HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

NANIK DWI NURHAYATI,S.SI, M.SI

nanikdn.staff.uns.ac.idnanikdn.staff.fkip.uns.ac.idnanikdn@uns.ac.id081556431053 / (0271) 821585

Proses siklis reversibel sebarang berupa Proses siklis reversibel sebarang berupa satu kurva tertutupsatu kurva tertutup

Proses ini dapat didekati dg siklus Carnot dg Proses ini dapat didekati dg siklus Carnot dg arah yg samaarah yg sama

Hasil keseluruhan menjadi suatu garis Hasil keseluruhan menjadi suatu garis bergerigi yang tertutup. bergerigi yang tertutup.

Jika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, maka Jika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, maka bagian adiabatik seluruhnya saling bagian adiabatik seluruhnya saling melenyapkanmelenyapkan

Sedangkan bagian-bagian isotermalnya Sedangkan bagian-bagian isotermalnya tidaktidak

Hukum Hukum Kedua Kedua TermodinamikaTermodinamika

Hukum II TermodinamikaHukum II Termodinamika

Formulasi Kelvin-Planck Formulasi Kelvin-Planck menyatakan menyatakan bahwa tidak mungkin untuk membuat bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja pada sebuah mesin kalor yang bekerja pada suatu siklus yang semata-mata mengubah suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.menjadi usaha mekanik.

Hukum kedua termodinamika juga Hukum kedua termodinamika juga menjelaskan bahwa kalor mengalir secara menjelaskan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dan yang bersuhu rendah dan tidak pernah tidak pernah secara spontan mengalir ke arah yang secara spontan mengalir ke arah yang sebaliknya. Sesuai dengan sebaliknya. Sesuai dengan Formulasi Formulasi Clausius Clausius yang menyatakan bahwa “yang menyatakan bahwa “Tidak Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja semata-mata kalor yang bekerja semata-mata memindahkan energi panas dari suatu memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas.benda dingin ke benda panas.””

Pembatan Hukum II Pembatan Hukum II TermodinamikaTermodinamika

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 66

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 77

“ “ Panas secara alamiah akan mengalir Panas secara alamiah akan mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, panas dari suhu tinggi ke suhu rendah, panas

tidak akan mengalir secara spontan tidak akan mengalir secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi”dari suhu rendah ke suhu tinggi”

(Clausius)(Clausius)

““Tidak mungkin dalam satu siklus Tidak mungkin dalam satu siklus terdapat efisiensi 100%”terdapat efisiensi 100%”

(Carnot)(Carnot)

HUKUM II HUKUM II TERMODINAMIKATERMODINAMIKA

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 88

Diformulasikan pada tahun 1860 melalui Diformulasikan pada tahun 1860 melalui penelitian mesin kalor Carnotpenelitian mesin kalor Carnot

Mempelajari kecenderungan arah reaksiMempelajari kecenderungan arah reaksi Meramalkan spontanitas reaksiMeramalkan spontanitas reaksi

ENTROPIENTROPI

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 99

Menyatakan derajat ketidakteraturan sistemMenyatakan derajat ketidakteraturan sistem Hanya dapat dihitung dari proses – proses Hanya dapat dihitung dari proses – proses

reversibelreversibel

S = S = qqrevrev

TTPada proses isobarPada proses isobar

S = S = HH

TT

PERHITUNGAN ENTROPIPERHITUNGAN ENTROPI

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 1010

Bila proses kimia melibatkan perubahan Bila proses kimia melibatkan perubahan fasa zat pada suhu tetapfasa zat pada suhu tetap

Bila proses kimia melibatkan perubahan Bila proses kimia melibatkan perubahan suhu dalam fasa tetapsuhu dalam fasa tetap

S = S = HH

TT

S = S = TT11

TT22

CCPP ln ln

PROSES IRREVERSIBELPROSES IRREVERSIBEL

21/04/2321/04/23 Amalia sholehahAmalia sholehah 1111

Pada proses reversibel Pada proses reversibel variabel yang variabel yang berubah hanya satuberubah hanya satu

Pada proses irreversibel Pada proses irreversibel variabel yang variabel yang berubah lebih dari satuberubah lebih dari satu

Perhitungan entropi pada proses Perhitungan entropi pada proses irreversibel dilakukan dengan menghitung irreversibel dilakukan dengan menghitung entropi pada tahap – tahap reversibelentropi pada tahap – tahap reversibel

Mesin PendinginMesin Pendingin

Contoh soalContoh soal

Suhu di dalam sebuah lemari es adalah -Suhu di dalam sebuah lemari es adalah -3°C. Fluida kerja yang dimampatkan di 3°C. Fluida kerja yang dimampatkan di dalamnya mengembun pada suhu 27°C. dalamnya mengembun pada suhu 27°C. Tentukan koefisien daya guna lemari es Tentukan koefisien daya guna lemari es tersebut.tersebut.

Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antara sistem Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antara sistem dg lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya dg lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalah sama.suhu sistem dan suhu lingkungan adalah sama.

Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atau yg Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atau yg masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalah sama, masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalah sama, tetapi harus diberi tanda yg berlawanan. tetapi harus diberi tanda yg berlawanan.

Karena itu perubahan entropi lingkungan sama besar tetapi Karena itu perubahan entropi lingkungan sama besar tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan jumlahnya menjadi 0.jumlahnya menjadi 0.

