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