27 Januari 2015

Entropi

PENDAHULUAN
     Kata energi, telah dikenal bahkan sebelum mulai dipergunakan dalam pelajaran awal mengenai sains. Hal ini sangat membantu dalam mempelajari energi dalam termodinamika teknik. Analisi sistem berdasarkan hukum kedua termodinamika dapat dengan mudah dilakukan dengan sifat entropi. Konsep energi dan entropi merupakan konsep yang abstrak. Namun, tidak seperti energi, kata entropi jarang didengar dalam percakapan sehari-hari, apalagi melakukan analisis entropi secara kualitatif. Energi dan entropi memegang peranan penting dalam pembahasan-pembahasan berikutnya.

      Konsep entropi mula-mula diperkenalkan dalam fisika teori oleh R.J. Clausius dalam pertengahan abad kesembilan belas. Sampai pada saat itu terdapat banyak hal yang membingungkan mengenai hubungan antara kalor dan kerja serta perannya dalam operasi mesin kalor. Insinyur Perancis yang terkenal, Carnot, Petit, Clement, dan Desormes hanya memiliki sedikit pengetahuan mengenai hukum pertama termodinamika. Carnot percaya bahwa keluaran kerja suatu mesin adalah akibat dari sejumlah kalor yang meninggalkan tandon panas dan sejumlah kalor yang sama masuk ke tandon dingin.

     Petit dan Clement menghitung efisiensi mesin kalor dengan menghitung kerja yang dilakukan hanya dalam langkah daya tanpa meninjau keseluruhan daur yang menurut Carnot harus dilakukan. Menurut Medoza, ‘Dalam tangan Clapeyron, Kelvin, dan Clausius, termodinamika mulai menemukan jalan maju hanya jika dipisahkan dari perancangan mesin’. Clausius membuktikan adanya fungsi entropi dengan mula-mula menurunkan teoremanya. Penurunan teorema Clausius, sifat mesin Carnot yang merupakan landasan teorema itu, dan penurunan Clausius mengenai keberadaan fungsi entropi dalam setiap seginya, setara dengan cara umum Caratheodory.

      Satu-satunya keunggulan pendekatan Caratheodory ialah dalam pemusatan perhatian pada sistem, koordinatnya, keadaannya, dan seterusnya sedangkan hal ini tak teramati dalam pendekatan teknik.

1.      Pengertian

     Entropi merupakan fungsi keadaan dari sistem atau ukuran dari ketidakteraturan dan keteraturan dari sistem. Entropi dapat juga dikatakan sebagai suatu ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Jika suatu sistem pada suhu T mengalami proses reversible dengan menyerap kalor Q maka kenaikan entropi sistem ditulis dengan persamaan.



     Entropi merupakan fungsi keadaan sehingga sama seperti energi dalam, perubahan entropi dari proses yang berlangsung pada sistem tidak bergantung pada lintasan tetapi tergantung pada keadaan awak dan akhirnya saja. Akibatnya untuk suatu proses siklus, perubahan entropi sama dengan nol (DS=0).



2.      Hukum II Termodinamika dan Entropi

     Pada Hukum I Termodinamika hanya diungkapkan mengenai Hukum Kekekalan Energi, tetapi tidak dijelaskan mengenai pembatasan aliran energi. Dari Hukum I Termodinamika, Anda telah mengetahui bahwa panas (kalor) dapat diubah menjadi kerja (usaha), dan sebaliknya. Namun, pada kenyataannya kerja mekanik dapat diubah seluruhnya menjadi panas, tetapi sebaliknya panas tidak seluruhnya diubah menjadi kerja mekanik pada suatu proses (siklus).


     Salah satu versi dari hukum II Termodinamika adalah pernyataan yang diucapkan Calusius. "Panas akan mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah (panas tidak mungkin mengalir secara spontan dari benda yang suhunya rendah ke benda yang suhunya tinggi).”

        Menurut pernyataan di atas hanya peristiwa yang disertai perpindahan panas dari benda panas ke benda dinginlah yang mungkin terjadi, bukan sebaliknya. Versi lain dari hukum Termodinamika II adalah versi Carnot yang mengatakan: "Tidak ada mesin yang dapat mengubah seluruh panas yang diterimanya menjadi kerja." Pernyataan diatas menekankan bahwa bagaimanapun hebatnya membuat mesin, tidak mungkin ada peristiwa dimana suatu proses mengubah seluruh panas yang diterima menjadi kerja yang efisiensinya 100%

     Menurut Kelvin-Planck, Hukum II Termodinamika tentang mesin kalor mengatakan bahwa. "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." 



