MAKALAH HUKUM KEDUA DAN KETIGA TERMODINAMIKA

MAKALAH

HUKUM KEDUA DAN KETIGA TERMODINAMIKA

Dosen Pengampu :

Karelius, S.Si, M.Sc

Disusun Oleh Kelompok Lima (V)

Desy Natalia                (ACC 115 057)                       Anita Nurada           (ACC 115 022)

Maria Rosa Yani S     (ACC 115 009)                      Harmoko Pardosi      (ACC 115 011)

Olvi Wulan Nari         (ACC 115 008)                      Sela Anjelia                (ACC 115 020)

Seni Rusianti               (ACC 115 049)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

2016

Kata Pengantar

.Puji dan syukur kami panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini membahas tentang Hukum Kedua dan Ketiga Termodinamika.

Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Hukum Kedua dan Ketiga Termodinamika. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat banyak kekurangan.

Untuk  itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun. Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada kita sekalian.

Palangka Raya,   Oktober  2016

Penulis

Daftar Isi

Halaman Judul...................................................................................................................  i

Kata Pengantar...................................................................................................................   ii

Daftar Isi ...........................................................................................................................   iii

BAB I PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang......................................................................................          1

1.2       Rumusan Masalah ................................................................................          2

1.3       Tujuan Penulisan ..................................................................................          2

BAB II PEMBAHASAN

2.1       Hukum Kedua dan Ketiga Termodinamika.........................................           3

2.2       Proses Lingkar.......................................................................................         7

            2.2.1    Proses Lingkar Carnot...................................................................     7

            2.2.2    Efisiensi Mesin Kalor Carnot........................................................  10

2.2.3    Mesin Pendingin dan Pompa Kalor Carnot...................................  12

2.2.4    Konsep Entropi..............................................................................  13

2.3       Entropi Sebagai Fungsi Variabel Sistem...................................................  13

2.3.1    Entropi Sebagai Fungsi Suhu dan Volum.....................................   13

2.3.2    Entropi Sebagai Fungsi Suhu dan Tekanan..................................   14

2.4       Entropi Pada Berbagai Proses Reversibel.................................................   17

BAB III PENUTUP

3.1  Kesimpulan ...................................................................................................  18

3.2  Saran .............................................................................................................  18

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panasdengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lai, baik secara  alami maupun hasil rekayasa teknologi.Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entrpi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.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.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).

   Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah. Dengan kata lain, tidak semua proses di alam ini adalah reversible (arahnya dapat dibalik). Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah  studi tentang mesin kalor, seperti mesin bensin pada mobil dan prinsip-prinsip yang membatasi efisiensinya.

Pada T=0 semua energi gerakan termal sudah diredam. Pada kristal sempurna, pada T=0, semua partikel ada dalam susunan biasa seragam. Tidak adanya ketakteraturan dan gerakan termal menunjukkan bahwa material itu juga mempunyai entropi nol. Kesimpulan ini dinyatakan dalam Hukum Tiga Termodinamika.

Hukum Ketiga termodinamika mengatakan  jika entropi semua unsur dalam keadaan stabilnya pada T=0 diambil sama dengan nol, semua zat mempunyai entropi positif yang pada T=0 dapat menjadi nol, dan untuk semua zat kristal sempurna termasuk senyawa-senyawa entropinya menjadi nol.

Oleh karena itu, dengan adanya makalah yang berjudul “ Hukum Kedua dan Ketiga Termodinamika“semoga dapat menambah kasanah pengetahuan kita tentang termodinamika, khususnya tentang hukum kedua dan ketiga termodinamika.

1.2       Rumusan  Masalah

1)      Apa definisi dari hukum kedua dan ketiga termodinamika ?

2)      Bagaimana prosen lingkaran carnot ?

3)      Bagaiman entropi disebut sebagai fungsi variabel sistem?

4)      Mengapa entropi disebut sebagai proses  reversibel ?

1.3       Tujuan  Penulisan

1)      Memberikan tambahan  pengetahuan  kepada  pembaca  tentang  Hukum  kedua dan ketiga termodinamika.

2)      Memberikan penjelasan tentang hal-hal dasar yang sering dilupakan dalam  termodinamika

3)      Untuk  menambah pengetahuan tentang perubahan entropi berdasarkan temperatur yang berbeda.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1              Hukum Kedua dan Ketiga Termodinamiaka

Hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja  dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuhnya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi, beruang terebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energy kalor memiliki arh, yaitu dari panas ke dingin. Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.

Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T₁ dan T₂ berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T₁ dan benda B bersesuaian dengan temperatur T₂".

Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1):

S = k log w

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.

Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):

W₁ = c V

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volumeV adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari Nmolekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3):

w = w₁^N = (cV)^N.

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan.

Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan.Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

               

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. Molekul hanya memiliki energi vibrasi (di samping energy electron dan energy inti) yang sama besar, sehingga berada dalam keadaan kuantum tunggal. Jika di tijau dari kedudukan dan distribusi energinya , penyusun-penyusun molekul dalam suatu Kristal yang sempurna pada  0 K hanya dapat terlaksana dengan satu cara. Dalam ini W=1. Jadi entropi suatu Kristal murni yang sempurna ialah 0 pada 0 K. Pernyataan ini terkenal sebagai HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan sebagai berikut :

Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi sistem terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:

Perubahan entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol. Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon. Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia, perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat dilakukan secara reversibel.

Hal ini dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :

PadaKemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis   0, bukan hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zatsuhu T  padat atau cair dalam keseimbangan dakhir pada suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati St menurun.0 K, perubahan entropi transisi. Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika.

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

StHukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi  yang berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K bernilai nol.

Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.

2.2       Proses Lingkar

Jika suatu sistem yang berubah dari satu keadaan menuju keadaan,keadaan lain, dan kemudian kembali ke keadaan semula maka proses tersebut dikatan mengalami proses lingkar.Misalnya, suatu gas mengalami pemuaian secara isobar dari V1 ke V2 ; Kemudian dari keadaan kedua,gas memuai lagi secara adiabat menuju V3 ; dan dari keadaan ke tiga sistem kembali ke keadaan awal,V1,dengan mengalami pemanpatan secara isoterm.

2.2.1    Proses Lingkar Carnot

Siklus carnot merupakan suatu siklus termodinami-ka yang melibatkan proses isotermal, isobarik, dan isokorik. Siklus adalah suatu rangkaian sedemikian rupa sehingga akhirnya kembali kepada keadaan semula. Misalnya, terdapat suatu siklus termodinami-ka yang melibatkan proses isotermal, isobarik, dan isokorik. Sistem menjalani proses isotermal dari keadaan A sampai B, kemudian menjalani proses isobarik untuk mengubah sistem dari keadaan B ke keadaan C. Akhirnya proses isokorik membuat sistem kembali ke keadaan awalnya (A). Proses dari A ke keadaan B, kemudian ke keadaan C, dan akhirnya kembali ke keadaan A, menyatakan suatu siklus.

Apabila siklus tersebut berlangsung terus menerus, kalor yang diberikan dapat diubah menjadi usaha mekanik. Tetapi tidak semua kalor dapat diubah menjadi usaha. Kalor yang dapat diubah menjadi usaha hanya pada bagian yang diarsir (diraster) saja. Berdasarkan diatas besar usaha yang bermanfaat adalah luas daerah ABCA. Secara matematis dapat ditulis seperti berikut.

 

Usaha bernilai positif jika arah proses dalam siklus searah putaran jam, dan bernilai negatif jika berlawanan arah putaran jarum jam. Perubahan energi dalam ΔU untuk satu siklus sama dengan nol ( ΔU = 0) karena keadaan awal sama dengan keadaan akhir.

Berdasarkan percobaan joule diketahui bahwa tenaga mekanik dapat seluruhnya diubah menjadi energi kalor. Namun, apakah energi kalor dapat seluruhnya diubah menjadi energi mekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha? Pada tahun 1824, seorang insinyur berkebangsaan Prancis, Nicolas Leonardi Sadi Carnot, memperkenalkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi suatu mesin berdasarkan siklus usaha. Metode efisiensi Sadi Carnot ini selanjutnya dikenal sebagai siklus Carnot. Siklus Carnot terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.

Gambar skema proses lingkar carnot

Berdasarkan gambar diatas dapat dijelaskan siklus Carnot sebagai berikut.

1. Proses AB adalah pemuaian isotermal pada suhu T₁. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melakukan usaha W_AB.
2. Proses BC adalah pemuaian adiabatik. Selama proses ini berlangsung suhu sistem turun dari T₁ menjadi T₂ sambil melakukan usaha W_BC.
3. Proses CD adalah pemampatan isoternal pada suhu T2. Pada proses ini sistem menerima usaha W_CD dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂.
4. Proses DA adalah pemampatan adiabatik. Selama proses ini suhu sistem naik dari T₂ menjadi T₁ akibat menerima usaha W_DA.

