Penerapan Hukum II Termodinamika

Penerapan Hukum II Termodinamika- Hukum I termodinamika menyatakan bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan teori ini, Anda dapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkan memenuhi hukum kekekalan energi. Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi tidak dapat diubah sekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi dari suatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah, sebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dan sebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya Anda balik, yaitu bola besi Anda panaskan sehingga memiliki energi panas sebesar energi panas ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energi ini akan berubah menjadi energi kinetik, dan kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwa ini tidak mungkin terjadi walau bola besi Anda panaskan sampai meleleh sekalipun. Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.

Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”; 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: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.

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).

a. Pengertian Entropi

Dalam menyatakan Hukum Kedua Termodinamika ini, Clausius memperkenalkan besaran baru yang disebut entropi (S). Entropi adalah besaran yang menyatakan banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan

ΔS = Q/T

tersebut berlaku pada sistem yang mengalami siklus reversibel dan besarnya perubahan entropi (ΔS) hanya bergantung pada keadaan akhir dan keadaan awal sistem. Ciri proses reversibel adalah perubahan total entropi ( ΔS = 0) baik bagi sistem maupun lingkungannya. Pada proses irreversibel perubahan entropi semesta ΔSsemestea > 0 . Proses irreversibel selalu menaikkan entropi semesta.

ΔSsistem  + ΔSlingkungan = ΔSseluruhnya > 0

Contoh soal

Gambar di dibawah menunjukkan bahwa 1.200 J kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas bersuhu 600 K ke reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukanlah jumlah entropi dari sistem tersebut. Anggap tidak ada perubahan lain yang terjadi.

img1

Jawab

Diketahui Q = 1.200 J, T1 = 600 K, dan T2 = 300 K.

Perubahan entropi reservoir panas:

ΔS1 = Q1/T1 = -1.200J/600K = -2J/K

Perubahan entropi reservoir dingin:

ΔS2 = Q2/T2 = 1.200J/300K = 4J/K

Total perubahan entropi total adalah jumlah aljabar perubahan entropi setiap reservoir:

ΔSsistem = ΔS1 + ΔS2 = –2 J/K + 4 J/K = +2 J/K

b. Mesin Pendingin

Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator). Misalnya pendingin rungan (AC) dan almari es (kulkas). Perhatikan Gambar 9.9! Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada suhu tinggi T1. Berdasarkan hukum II termodinamika, kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap (Q1 = Q2 + W)

img2 Gambar 9.9 Siklus mesin pendingin.

Hasil bagi antara kalor yang masuk (Q1) dengan usaha yang diperlukan (W) dinamakan koefisien daya guna (performansi) yang diberi simbol Kp. Secara umum, kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna dalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai Kp, makin baik kerja mesin tersebut.

Kp = Q2 /W

Untuk gas ideal berlaku:

Kp = (Q2/Q1-Q2) = (T2/T1-T2)

Keterangan

Kp : koefisien daya guna

Q1 : kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)

Q2 : kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)

W : usaha yang diperlukan (J)

T1 : suhu reservoir suhu tinggi (K)

T2 : suhu reservoir suhu rendah (K)

Contoh Soal

Mesin pendingin ruangan memiliki daya 500 watt. Jika suhu ruang -3 oC dan suhu udara luar 27 oC, berapakah kalor maksimum yang diserap mesin pendingin selama 10 menit? (efisiensi mesin ideal).

Penyelesaian:

Diketahui: P = 600 watt (usaha 500 J tiap 1 sekon)

T1 = 27 oC = 27+ 273 = 300 K

T2 = -3 oC = -3 + 273 = 270 K

Ditanya: Q2 = … ? (t = 10 sekon)

Jawab:

Kp = T2/(T1-T2)

Q2/W = T2/(T1-T2)

Q2 = T2/(T1-T2)W = (270)(300-270)(500)=4.500J (tiap satu sekon)

Dalam waktu 10 menit = 600s

Q2=4.500 x 600 = 2,7×106 J

  • Hukum Boyle dan Interpretasi Matematika nya

    Hukum Boyle, sebuah prinsip yang menggambarkan hubungan antara tekanan dan volume gas. Menurut hukum ini, tekanan yang diberikan oleh gas yang diadakan pada suhu...

  • Pengertian Entropi

    Entropi adalah ukuran dari gangguan dalam sistem yang mengandung energi atau informasi. Semakin sedikit keteraturan sebuah sistem, semakin besar entropi. Konsep entropi berguna dalam...

  • Contoh Hukum Perbandingan Berganda

    Contoh Hukum Perbandingan Berganda- Apa yang dimaksud dengan Hukum Perbandingan Berganda? Jika dari namanya, Anda tentu baru mengenal. Padahal, materinya sudah banyak disebutkan sebelumnya,...

  • Menghitung Kalor Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi

    Menghitung Kalor Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi – Anda pasti pernah memasak air, bagaimana menentukan kalor yang diperlukan untuk mendidihkan air sebanyak 2 liter? Untuk...

  • Contoh Hukum Perbandingan Volume

    Contoh Hukum Perbandingan Volume – Hukum-hukum perbandingan yang telah Anda pelajari hanya mengkaji komposisi senyawa, sedangkan Hukum Perbandingan Volume berhubungan dengan reaksi-reaksi kimia yang melibatkan...

Baca juga artikel terkait dengan Penerapan Hukum II Termodinamika

  • Jelaskan Apa yang dimaksud Hambatan udara

    Hambatan udara adalah gaya gesekan yang dialami oleh benda-benda ketika mereka bergerak melalui udara atau udara mengalir di sekitar mereka. Hambatan udara biasanya menentang...

  • Momen Inersia Benda Tegar

    Momen inersia benda tegar atau benda pejal dihitung dengan menghitung jumlah momen inersia tiap partikel dalam benda itu. Pembahasan lebih detil momen inersia benda...

  • Contoh soal Hukum Hooke

    Contoh soal Hukum Hooke- Hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas x pada daerah elastisitas pertama kali dikemukakan oleh Robert...

  • Perbedaan Tegangan dan Regangan

    Perbedaan tegangan dan regangan – Perubahan bentuk dan ukuran benda bergantung pada arah dan letak gaya luar yang diberikan. Ada beberapa jenis deformasi yang...

  • Sifat Elastisitas pada Bahan

    Sifat Elastisitas pada Bahan – Elastisitas adalah sifat benda yang cenderung mengembalikan keadaan ke bentuk semula setelah mengalami perubahan bentuk karena pengaruh gaya (tekanan...

  • Kecepatan dengan Analisis Vektor

    Kecepatan Rata-Rata dan Kecepatan Sesaat Secara matematis, kecepatan didefinisikan sebagai perubahan posisi per satuan waktu. Di Kelas X, Anda telah mempelajari tentang kecepatan yang...

Leave a comment

Your email address will not be published.

*