       Disamping versi Clausius, Carnot, Kelvin-Planck ada lagi versi lain hukum II Termodinamika. Versi ini berlaku secara umum dan berbunyi: "Semua proses yang terjadi secara spontan di alam ini cenderung membawa alam ini semakin tidak teratur (semakin kacau) atau paling tidak sama dengan keadaan semula". Menurut versi ini, suatu peristiwa hanya bisa terjadi jika peristiwa ini menyebabkan alam semakin tidak teratur atau paling tidak keadaannya sama dengan keadaan sebelum peristiwa itu terjadi.


3.      Entropi pada Proses Reversible dan Proses Irreversible.

      Menurut hukum kedua termodinamika “entropi (S) adalah fungsi keadaan. Pada proses reversible entropi alam semesta tetap, pada proses irreversible entropi alam semesta bertambah”. Entropi total (sistem dan lingkungan) untuk proses yang berlangsung spontan selalu meningkat. Dengan kata lain, pada proses spontan entropi semesta meningkat, atau dengan dan adalah perubahan entropi sistem dan perubahan entropi lingkugan.

  • Jika positif (>;0), maka perubahan entropi semesta meningkat dan proses berlangsung spontan.Untuk dapat meramalkan bahwa proses itu berlangsung secara spontan atau tidak harus diketahui nilai 
  • Jika negatif (<; 0), maka proses tidak spontan. 
  • Jika nol (=0), maka perubahan entorpi semesta mencapai nilai maksimum dan proses berada dalam keadaan kesetimbangan atau reversible.

a.    Proses Reversible (=0)
Proses reversible adalah proses yang selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dengan lingkungannya. Boleh dikatakan bahwa kebanyakan proses alamiah yang terjadi di alam semesta ini merupakan proses yang tidak dapat dibalik. Proses yang dapat dibalik hanya ada dalam teori saja.
Proses reversible dapat terjadi dengan persyaratan yang sangat khusus yaitu:

  • Selama proses tidak ada gesekan 
  • Proses dapat dibalik.
  • Jika terjadi perpindahan panas maka perpindahan ini hanya diakibatkan oleh perubahan suhu sedikit demi sedikit.  
  • Tidak terjadi percampuran
  • Tidak terjadi gejolak/turbulensi
  • Tidak terjadi pembakaran 
b, Proses Irreversible (>0)
Suatu proses dikatakan irreversible, jika keadaan mula-mula dari sistem tidak dapat dikembalikan tanpa menimbulkan perubahan keadaan pada sistem lain. proses irreversible terjadi pada semua proses yang nyata (seperti, pembakaran lilin menjadi cahaya). Proses termodinamik yang berlangsung secara alami seluruhnya adalah proses irreversible. Proses tersebutnya adalah proses yang berlangsung secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya.           

Keadaan akhir proses irreversible itu dapat dicapai dengan ekspansi reversible. Dalam ekspansi semacam ini usaha luar harus dilakukan. Karena tenaga Dakhil sistem tetap, maka harus ada arus panas yang mengalir kedalam sistem yang sama besarnya dengan usaha luar tersebut. Entropi dalam gas reversible ini naik dan kenaikan ini sama dengan kenaikan dalam proses sebenarnya yang ireversible, yaitu ekspansi bebas.


DAFTAR PUSTAKA


Ginting, R.U. 1989. Dasar-Dasar Termodinamika Teknik. Jakarta: Depdikbud
Moran, M.J dan Shapiro, H.N. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga.
Umar, Efrizon.2004.Fisika SMA XI IPA.Tangerang: Ganeca Exact
Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi. Bandung: Grafindo Media Pratama
Yohanes, Surya. 2009. Suhu dan Termodinamika. Tangerang: Kandel
Young, D.H dan Freedman, R.A.2002. Fisika Universitas.Jakarta: Erlangga
Zemansky, M.W dan Dittman , R.H. 1986. Kalor danTermodinamika. Bandung: ITB Press.





Tidak ada komentar:

Posting Komentar