Karena sistem dikembalikan ke keadaan semula, maka perubahan besaran keadaan (besaran termodinamika) seperti energi dalam maupun entalpi sistem proses adalah nol. Dengan menggunakan hukum  I termodinamika dapat dihitung kalor dan kerja pada masing-masing tahap proses diatas.yaitu :

·           Proses Ekspansi Isotermal Reversible

dU = đ Qrev – PdV atau dU = đ Qrev + dW

Proses Isotermal dU = 0, sehingga

- đ W = đ Qrev = PdV

W₁ = -Q₁ = -nRT ln V₂/V₁

·         Proses Ekspansi Adiabatik Reversibel

Pada proses adiabatic Q = 0, sehingga;

dU = đ W = -PdV

đ W = C_v(T₂-T₁), dimana T₁>T₂

C_v = kapasitas panas pada volume tetap

·         Proses Kompresi Isotermal Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi isotermal reversibel, maka diperoleh kerja pada proses ini adalah:

W₃ = -Q₂ = -nRT ln V₄/V₃, dimana V₃>V₄

·         Proses Kompresi Adiabatik Reversibel

Dengan menggunakan penjelasan yang mirip dengan proses ekspansi adiabatik reversibel. Maka diperoleh kerja untuk proses ini adalah :

W₄ = C_v (T₁-T₂), dimana T₁>T₂

Total kerja, W yang dilakukan oleh mesin carnot dalam satu siklus adalah

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄

W = -nRT ln V₂/V₁ + C_v (T₂-T₁) – nRT ln V₄/V₃ + C_v (T₁-T₂)

W = -nRT ln V₂/V₁ – nRT ln V₄/V₃

W = -Q₁ – Q₂

Q₂ berharga negatif karena V₄<V_3. Sesuai dengan fakta bahwa kalor ini dilepaskan oleh sistem. Dengan demikian,

W = - Q₁ + Q₂  atau –W = Q₁ - Q₂

2.2.2    Efisiensi Mesin Kalor Carnot

” tidak mungkin mengubah semua kalor yang terdapat pada resevoir kalor temperatur tinggi menjadi kerja dalam sebuah siklus kerja tanpa membuang sebagian kalor ke reservoir kalor temperatur rendah” . Pernyataan ini dapat digambarkan sebagai berikut .

jikGambar ini melukiskan skema mesin kalor.  QH menyatakan besarnya input kalor, dan subscript H menyatakan hot reservoir.  QC menyatakan besarnya kalor yang dibuang, dan subscript C merepresentasikan  cold reservoir.  W merepresentasikan kerja yang dilakukan.      Ketika sebuah sistem melakukan proses siklus maka tidak terjadi perubahan energi dalam pada sistem. Dari hukum I termodinamika:

Ø  ∆U = Q-W

Ø  0 = Q-W

 Q = W

Ø  Q = QH + QC = ∣QH∣-∣QC∣

Ø  W = Q = QH + QC

W = ∣QH∣ - ∣QC∣

Dalam menilai kinerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktor yang penting. Untuk mesin kalor, efisiensi mesin (

---

η) ditentukan dari perbandingan usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diberikan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Untuk siklus Carnot berlaku hubungan , sehingga efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan:

Ƞ^L = Efisiensi mesin carnot

T₁ = suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T₂ = suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Efisiensi mesin Carnot merupakan efisiensi yang paling besar karena merupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Artinya, tidak ada mesin yang mempunyai efisien melebihi efisiensi mesin kalor Carnot. Berdasarkan persamaan di atas terlihat efisiensi mesin kalor Carnot hanya tergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir. Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon T₂ harus = 0 K. Hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu, mesin kalor Carnot adalah mesin yang sangat ideal. Hal ini disebabkan proses kalor Carnot merupakan proses reversibel. Sedangkan kebanyakan mesin biasanya mengalami proses irreversibel (tak terbalikkan) tidak sepertimesin carnot.

