ENTROPI

DAN

HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA

Proses satu arah

Sebuah proses irreversible adalah proses yang tidak dapat dibalik oleh perubahan kecil di dalam

lingkungan.arah dimana sebuah proses terjadi adalah rangkaian perubahan entropi dari system

yang mengalami proses tersebut.Entropi S adalah sifat keadaan (atau fungsi keadaan 0 dari suatu system; yang bergantung hanya pada keadaan dari system dan tidak pada bagaimana system mencapai

keadaan tersebut. Postulat entropi menyatakan ( sebagian ) : Apabila suatu proses irreversible terjadi didalam suatu system tertutup, entropi dari dari system tersebut akan selalu meningkat.

Menghitung Perubahan Entropi

perubahan entropi untuk suatu proses irreversible yang membuat suatu system dari keadaan awal I

menjadi keadaan akhir f adalah tepat sama dengan perubahan entropi untuk sembarang

proses reversible yang membuat system berada diantara kedua keadaan tersebut. Kita dapat menghitung perubahan entropi untuk proses reversible ( bukan yang irreversible ) dengan

(21.1)

Disini adalah energy yang dipindahkan sebagai kalor kea tau dari system selama proses, dan adalah

suhu dari system dalam kelvin.

Untuk proses isothermal reversible, Pers. (21.1) disederhanakan menjadi

(21.2)

Apabila perubahan suhu dari suatu system relative kecil terhadap suhu (dalam kelvin) sebelum dan

sesudah proses,perubahan entropi dapat dihampiri sebagai

(21.3)

Dengan adalah suhu rata-rata system selama proses berlangsung.

Hukum Kedua Termodinamika

Hukum ini, yangmerupakan perluasan dari postulat entropi,menyatakan : Apabila suatu proses terjadi di dalam suatu system tertutup, entropi system meningkat untuk proses irreversible dan tetap konstan untuk proses reversible. Entropi tidak pernah menurun.Di dalam bentuk persamaan,

(21.4)

Mesin

Sebuah mesin adalah alat yangb beroperasi dalam suatu siklus, menyerap kalor dan reservoir

bersuhu tinggi, melakukan suatu usaha tertentu, dan melepas kalor ke reservoir bersuhu

rendah. Efisiensi dari suatu mesin didefinisikan sebgai

(21.5)

Sebuah mesin ideal adalah suatu mesin yang prosesnya adalah reversible dan perpindahan

energy neto hanya di dalam suatu siklus adalah , , dan , kemudian hokum pertama

termodinamika menjadi

(21.6)

Untuk sebuah mesin ideal, pers 21.5 dapat ditulis ulang sebagai

(21.7 , 21.9 )

Dengan dan masing –masing adalah suhu dari reservoir bersuhu tinggi dan rendah. Mesin nyata

selalu memiliki efisiensi lebih rendah dari efisiensi yang diberikan pers 21.7 dan 21.9.

Sebuah mesin sempurna adalah mesin khayal dimana kalor yang diserap dari reservoir bersuhu tinggi diubah seluruhnya menjadi usaha. Karena perubahan seperti demikian akan menurunkan entropi system dalam setiap siklusnya , mesin sempurna akan melanggar hukun kedua termodinamika. Hukum itu kemudian dapat dinyatakan ulang sebagai berikut: Tidak ada serangkaian proses yang mungkin dimana hasilnya semata-mata adalah penyerapan kalor dari sebuah reservoir termal dan mengubah seluruh energy ini menjadi usaha.

Mesin pendingin

Mesin pendingin (yang dapat juga menjadi penyejuk ruangan atau pompa pemanas ) adalah alat yang

beroperasi dalam suatu siklus,dimana usaha dilakukan pada mesin, menyerap kalor dari

reservoir bersuhu rendah, daan melepas kalor ke reservoir bersuhu tinggi. Koefisien

kinerja K dari mesin pendingin didefinisikan sebagai

(21.11)

Mesin pendingin ideal adalah mesin dimana semua prosesnya prosesnya adalah reversible

dan perpindahan energy neto hanya di dalam suatu siklus adalah , , dan ,Untuk sebuah

mesin pendingin ideal, pers 21.11 menjadi

(21.12 , 21.13)

Dengan dan masing –masing adalah suhu dari reservoir bersuhu tinggi dan rendah.

Mesin pendingin sempurna adalah mesin pendingin khayal di mana kalor yang diserap reservoir bersuhu rendah diubah seluruhnya menjadi kalor yang dilepas ke reservoir bersuhu tinggi, tanpa membutuhkan usaha apapun. Karena perubahan ini akan menurunkan entropi system dalam

setiap siklusnya, mesin pendingin sempurna akan melanggar hukum kedua termodinamika. Hukum itu kemudian dapat dinyatakan ulang sebagai berikut: Tidak ada serangkaian proses yang muyngkin dimana hasilnya semata-mata adalah perpindahan kalor darireservoir pada suhu yang diberikan ke reservoir pada suhu yang lebih tinggi.

Entropi dari tinjauan statistik

Entropi system dapat didefinisikan terkait dengandistribusi yang mungkin dari molekul-molekulnya. Untuk molekul identic, setiap distribusi molekul yang mungkin disebut keadaan mikro dari system.Semua keadaan mikro yang ekuivalen dikelompokkan menjadi suatu konfigurasi sistem.

Banyaknya keadaan mikro di suatu konfigurasi keberagaman dari suatu konfigurasi.

Untuk sistem molekul yang mungkin tersebar diantara dua paruh bagian dari sebuah kotak,

keberagaman diberikan oleh

(21.14)

Dengan adalah jumlah molekul di paruh sebelah kiri kotak dan adalah jumlah molekul disebelah

kanan kotak. Asumsi dasar mekanika statistic adalah semua keaadaan mikro mungkin sama.

Jadi, konfigurasi dengan keberagaman bias sangat sering terjadi. Apabila sangat besar, molekul

hamper selalu berada di dalm konfigurasi .

Keberagaman dari konfigurasi system dan entropi dari suatu sistemdi dalam konfigurasi tersebut

dihubungkan oleh pers. Entropi Boltzmann:

(21.15)

Dengan J/K adalah konstanata Boltzmann.

Apabila sangat besar ( kasus umum ), kita dapat mengira-ngira dengan hampiran

stirling.

(21.16)

Dikutip dari buku karangan HALLYDAY, RESNIK, DKK