperti sebelum proses. Tetapi terjadi pula perubahan lain di lingkungannya: reservoirTAkehilangan kalor sebesarQ, sedang reservoirTBmenerima kalor sebesarQ. Dapatkah kalorQdipindahkan dari reservoirTBke reservoirTAtanpa perubahan lain? Jelas tidak dapat! Karena itulah proses tersebut dikatakan ireversibel.Agar suatu proses reversibel haruslah dalam proses itu tidak ada gesekan dan tidak ada pula ketidakseimbangan. Proses seideal itu tidak mungkin ada. Kalau proses itu quasistatik dan di dalamnya gesekan dapat diabaikan, cukuplah sudah proses itu dianggap reversibel.(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1983: 208)E.Entropi1.Konsep entropiDalam suatu sistem dengan sejulah koordinat termodinamik sebarang, semua kedadaan yang dapat dicapai dari suatu keadaan mul tertentu melalui porses adiabatik terbalikan, terletak ada suatu permukaan (atau hiperpermukaan)(t, X, X,) = tetap. Seluruh ruang t, X,X , dapat dianggap dipotong oleh sejumlah permukaan yng tak berpotongan sejenis ini, masing-masing dengan hargayang berbeda. Dalam proses nonadiabat terbalikkan yng menyankut pemindahan kalorQ, suatu sistem dalam keadaan yang dinyatakan oleh titik yang terletak pada permukaanakan berubah hingga titik keadaanya terletak pada permukaan lain+ d. Telah kita lihat bahwa(4-16)dengan 1/menyatakan faktor integrasi dariQ, yang bias dinyatakan melalui=(t) f ()(4-17)Sehingga Q =(t) f ().(4-18)Karena tempertur Kelvin T didefinisikan sedemikian sehinggaT/T = Q/ Q, dengansama untuk kedua pemindahan kalor itu, makaT = k(t),(4-19)Dengan kenyatakan tetapan sembarang. Jadi,(4-20)Karenamerupakan fungsi sebenarnya dari t,X,X,., maka ruas kanan merupakan diferensial saksama yang akan diberi lambingdS, sehingadS=,

(4-21)Tikalas R ditulis untuk menekankan bahwaQharus dipindahkan secara terbalikkan. Kuantitas S disebut entropi sistem, dandSmenyatakan perubahan entropi infinitesimal dari sistem. Dalam perubahan keadaan yang berhingga dari I ke f, perubahan entropinya ialah-, dengan-=

(4-22)(Zemansky Dittman, hal: 201-202)Dalam siklus Carnot disebutkan bahwaadalah bahang yang masuk ke dalam sistem danbahang yang keluar dari sistem. Apabila masing-masing diberi tanda yang berbeda. Bahang yang masuk kedalam sistem yaitudiberi tanda positif dan bahangyang keluar dari sistem diberi tanda negatif karena itu untuk siklus Carnot.(4-23)Atau0(4-24)Gambar 12. Proses siklis reversibel dapat didekati dengan sejumlah besar siklus Carnot.

Selanjutnya ditinjau suatu proses siklik reversibel sebarang seperti yang terlukis pada gambar 12, berupa satu kurva tertutup. Proses semacam ini dapat didekati sedekat-dekatnya oleh sejumah besar siklus carnot kecil-kecil dengan arah yang sama. Bagian-bagian adiabatik siklus-siklus itu dilalui dua kali dengan arah yang berlawanan, sehingga saling melenyapkan. Hasil keseluruhannya menjadi suatu garis bergerigi yang tertutup. Jika siklus-siklusitu dibuattak terhinggakecil, maka bagian-bagian adiabatik seluruhnya saling melenyapkan, sementara bagian-bagian isotermal tidak.Jika suatu siklus kecil beroperasi antara suhudandengan aliran bahang yang berkaitandan,untuk maka untuk siklus itu berlaku persamaan(4-25)Jika dijumlahkan untuk semua siklus, diperoleh(4-26)Indeks r digunakan untuk menunjukkan bahwa proses itu reversible. Dalam keadaan limit, jika siklus siklus itu dibuat tak terhingga kecil, maka proses yang terbentuk seperti gigi gergaji itu menjadi sangat dekat dengan proses siklik aslinya. Tanda sigma di atas boleh diganti dengan tanda integral tertutup. Jadi(4-27)Besaran Q seperti sudah dijelaskan, bukanlah fungsi keadaan, sehinggabukan differensial eksak. Tetapi/ T adalah differensial eksak yang untuk selanjutnya akan diberi lambangdS. BesaranSinilah yang disebut entropi dan merupakan fungsi keadaan. Jadi(4-28)Persamaan (4-27) dapat ditulis menjadi(4-29)Satuan S dalam sistem SI atau MKS adalah. Entropi adalah besaran ekstentif yang bila dibagi dengan jumlah massa m atau jumlah mol n menjadi entropi jenis s.atauSatuan entropi jenis s menjadi J.atau J.dalam sistem SI dan J.dalam satuan MKS.(Dimsiki Hadi, 1993: 193-195)Gambar 13. Proses reversibel sebarang (garis penuh dan mulus), di tumpangi oleh sederet siklus Carnot (garis putus-putus).