2.2.3   Mesin Pendingin dan Pompa Kalor Carnot

Tidak mungkin memindahkan kalor dari reservoir temperatur rendah ke reservoir temperatur tinggi dalam sebuah siklus kerja tanpa membutuhkan kerja dari luar sistem “. Hukum kedua termodinamika untuk mesin pendingin dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 3 proses pemindahan kalor dari reservoir temperatur rendah ke reservoir temperatur tinggi menurut hukum kedua termodinamika.

semua mesin pendingin memindahkan panas dari ruangan atau sumber panas yang lebih rendah ke sumber panas yang lebih tinggi membutuhkan kerja dari luar sistem. Pada dasarnya kalor berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah, jadi untuk membalik arah kalor atau memindahkan kalor dari sumber yang bertemperatur rendah ke daerah yang bertemperatur lebih tinggi dibutuhkan kerja tambahan.

Contoh; Lemari es mendinginkan ruangan di dalam lemari es dengan cara membuang kalor dari dalam lemari es ke luar ruangan (lingkungan). Temperatur di dalam lemari es lebih rendah dari pada temperatur di luar lemari es. Supaya lemari es dapat bekerja, maka lemari es membutuhkan kerja dari luar. Kerja ini diambil dari energi listrik yang digunakan untuk menggerakan kompressor pada mesin pendingin lemari es.

Inti dari hukum kedua termodinamika adalah setiap proses konversi energi selalu menghasilkan kerugian yang disebut efisiensi (η). Proses nyata disebut juga proses irreversibel atau proses yang tidak dapat kembali ke titik semula. Semua proses di alam adalah irreversibel.

bersambung ke siklus-siklus termodinamika

ƞ =

pompa kalor carnot memiliki siklus yang sama dengan mesin pendingin Carnot tetapi tujuannya berbeda,yaitu memberikan sebanyak mungkin kalor kepada sumber yang bersuhu dingin dengan melakukan kerja tertentu,dan koefisien penampilannya diberi lambang ƞ’

ƞ = -  =

2.2.4          Konsep Entropi

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha.  Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari sistem yang terisolasi selalu bertambah atau tetap konstan.

Efisiensi mesin kalor dapat dinyatakan sebagai perbandingan kalor

                                               

2.3              Entropi sebagai Fungsi Variabel Sistem

Entropi merupakan suatu fungsi keadaan,nilainya bergantung pada veriabel-variabel keadaan seperti suhu, volume, dan tekanan.

2.3.1   Entropi sebgai Fungsi Suhu dan Volum

Entropi merupakan fungsi suhu dan volum,secara matematika dituliskan sebagai berikut:

                                                S=S(T.V)

            Diferensial totalnya dinyatakan dalam bentuk persamaan:

                                                dS=

Persamaan dS= menyatakan perubahan entropi jika suhu dan volume berubah,masing-masing sebesar dT dan dV.Evaluasi terhadap kuoisen pada persamaan  dS= sangat diperlukan untuk menghitung nilai perubahan entropi secara keseluruhan ,sebagai akibat dari perubahan kedua variabel tersebut.

            Untuk mengevaluasi kedua kuosien tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan rumus Hukum Pertama Termodinamika,yakni:

                                                dU=d+d

            Jika prosesnya reversibel dan kerja yang dilakukan hanya merupakan kerja volum,maka:

                                                dS=dU dV

                        Jika proses bergantung pada suhu tetap,maka :

                                                            dSdV

2.3.2   Entropi sebagai Fungsi Suhu dan Tekanan

Dengan cara yang sama, apabila entropi dinyatakan sebagai fungsi suhu dan tekanan, secara matematika dirumuskan sebagai berikut.

S=S(T.P)                                                                     (1.1)

                        Dideferensial totalnya dinyatakan dalam bentuk persamaan

                                                                                                       (1.2)

Persamaan (1.1) menyatakan perubahan entropi jika suhu dan tekanan berubah, masing-masing sebesar dT dan dP. Evaluasi terhadap kedua koefisien pada persamaan tersebut sangat diperlukan untuk menghitung nilai perubahan entropi secara keseluruhan, sebagai akibat dari perubahan kedua variabel tersebut.