Karena sistem bersama dg lingkungannya membentuk dunia, Karena sistem bersama dg lingkungannya membentuk dunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetapmaka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetap

Pernyataan tersebut hanya berlaku pada proses reversibel Pernyataan tersebut hanya berlaku pada proses reversibel sajasaja

Telah menjadi kodrat manusia di dunia ini Telah menjadi kodrat manusia di dunia ini bila sesuatu tersedia melimpah dan murah, bila sesuatu tersedia melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung maka penggunaannya pun cenderung boros/tidak memperhatikan efisiensi. boros/tidak memperhatikan efisiensi. Hal tersebut berlaku dalam penggunaan di Hal tersebut berlaku dalam penggunaan di bid energi terutama energi vital bagi bid energi terutama energi vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakar minyak (BBM). listrik dan bahan bakar minyak (BBM).

Di Indonesia, telah lama terjadi. Di Indonesia, telah lama terjadi. Rakyat Indonesia dimanjakan dg biaya listrik dan Rakyat Indonesia dimanjakan dg biaya listrik dan harga BBM murah, shg menimbulkan argumen harga BBM murah, shg menimbulkan argumen berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, menumbuhkan perilaku pola langsung, menumbuhkan perilaku pola konsumtif/boros dan tidak terkendali. Akibatnya konsumtif/boros dan tidak terkendali. Akibatnya Indonesia diprediksi para ahli energi kurun waktu Indonesia diprediksi para ahli energi kurun waktu 15-20 th mendatang akan mengalami krisis energi.15-20 th mendatang akan mengalami krisis energi.

Prinsip dasar efisiensi energi adalah menggunakan Prinsip dasar efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, di kajiefisiensi energi ini, di kaji pada hukum pada hukum Termodinamika..

Konsep Efisiensi dlm HukumTermodinamika

Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika.

Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan

Siklus Carnot

Carnot (1824) memperkenalkan suatu proses sederhana ke dalam teori termodinamika yg sekarang dikenal sebagai siklus Carnot

Carnot berusaha menjelaskan asas-asas fisis mendasar yg menyangkut masalah efisiensi

Usaha Carnot ini adalah dasar pengetahuan tentang termodinamika

Siklus Carnot dapat dilaksanakan dg sistem yg bersifat apapun (padat, cair, gas, zat paramagnetik)

Diagram T-S

Pada gambar diatas, terlihat siklus Carnot a-b-c-d-a dalam diagram T-S

Luas kawasan yg dikelilingi oleh kurva menyatakan siklus Carnot adalah panas total yg masuk atau keluar sistem

Siklus Carnot utk Gas Sempurna

Zat melakukan proses siklis yg terdiri dari 2 isoterm dan 2 adiabat

d

Q1

Q2

a

c

b

V

p

T2

T1

Dimulai dari a kembali ke a:– Ekspansi isotermal dari a ke b

pada suhu T1, panas Q1 masuk dan usaha dilakukan oleh sistem

– Ekspansi adiabatik dari b ke c, suhu turun menjadi T2 dan usaha dilakukan oleh sistem

– Pemampatan isotermal pd suhu T2 dari c ke d. Panas Q2 keluar dari sistem dan usaha dilakukan thp sistem

– Pemampatan adiabatik dari d ke a, suhu naik menjadi T1 dan usaha dilakukan thp sistem

MESIN CARNOT21

qin

TA

qout

TB

V1 V4 V2 V3

1

4

2

3

P

V

w

Proses Adiabatik 2 3 4 1

Proses Isotemal 1 2 3 4

Refrigeration : Perpindahan kalor Refrigerators : Mesin yang menghasilkan refrigerationRefrigeration cycles : siklus yang digunakan dalam menghasilkan refrigeration.

Refrigerants : Fluida kerja yang digunakan dalam refrigerators. Heat pumps : Refrigerators yang digunakan untuk pemanasan 1 Ton of Refrigeration = Kalor yang diambil dari 1 ton (2,000 lb) air yg bersuhu 32 F shg menjadi es pada 32 F selama 24 jam1 Ton = 12,000 Btu/h = 3.517 kW

Kalor selalu mengalir dari medium bertemperatur tinggi ke medium bertemperatur rendah

Kalor hanya mengalir jika ada perbedaan temperatur

Tujuan : Mengambil kalor dari medium bertemperatur rendah dan memberikannya ke medium yang bertemperatur lebih tinggi

= W/Q dgn W = Q1 + Q2 dan Q = Q1

= (Q1 + Q2)/ Q1

= (T1 – T2)/ T1

Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan sejumlah kalor dari suatu reservoar kalor dan mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha

Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari reservoar kalor bersuhu rendah dan pembuangan kalor dalam jumlah yang sama kepada suatu reservoar yang bersuhu lebih tinggi.

Efisiensi:

Kesimpulannya Kesimpulannya tdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termal tdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termal

lebih tinggi dari mesin Carnot bila keduanya lebih tinggi dari mesin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yang bersangkutan samareservoir yang bersangkutan sama

tdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisien tdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisien penampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesin penampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesin pendingin Carnot bila keduanya beroperasi antara pendingin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yg sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yg bersangkutan samabersangkutan sama

mATuRsUwUN