Dalam Gambar 13 terlukis proses reversible sebarang (garis penuh dan mulus), diumpangi oleh sederet siklus carnot (garis putus putus). Jika siklus itu dibuat makin halus dan makin banyak, maka sederet siklus itu hasilnya makin mendekati siklus semula. Dalam limitnya bolehlah dikatakan siklus semula itu digantikan oleh sederet siklus Carnot.Untuk sebuah siklus Carnot yang menerima kalorpada tempereturdan memberikan kalorpada temperaturberlakulah(4-30)Karena= -(sebab< 0), maka(4-31)Atau+= 0.(4-32)Untuk sederet siklus Carnot diperoleh= 0Jika siklus Carnot diperhalus dan diperbanyak, makadan penjumlahan dapat diganti oleh integrasi:(4-33)Dalam ungkapan inimenyatakan bahwa integrasi dilakukan dalam siklus (ialah siklus semula). Siklus itu dapat dianggap terjadi dari dua bagian:danmengikuti arah anak panah terlukis. Dengan demikian integral itu juga dapat dianggap terjadi dari dua bagian:(4-34)KarenaKita peroleh(4-35)Gambar 15. Berbagai proses reversibel antara keadaan 1 dan 2.

Gambar 14. Integral dalam siklus

Atau.(4-36)

Bagian B pada siklus B dapat diganti oleh proses lain, misalnya C, asalkan C ini reversibel pula (gambar 15). Dengan penalaran yang sama kita peroleh=.(4-37)Penalaran ini dapat diteruskan, sehingga kita peroleh== (4-38)Maka dapatlah kita simpulkan bahwa harga, hanya bergantung pada titik awal (keadaan 1) dan titik akhir (keadaan 2) tidak pada proses khusus, asalkan proses reversibel. Dengan demikian dapat dituliskan= S (2) S (1).(4-39)R menyatakan proses reversibel sebarang. Karena= S (2) S (1).Dapat dituliskan pula= dS.(4-40)Besaran S merupakan fungsi keadaan, disebut entropi;dSmerupakan diferensial eksak. Dalam matematika dikatakan 1/T sebagai faktor integrasi, ialah faktor yang membuat diferensial tidak eksak () menjadi diferensial eksak (dS). Perlu ditekankan lagi bahwa hal ini berlakuhanya untuk prosesreversibel. Untuk proses irevesibel, berlaku.(4-41)Contoh: Kita tinjau sistem yang bertemperatur T-dT bersentuhan dengan reservoir yang bertemperatur T. maka sistem menerima kalorQ secara reversible, entropinya berubah dengan=Q/T. Reservoir kehilangan kalor, berarti menerima Q, entropinya berubah dengand= -Q/T. Dalam proses ini dalam alam terjadi perubahan entropi=+=-= 0(4-42)Bagaimana halnya jika beda temperatur antara sistem dan reservoir itu finit? misalkan temperatur reservoir, temperatur sistem mula-mula>. Misalkan pula sistem mempunyai kapasitas termal C (tetap). Maka sistem menerima kalor sebesarQ == C (-.(4-43)Reservoir menerima kalor sebesar Q = - C (-). Karena reservoir itu mempunyai sifat temperatur tetap, walaupunmenerima kalor (berarti kapasitas termalnya besar sekali) maka proses dalam reservoir itu reversibel (sebab quastitatik dan tidak ada gesekan).Perubahan entropi reservoir:=-=-C(4-44)Untuk menghitung perubahan entropi sistem, haruslah dibayangkan suatu proses reversibel yang mengubah temperatur sistem darimenjadi. Hal ini dilakukan misalnya dengan sederet reservoir (Gb.3.10), sebab dalam proses ireversibel kita tidak dapat menghitung entropi, tetapi bahwa keadaan awal dan akhir sistem itu seimbang telah diketahui. Maka== C.(4-45)Dalam alam terjadi perubahan entropi=+= C.(4-46)Dapat dituliskan== 1 +.Kalau/kecil, dapat dituliskan pula/)/.MakaC ( -+) > 0 sebab>(4-47)Demikian pula jika 0 juga.(kalau/tidak kecil,lebih besar lagi!)Dari contoh ini tampak bahwa bila terjadi pross ireversibel, entropi dalam alam ini bertambah.Kalau proses yang terjadi itu benar-benar reversibel, misalnya sederet reservoir itu dan=+= - C+- C= 0.(4-48)Jadi dalam perjalanan proses reversible ini, dalam alam tidak terjadi perubahan entropi.Dapat ditunjukkan (tetapi tidak disini) bahwa tiap proses yang terjadi dalam alam timbul perubahan entropiS0.Tanda = dalam ungkapan ini berlaku untuk proses reversibel, dan tanda > untuk proses ireversibel. Ini disebutazas entrop ,azas ini merupakan perumusan Hukum II Termodinamika pula.Untuk sistem yang dilingkupi oleh dinding adiabatik, lingkupan sistem tidak terpengaruh oleh proses yang terjadi dalam sistem.Untuk proses dalam sistem itu=

Gambar 16. Benda berbeda temperatur, bersentuhan dan terisolasi

Jika dalam sistem yang tertutup ini mula-mula terdapat ketidakseimbangan, maka terjadilah proses yang menuju keseimbangan. Selama proses ini terjadi,sebab proses ini ireversibel.Setelah keseimbangan tercapai, proses itu berhenti dan tiada perubahan entropi lagi, ini berarti bahwa dalam proses menuju keseimbangan itu entropi sistem menuju ke harga maksimumnya. Untuk latihan dapatlah kita menghitung perubahan entropi yang terjadi bila dua buah benda yang semula berbeda temperaturnya bersentuhan. Lingkupi kedua benda itu dengan dindingadiabatik (gambar 17) walaupun secara keseluruhan Q = 0.(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1983:213-217)2.Perubahan EntropiGambar 17. Pemuaian bebas dari suatu gas ideal. (a) Gas tersebut dibatasi ke sebelah kiri dar wadah yang diisolasi oleh keran tertutup. (b) Pada saat keran dibuka, gas berdesakan mengisi seluruh wadah. Proses ini disebut ireversibel yaitu tidak terjadi dalam arah sebaliknya. Gas mengumpul secara spontan di sebelah kiri dari wadah.

Gambar 17 (a) menunjukkan gas dalam keadaan setimbang awalnyaidibatasi oleh keran tertutup disebelah kiri dari wadah yang terisolasi secara termal. Apabila kita membuka keran tersebut, gas akan berdesakan untuk mengisi seluruh wadah, pada akhirnya mencapai keadaan kesetimbangan akhir f seperti yang di tunjukkan digambar 17 (b). Hal ini adalah sebuah proses ireversibel.Kurvap-Vdari proses dalam gambar 18 menunjukkan tekanan dan volume dari suatu gas dalam keadaan awalnyaidan keadaan akhirf. Tekanan dan volume adalah sifat keadaan, sifat yang bergantung hanya pada kondisi gas dan tidak pada bagaimana gas mencapai kondisi itu. Sifat keadaan yang lain adalah suhu dan energi. Sekarang kita menganggap bahwa gas masih memilki sifat keadaan yang lain entropinya. Lebih dari itu, kita definisikan perubahan dalam entropidari suatu sistem selama suatu proses yang membuat sistem dari keadaan awalike keadaan akhir f sebagai=-=(4-49)

Gambar 18. Diagramp Vmenunjukkan keaadan awalikeadaan akhirfdari pemuaian bebas dari Gambar 17. Keadaan intermediat dari gas tidak dapat ditunjukkan karena gas-gas tersebut tidk berada dalam keaadan setimbang.

DisiniQadalah energi yang dipindahkan sebagai kalor ke atau dari sistem dalam satuan Kelvin. Jadi, perubahan entropi tidak bergantung hanya pada perindahan kalor, tetapi juga pada suhu dimana perpindahan terjadi. KarenaTselalu bernilai positif, tandasama sepertiQ. kita lihat dari pers. (4-49) bahwa satuan SI untuk entropi dan perubahan entropi adalah joule per Kelvin.Namun terdapat masalah dalam menerapkan pers. (4-49) untuk pemuaian bebas dari gambar 17. Pada saat gas berdesakan untuk mengisi seluruh wadah, maka tekanan, suhu, dan volume dari gas akan berfluktuasi tanpa dapat diduga. Artinya, gas-gas itu tidak memiliki urutan nilai kesetimbangan yang didefinisikan dengan baik selama keadaan intermediate dari perubahan dari keadaan kesetimbangan awalike keadaan kesetimbangan akhirf. Jadi, kita tidak dapat mengikuti lintasan tekanan volume untuk pemuaian bebas pada kurvap- Vdari gambar 18 dan lebih penting lagi, kita tidak dapat menemukan hubungan antaraQdanTyang memungkinkan kita untuk mengintegrasikan sebagai pers (4-49) yang diperlukan.Namun, apabila entropi sungguh-sungguh suatu sifat keadaan, perbedaan dalam entropi antara keadaanidanfharus bergantung hanya pada keadaan itu dan bukan pada semua cara sistem berubah dari suatu keadaan ke keadaan yang lain. Misalnya, kita mengganti pemuaian bebas ireversibel dari gambar 17 dengan proses reversible yang menghubungkan keadaanidanf. dengan proses reversible, kita dapat mengikuti lintasan tekanan volume pada kurvap-Vdan kita dapat menemukan hubungan antaraQdanTyang membuat kita dapat menggunakan pers 17 untuk mendapatkkan perubahan entropi.Telah diketahui bahwa suhu dari suatu gas ideal tidak berubah selama pemuaian bebas;== T. jadi, titikidanfdalam gambar 18 harus berada pada isotermal yang sama. Proses penempatan yang sesuai dengan keadaanike keadaanf, yang sebenarnya berjalan sepanjang isotermal tersebut. Selanjutnya, karenaTadalah konstan diseluruh pemuaian isotermal reversibel, integral dari Pers. (4-49) adalah penyederhanaan yang sangat baik.Gambar 19 menunjukkan bagaimana menghasilkan pemuaian isotermal reversibel seperti demikian. Kita membatasi gas pada suatu tabung terisolasi yang diam pada reservoir termal yang dijaga pada suhuT. Kita mulai dengan menempakan peluru timah secukupnya pada piston penggerak sehingga tekanan dan volume dari gas berada dalam keadaan awalidari gambar 17 (a). Kemudian kita menggerakkan peluru secara perlahan (sepasang demi sepasang) hingga tekanan dan volume gas berada pada keadaan akhir f dari gambar 17 (b). Suhu dari gas tidak berubah, karena gas masih dalam kontak termal dengan reservoir sepanjang proses tersebut.

Gambar 19. Pemuaian isotermal dari gas ideal dilakukan dalam cara reversibel. Gas tersebut memiliki keadaan awaliyang sama dan keadaan akhirfyang sama seperti di dalam proses ireversibel dari Gambar 17 dan 18.

Pemuaian isotermal reversibel dari gambar 19 sangat berbeda secara fisik dari pemuaian bebas ireversibel dari gambar 17. Bagaimanapun, kedua proses ini memiliki keadaan awal yang sama dan keadaan akhir yang sama maka harus memiliki perubahan entropi yang sama.Karena kita memindahkan peluru timah secar perlahan, keadaan intermediate dari gas merupakan keadaan kesetimbangan. Jadi, kita dapat memplotkan pada diagramp-V

Untuk menerapkan persamaan (4-49) pada pemuaian isotermal, kita mengambi suhu konstanTdi luar integral sehingga diperoleh=Karena=Q. denganQadalah energi total yang dipindahkan sebagai kalor selama proses, kita memiliki=-=(4-50)Untuk mempertahankan suhuTdari gas konstan selama pemuaian isotermal dari gambar 19, kalorQharus sudah dipindahkan dari reservoir ke gas. Jadi,Qbernilai positif dan entropi dari gas betambah selama proses isotermal dan selama pemuaian bebas dari Gambar 17.Apabila perubahan suhudari suatu sistem relatif kecil untuk suhu (dalam Kelvin) sebelum dan sesudah proses, perubahan entropi dapat dihampirkan sebagai:=-(4-51)Denganadalah suhu rata-rata dari sistem selama proses.(Halliday Resnick, 2010: 35-37)

3.Asas kenaikan entropiDari pembahasan proses-proses ireversibel dalam pasal terdahulu, didapatkan bahwa entropi semesta (universe) selalu naik. Hal ini juga benar untuk semua proses ireversibel yang sudah dapat dianalisis. Kesimpulan ini dikenal sebagai asas kenaikan entropi dan dianggap sebagai bagian dari Hukum Kedua Termodinamika. Asas ini dapat dirumuskan sbb.Entropi semesta selalu naik pada tiap proses ireversibel.Jika semua system berinteraksi di dalam suatu proses dilingkungi dengan bidang adiabatik yang tegar, maka semua itu membentuk sistem yang terisolasi sempurna dan membentuk dunianya sendiri. Karena itu dapat dikatakan bahwa entropi dari suatu sistem yang terisolasi sempurna selalu naik dalam tiap proses ireversibel yang terjadi dalam sistem itu. Sementara itu entropi tetap tidak berubah dalam sistem yang terisolasi jika sistem itu menjalani proses reversibel. Karena itu secara lengkap Hukum Kedua Termodinamika dapat dirumuskan sbb.Pada setiap proses yang terjadi di dalam sistem yang terisolasi, entropi sistem tsb, selalu naik atau tetap tidak berubah.(Dimsiki Hadi, 1993: 200-201)4.Menghitung perubahan entropi dalam proses reversibelDalam proses adiabatik, 6Q = 0, dan dalam proses adiabatik reversibel= 0. Oleh karena itu dalam setiap program adiabatik reversibeldS = 0 atau ini berarti bahwa entropiStetap. Proses demikian ini disebut pula sebagai proses isentropik. Jadi= 0 dandS= 0Dalam proses isotermal reversibel, suhu T tetap, sehingga perubahan entropi-===(4-52)Untuk melaksanakan proses semacam ini maka sistem dihubungkan dengan sebuah reservoir yang suhunya berbeda. Jika arus bahang mengalir masuk ke dalam sistem, makapositif dan entropi sistem naik. Jika arus bahang keluar dari sistem,negatif dan entropi sistem turun.Contoh proses isotermal reversibel ialah perubahan fase pada tekanan tetap. Arus bahang yang masuk kedalam per satuan massa atau per mol sama dengan bahang transformasi 1, sehingga perubahan entropi jenisnya menjadi-=(4-53)Dalam kebanyakan proses suatu arus bahang yang masuk kedalam sistem secara reversibel umumnya disertai oleh perubahan suhu, sehingga perhitungan perubahan entropi dari pers. (4-52) suhu T tidak boleh dikeluarkan dari tanda integral. Jika proses terjadi pada volume tetap, maka 6q=dT, sehingga-=(4-54)Jika proses terjadi pada tekanan tetap, 6q=dTdan-=(4-55)Pada umumnyadanberubah dengan suhu sehingga tak boleh dikeluarkan dari tanda integral dalam pers. (4-54) dan (4-55). Untuk menghitung integral tersebut. Harus diketahuidansebagai fungsi suhu. Jikadanboleh dianggap tetap, maka hasil integral itu menjadi=(4-56)=(4-57)Jika dalam proses terdapat arus bahang antara sistem dengan lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suuhu lingkungan adalah sama. Besar arus bahang ini yang masuk kedalam lingkungan yang disetiap titik adalah sama, tetapi harus diberi tanda yang berlawanan. Karena itu perubahan entropi lingkupan sama besar tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan jumlahnya menjadi nol. Karena sistem bersama dengan lingkungannya membentuk dunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetap. Hendaknya diingat bahwa pernyataan ini hanya berlaku untuk proses reversibel saja.(Dimsiki Hadi, 1993; 195-197)Entropi berbeda dengan energi, yaitu tidak mematuhi hukum kekekalan. Energi dari suatu sistem tertutup adalah kekal; energi selalu tetap. Untuk proses ireversibel, entropi dari suatu sistem tertutup selalu bertambah. Karena sifatnya ini, perubahan entropi kadang-kadang disebut panah waktu.Terdapat dua cara yang ekuivalen untuk mendifinisikan perubahan entropi pada suatu sistem.a.Dalam istilah dari suhu sistem dan energi, perubahan entropi akan mendapat atau kehilangan kalor.b.Dengan menghitung cara atom atau molekul yang membentuk sistem dapat disusun ulang.5.Entropi merupakan ukuran dari ketidakteraturanEntropi dapat dianggap sebagai ukuran dari ketidakteraturan. Jika dikaitkan dengan pernyataan umum hukum kedua termodinamika, bisa dikatakan bahwapada proses ireversibel,ketidakteraturan cenderung bertambah.Dengan kata lain,setiap proses ireversibel pada dasarnya menuju ke keadaan yang tidak teratur.Perlu diketahui bahwa konsep entropi pada mulanya hanya dihubungkan dengan proses ireversibel yang berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah terlepas dari tangkainya dan jatuh bebas hingga mencium tanah, buah mangga tidak pernah meluncur ke atas lagi. Buku yang kita dorong lalu berhenti tidak pernah bergerak kembali ke arah kita. Ini adalah beberapa contoh proses ireversibel yang berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi dari satu benda ke benda yang lain. Proses tersebut hanya berlangsung pada satu arah saja, tetapi tidak pernah berlangsung pada arah sebaliknya. Buah mangga tidak pernah meluncur ke atas dengan sendirinya karena energi dalam berubah menjadi energi kinetik.Buku tidak pernah meluncur ke arah kita karena kalor atau panas yang timbul akibat gesekan berubah menjadi energi kinetik.Proses ireversibel yang terjadi di alam semesta ternyata tidak hanya berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah dilahirkan, kita bertumbuh menjadi bayi, anak-anak, remaja, dewasa lalu menjadi tua lapuk dan akhirnya mati dimakan cacing. Apakah kamu pernah melihat seorang tua berubah menjadi bayi? Tidak pernah.Handphoneyang kita pakai lama kelamaan menjadi kusam dan rusak, mobil baru yang pada mulanya licin dan bertenaga menjadi kurang licin dan lemas tak bertenaga setelah dirimu pakai selama beberapa tahun. Apakah dirimu pernah lihat mobil tua tiba-tiba saja menjadi baru lagi? AtauHandphonekesayanganmu setiap hari semakin licin dan bagus? Tidak pernah. Setelah dipakai,handphonemenjadi kusam dan rusak, begitu juga mobil. Ini adalah beberapa contoh proses ireversibel yang tidak ada hubungannya dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah menyadari bahwa semua proses alamiah yang terjadi di alam semesta bersifat ireversibel maka konsep entropi menjadi meluas. Pembahasannya tidak hanya meliputi proses termodinamika saja tetapi mencakup banyak proses ireversibel lainnya di alam semesta.Sekarang mari kita bahas beberapa proses ireversibel yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Terlebih dahulu kita tinjau sebuah proses ireversibel sederhana berikut. Ini hanya pengantar saja, biar dirimu paham dengan konsep entropi serta kaitannya dengan proses ireversibel. Lihat gambar berikutGambar 21. Proses ireversibel sederhana

Terdapat sejumlah kelereng berwarna merah dan biru. Kelereng tersebut dimasukkan ke dalam sebuah wadah. Kelereng yang berwarna biru disusun secara rapi di bagian dasar, sedangkan kelereng berwarna merah disusun secara rapi di bagian atas(gambar kiri).Susunan kelerengmu dalam wadah tampak sangat teratur Sebelah bawahnya biru semua, sebelah atasnya merah semua. Selanjutnya mengocok atau mengguncangkan wadah naik turun. Karena wadah digerakkan naik turun maka susunan kelereng yang pada mulanya sangat teratur berubah menjadi tidak teratur lagi(gambar kanan).Kelereng berwarna merah dan biru campur aduk menjadi satu Semakin diguncang, susunan kelereng menjadi semakin tak teratur. Mungkin-kah setelah diguncang-guncang, susunan kelereng menjadi teratur seperti semula? Kelereng tidak mungkin menjadi teratur seperti semula.Ini merupakan sebuah contoh proses ireversibel atau tidak dapat balik. Setelah mengalami proses ireversibel, susunan kelereng yang pada mulanya sangat teratur berubah menjadi tidak teratur. Keteraturan telah berubah menjadi ketidakteraturan.Hal yang sama terjadi pada proses ireversibel lainnya. Ketika kita menyentuhkan benda panas dan benda dingin, kalor akan mengalir dengan sendirinya dari benda panas menuju benda dingin.Kalor berhenti mengalir setelah kedua benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Proses ini bersifat ireversibel. Pada mulanya kita mempunyai dua susunan molekul, yakni molekul yang mempunyai energi kinetik rata-rata yang besar(molekul-molekul penyusun benda panas)dan molekul yang mempunyai energi kinetik rata-rata yang kecil(molekul-molekul penyusun benda dingin).Setelah benda panas dan benda dingin mencapai suhu yang sama(molekul-molekul telah mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama), dua susunan molekul tadi tidak bisa kita bedakan lagi. Susunan molekul-molekul yang pada mulanya teratur berubah menjadi tidak teratur. Mirip seperti susunan kelereng di atas, setelah kedua benda mencapai suhu yang sama, keteraturan susunan molekul berubah menjadi ketidakteraturan (ketidakteraturan bertambah akibat adanya perpindahan kalor yang bersifat ireversibel).Lebih jauh lagi, aliran kalor dari benda panas menuju benda dingin bisa dianggap seperti aliran kalor dari daerah bersuhu tinggi menuju daerah bersuhu rendah pada mesin kalor. Adanya aliran kalor dari daerah bersuhu tinggi menuju daerah bersuhu rendah membuat mesin kalor bisa melakukan kerja. Mesin kalor tidak bisa melakukan kerja apabila tidak ada aliran kalor. Dengan demikian, kita bisa membuat hubungan antara ukuran ketidakteraturan dengan kemampuan melakukan kerja. Setelah mencapai suhu yang sama, tidak ada lagi aliran kalor dari benda panas menuju benda dingin (ketidakteraturan bertambah). Karena tidak ada aliran kalor membuat mesin kalor tidak bekerja maka kita bisa mengatakan bahwa sistem yang tidak bisa melakukan kerja memiliki ketidakteraturan yang tinggi, sebaliknya sistem yang bisa melakukan kerja memiliki ketidakteraturan yang rendah.Dari hasil ini, kita bisa membuat kesimpulan mengenai hubungan antara bentuk energi dengan ukuran ketidakteraturan. Pada dasarnya bentuk energi yang bisa digunakan untuk melakukan kerja adalah energi potensial.Energi potensial gravitasi air bisa digunakan untuk menggerakan turbin.Energi potensial kimia pada minyak bisa digunakan untuk menggerakan kendaraan. Energi potensial kimia dalam tubuh bisa kita gunakan untuk melakukan kerja, jalan-jalan, belajar. Energi potensial gravitasi buah mangga bisa digunakan untuk membocorkan atap rumah.Karena bentuk energi yang berguna bisa digunakan untuk melakukan kerja maka kita bisa mengatakan bahwa bentuk energi yang berguna tersebut lebih teratur, sebaliknya bentuk energi yang tidak berguna lebih tidak teratur. Bentuk energi yang tidak berguna adalah energi dalam dan kalor alias panas. Setelah mencium tanah, buah mangga tidak pernah meluncur ke atas lagi karena energi dalam berubah menjadi energi kinetik. Setelah kita mendorong buku, buku tersebut bergerak. Adanya gaya gesekan membuat buku berhenti bergerak. Untuk kasus ini, energi kinetik buku telah berubah menjadi kalor alias panas (panas timbul akibat adanya gesekan). Dalam kenyataannya buku yang sedang diam tidak meluncur kembali ke arah kita karena kalor alias panas berubah menjadi energi kinetik. Dua contoh ini menunjukkan bahwa kalor alias panas merupakan dua bentuk energi yang tidak berguna. Bentuk energi yang tidak berguna tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja. Dengan demikian kita bisa mengatakan bahwa kalor alias panas dan energi dalam memiliki ketidakteraturan yang tinggi.Pada dasarnya proses perubahan bentuk energi, dari bentuk energi yang berguna menjadi bentuk energi yang tidak berguna selalu menaikkan ketidakteraturan. Lebih mudahnya, entropi selalu bertambah selama proses perubahan bentuk energi, karena entropi selalu bertambah seiring berlalunya waktu maka semua bentuk energi yang berguna tersebut akan berubah bentuk menjadi tidak berguna. Energi akan selalu kekal dalam proses perubahan bentuk energi, tetapi bentuk energi yang teratur dan bisa digunakan untuk melakukan kerja berubah bentuk menjadi tidak teratur dan tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja.Entropi = panah waktuEntropi disebut juga sebagai panah waktu, karena bisa mengatakan kepada kita mengenai arah berjalannya waktu. Arah proses pada setiap proses alami adalah menuju ke keadaan yang tidak teratur. Apabila kita melihat kejadian yang sebaliknya, yakni keadaan tidak teratur dengan sendirinya berubah menjadi teratur, kita bisa mengatakan bahwa kejadiannya terbalik. Jika kita melihat serpihan-serpihan gelas yang tercecer di lantai mengumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula, kita bisa mengatakan bahwa peristiwa tersebut terbalik. Hal tersebut tidak pernah terjadi dalam kehidupan kita setiap hari dan jika terjadi maka itu melangggar hukum kedua termodinamika.Dalam hal ini, waktu tidak pernah berjalan mundur dan ketidakteraturan tidak pernah berubah dengan sendirinya menjadi keteraturan. Hal yang paling mungkin terjadi dan selalu terjadi dalam kehidupan kita adalah keteraturan selalu bergerak menuju ketidakteraturan, waktu selalu berjalan maju, tidak mundur. Jika seorang tua berubah menjadi bayi, hal tersebut kita anggap tidak normal dan melanggar hukum kedua termodinamika. Atau tiba-tiba saja seseorang mengatakan bahwa ia datang dari tahun 2036 (Jhon Titor) adalah sesuatu yang aneh dan melanggar arah proses alami.F.Mesin CarnotGambar 22. Siklus dalam mesin Carnot

Tinjauan gas ideal (2 isotermal, 2 adiabatik)ab = isotermal (T = konstan)= 0=pV = nRT(gas ideal)= -dV=== - nRT= -nR= - W = nR(4-58)(kalor masuk)bc = adiabatikQ = 0dU = WdU =dTU=dT =(-)=(-)(4-59)cd = isotermal= +nR=== - nRT(4-60)da = adiabatik == +(-)=(-)=+++= -nR+(-) + nR-(-)= nR- nR(4-61)Efisiensi mesin====efisiensi Carnot(4-62)Atau

=== 1 - == 1 - =ataudan

=

(4-63)

Siklus Carnot = reversibel, karena proses isotermal kuasistatik dan karena proses adiabatik kuasistatik mengakut usaha.Jadi semua siklus reversibel berefisiensi sama jika berharga antara tandon yang tertentu.(HUKUM II)Dari siklus Carnot diperoleh hubungan:=-=+= 0 atau= 0artinya :Siklus reversibel =siklus Carnot= 0(HUKUM II)Perluasan konsep :+< 00

Makna := 0(a)+= 0(a)-= 0tidak bergantung pada jenis lintasan , asalkan reversibelfungsi (1),fungsi (2),fungsi keadaan disebut entropi = suatu fungsi keadaan yang bergantung pada jumlah kalor yang masuk dan keluar=atauQ = T dS

perluasan :< 0sembarang

reversibel

+< 0

BAB IIIPENUTUPKESIMPULAN

Hukum termodinamika kedua dapat dinyatakan dalam beberapa cara yang ekivalen:1.Kalor mengalir secara spontan dari benda yang panas ke yang dingin, tetapi tidak sebaliknya;2.Tidak akan ada 100 persen efisiensi mesin kalor--- artinya yang merubah sejumlah kalor seluruhnya menjadi kerja;3.Proses alami cenderung menuju ketidak teraturan yang lebih besar atau entropi yang lebih besar.Pernyataan (3) merupakan pernyataan yang paling umum dari hukum termodinamika kedua dan dapat dinyatakan kembali sebagai: entropi total,S, dari sistem manapun ditambah entropi lingkungannya bertambah sebagai akibat dari proses alami:S> 0.Entropi merupakan ukuran kuantitatif ketidakteraturan sistem. Dengan berlalunya waktu, energi menurun menjadi bentuk yang lebih tidak berguna---yaitu lebih tidak memadai untuk melakukan kerja yang berguna.

DAFTAR PUSTAKAHadi, Dimsiki. 1993.Termodinamika. Yogyakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.Kanginan, Marthen. 2007.Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.Halliday dkk. 2010.Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas. Tanggerang: Binapura Aksara.Jamal, M. Arifuddin. --.Handout Fisika Dasar I. Belum dipublikasikan.Sutrisno dan Tan Ik Gie. 1983.Seri Fisika Dasar (Listrik, Magnet dan Termofisika Listrik). Bandung: ITB.Zemansky, Sears. 2000.Fisika untuk Universitas I. Jakarta: Erlangga.