Untuk menyelesaikan persamaan (1.1) dapat dilakukan dengan menggunakan hubungan energi dalam dan entalpi, H=U+PV, dalam bentuk diferensial totalnya sebagai berikut.

dH=dU+PdV+VdP                                                    (1.3)

Substitusi rumusan Hukum Pertama Termodinamika ke dalam persamaan (1.3), dengan anggapan sistem berlangsung reversibel didapatkan persamaan (1.4)

dH=dQ_rev+VdP                                                           (1.4)

Untuk mendapatkan rumusan mengenai dS (sesuai dengan persamaan

 ) persamaan (1.4) dibagi oleh suhu, kemudian disusun ulang, sehingga diperoleh bentuk persamaan (1.5)

                                           (1.5)

Persamaan (1.5) merupakan bentuk lain dari persamaan dasar            , tetapi menyatakan hubungan perubahan entropi terhadap perubahan entalpi dan tekanan. Jika dHdinyatakan dengan dT dan dP, seperti telah dibahas di muka, yakni :

                                             

Kemudian substitusi persamaan terakhir kedalam persamaan (1.5) dapat persamaan

                                 (1.6)

Perhatikan bentuk persamaan (1.2) dan (1.6), keduanya menyatakan perubahan entropi dalam bentuk dT dan dP, keduanya identik. Dari kedua persamaan tersebut diperoleh hubungan sebagai berikut.

                                                                         (1.7)

Dan

                                               (1.8)

Persamaan (1.7) sudah dapat diperoleh dari data eksperimen secara langsung,sedangkan persamaan (1.8) masih perlu dievaluasi.

Evaluasi lebih lanjut terhadap persamaan (1.8), dapat diperoleh dengan menurunkan persamaan (1.7) terhadap tekanan dan persamaan (1.8) terhadap suhu.          

Turunan persamaan (1.7) terhadap tekanan adalah sebagai berikut.

                                                                 (1.9)

Dengan menggunakan persamaan  diperoleh persamaan

                                                               (1.10)  

Sementara itu, jika persamaan (1.8) diturunkan terhadap suhu, maka akan diperoleh persamaan (1.11)

                             (1.11)

Oleh karena S merupakan fungsi dari keadaan, maka rumus turunan S terhadap T dan P memiliki nilai yang sama dengan turunan S terhadap P dan T, sehingga diperoleh hubungan sebagai berikut.

                                                                 (1.12)

Substirusi persamaan (1.10) dan persamaan (1.11) ke dalam persamaan (1.12) diperoleh

                                                 

                                                                                            (1.13)

                       Dengan membandingkan persamaan (1.8) dan (1.13) diperoleh hubungan sebagai berikut

                                                                                             (1.14)

            Dengan  adalah koefisien ekspansi ternal, yang nilainya secara mudah dapat diperoleh dari eksperimen. Dari paparan diatas, diferensial total untuk entropi sebagai fungsi suhu dan tekanan dinyatakan dengan persamaan (1.15).

                                                                                                  (1.15)

Untuk mengetahui perubahan entropi sistem sebagai akibat dari perubahan suhu dan tekanan dapat ditempuh dengan cara mengintegrasikan persamaan (1.15)

2.4      Entropi pada Berbagai Proses Reversibel

                      Proses-proses transisi yang berlangsung pada suhu dan tekanan tetap seperti perubahan fasa (penyumbliman, penguapan, dan pelelehan) atau fase perubahan bentuk kristal (transformasi) pada umunya berlangsung secara reversibel. Perubahan entropi untuk sistem-sistem tersebut dapat ditentukan dari persamaan :

Karena proses berlangsung isoterm, T merupakan suatu tetapan sehingga dapat dikeluarkan dari integralnya, maka diperoleh

         Karena Q_rev tidak lain adalah kalor yang menyertai proses transisi pada tekanan tetap, persamaannya dapat ditulis menjadi :

                                                             

              Dengan Tc adalah suhu transisi

BAB III

KESIMPULAN

3.1       Kesimpulan

            Penjelasan hukum II Termodinamika adalah sebagai berikut.

·         Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.

·         Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.

·         Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu T_t dan reservoir suhu T_t(T_t > T_r), memiliki efisiensi maksimum.

3.2       Saran

Tak ada gading yang tak retak, seperti inilah makalah kami. Karena dalam menyusun makalah ini tidak lepas dari kekurangan dan kesalahan, maka dari itu kami memohon saran dan kritik dari pembaca agar dalam penyusunan makalah yang selanjutnya kami dapat membenahi kesalahan yang ada.

DAFTAR PUSTAKA

Rohman Ijang dan Mulyani Sri. 2000. Kmia Fisika I. Jakarta : Erlangga

S.K. Dograndan S. Dogra. 2013. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia