PENDAHULUAN

Hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa energi adalah kekal. Bagaimnapun, ada

banyak proses yang bisa kita bayangkan yang merubah energi tetapi tidak tampak terjadi di

alam. Sebagai contoh, ketika sebuah benda yang panas diletakkan bersentuhan dengan benda

yang dingin , kalor mengalir dari yang panas ke yang dingin , tidak pernah sebaliknya secara

spontan. Jika kalor meninggalkan benda yang dingin dan masuk ke yang panas, energi akan

tetap bisa kekal. Tetapi proses ini tidak berlangsung secara spontan. Sebagai contoh kedua,

pertimbangkan apa yang terjadi ketika anda menjatuhkan batu dan menimpa tanah. Energi

potensial awal batu berubah menjadi energi kinetic pada saat batu jatuh, dan ketika batu

tersebut mengenai tanah, energi ini diubah menjadi energi dalam dari batu tersebut dan tanah

di sekitar tempat jatuhnya. Molekul-molekul bergerak akan lebih cepat dan temperature

sedikit naik. Tetapi pernahkan anda melihat yang sebaliknya, yaitu sebuah batu dalam

keadaan diam di tanah tiba-tiba naik ke udara karena energi termal molekul diubah menjadi

energi kinetic batu sebagai satu kesatuan? Energi dapat kekal pada proses ini , tetapi kita

tidak pernah melihatnya terjadi.

Ada banyak contoh lain dari proses yang terjadi di alam tetapi kebalikannya tidak

pernah terjadi. Ada dua contoh, sebagai berikut :

1. Jika anda meletakkan selapis garam di sebuah botol dan menutupnya dengan selapis

butiran merica yang ukurannya sama, ketika anda mengocoknya, akan di dapat

campuran yang sempurna. Tetapi tidak peduli seberapa lama anda mengocoknya.

Campuran tersebut tidak akan berpisah menjadi dua lapisan lagi.

2. Cangkir kopi dan gelas akan pecah seketika jika anda menjatuhkannya. Tetapi

pecahannya tidak akan bersatu kembali seketika.

Hukum termodinamika pertama yaitu tentang kekekalan energi, tidak akan dilanggar jika

proses-proses ini terjadi dengan sebaliknya.

1

PEMBAHASAN

1. Definisi Hukum II Termodinamika

Para ilmuwan pdi paruh kedua abad Sembilan belas merumuskan prinsip baru

yang dikenal sebagai hukum temodinamika kedua. Hukum ini merupakan pernyataan

mengenai proses yang terjadi di alamdan yang tidak. Hukum ini dapat dinyatakan dengan

berbagai cara, semuanya sama. Satu pernyataan yang dibuat oleh R. J. E. Clauusius

(1822-1888), adalah “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas secara

spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Perkembangan pernyataan umum hukum kedua sebagian didasarkan pada studio

mesin kalor. Mesin Kalor adalah alat yang merubah energi sebagian didasarkan menjadi

kerja mekanik, seperti mesin uap dan mesin mobil. Kita sekarang meneliti mesin kalor,

baik dari sudut pandang praktis maupun menunjukkan kepentingannya dalam

mengembangkan hukum termodinamika kedua.Serta menurut pendapat yang lain,

Formulasi Kelvin-Planck menyebutkan bahwa 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 tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh

beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju

tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki

arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi

tentang mesin kalor.

2. Mesin Kalor

Mesin kalor merupakan mesin yang mudah menghasilkan energi termal dengan

melakukan kerja. Gagasan dasar di balik mesin kalor adalah bahwa energi mekanik bisa

di dapat dari enegi termal hanya ketika kalor dibiarkan mengalir dari temperature tinggi

ke rendah. Dalam proses ini sebagian kalor dapat diubah menjadi energi mekanik.

Artinya, masukkan kalor QH temperature tinggi TH sebagian diubah menjadi kerja W dan

2

sebagian dibuang sebagai kalor QL pada temperature yang lebih rendah TL. Jadi

didapatkan persamaan:

QH = W + QL

Dimana : Q = kalor

W = energi

QL = kalor yang dibuang

Efisiensi mesin (e) dari mesin kalor dapat didefinisikan sebagai perbandingan kerja yang

dilakukannya,

e= WQH

Dengan demikian W = QH – QL, dan efisiensi mesin adalah

e= WQH

=QH−¿QL

QH

=1−QL

QH

¿

3. Mesin Pendingin

Prinsip kerja lemari es, penyejuk udara, dan pompa kalor merupakan kebalikan

mesin kalor. Masing-masing beroperasi untuk mentransfer kalor keluar dari lingkungan

yang sejuk ke lingkungan yang hangat. Lemari es yang sempurna yang tidak

membutuhkan kerja untuk mengambil kalor dari daerah temperature rendah ke

temperature tinggi. Ini merupakan pernyataan Clausius mengenai hukum termodinamika

kedua, yang disinggung pada awal pembahasan. Koefisien keja (KK) lemari es

didefinisikan sebagai kalor QL yang diambil dari area dengan temperature rendah dibadi

dengan kerja W yang dilakukan untuk mengeluarkan kalor. Maka didapatkan persamaan :

KK=QLW

Hal ini masukakal karena semakin banyak kalor (QL) yang dapat dikeluarkan dari

lemari es untuk sejumlah kerja tertentu. Energi adalah kekal, sehingga dari hukum

termodinamika pertama dapat dituliskan QL+W=QH , atau W=QH−QL . . Kemudian

persamaan tersebut menjadi :

3

KK=QLW

=QL

QH−QL

Untuk lemari es ideal, persamaannya adalah :

KK ideal=T L

T H−T L

Istilah pompa kalor biasanya dibatasi untuk alat yang bisa menghangatkan sebuah rumah

di musim dingin dengan mengambil QLdari luar pada temperature rendah dan

memberikan kalor QH ke bagian dalam rumah yang lebih hangat. Prinsip operasinya

sama dengan lemari es atau penyejuk udara, tetapi tujuannya untuk memanaskan bukan

untuk mendinginkan. Dengan demikian , koefisien kinerja pompa kalor didefinisikan

berbeda dengan penyejuk udara karena kalor QH yang diberikan ke dalam rumah. Dapat

dinyatakan sebagai :

KK=QHW

Dimana : TH = suhu tinggi QH = kalor yang dilepasTL = suhu rendah W = usaha yang dilakukanQL = kalor yang masuk KK = Koefisien kerja

4. Entropi dan Hukum Termodinamika Kedua

Kita telah melihat beberapa aspek termodinamika kedua dan yang berbeda

mengenai nya yang telah kita bahas dapat dibuktikan sama. Tetapi apa yang kita inginkan

adalah pernyataan umum dari hukum termodinamika kedua. Baru pada paruh kedua abad

kesembilan belas, hukum termodinamika kedua akhirnya dinyatakan secara umum, yaitu

dalam besaran yang disebut entropi, diperkenalkan oleh Clausius pada tahun 1860-an.

Ketika kita menangani entropu seperti energi potensial yang penting adalah entropi

selama proses, bukan besar mutlaknya. Menurut Clausius, perubahan entropi S dari

sistem, ketika kalor sejumlah Q ditambahkan kepadanya dengan proses yang reversible

pada temperature konstan, dinyatakan sebagai

∆ S=QT

Dimana: ∆ S : Perubahan suhu T : Suhu dalam Kelvin Q : Kalor

4

5. Contoh Soal Hukum Termodinamika Kedua

5.1 Contoh soal :

Efisiensi Mobil. Mesin mobil mempunyai efisiensi 20 persen dan menghasilkan rata-rata

23.000 J kerja mekanik per detik (s) selama operasinya. Berapa besar kalor yang dibuang

dari mesin nini per detik (s)?

PENYELESAIAN

Diketahui : e=20 % , e= 20100

=0,20

Sehingga di dapat QLQH

=1−e=1−0,20=0,80

Kita juga tahu oleh definisi bahwa e=WQH

, sehingga satu detik (s)

QH=We

=23.000 J0,20

=1,15 x105 J .

Dengan demikian

QL=0,80QH=(0,80 ) (1,15 x 105 J )=9,2 x104 J

Mesin Membuang 9,2 x104 J /s = 92.000 watt.

Terlihat pada soal diatas, soal tersebut merupakan soal yang mengenai operasi

mesin kalor. Yang didalam soal tersebut terdapat efisiensi (e), dan kalor yang dibuang.

Pada hukum II termodinamika, penerapannya dengan melalui mesin kalor. Jadi soal

tersebut sangat berhubungan erat dengan penerapan hukum termodinamika yang kedua.

5.2 Contoh soal

Pompa Kalor. Sebuah pompa kalor mempunyai koefisien kerja 3,0 dan melakukan kerja

pada 1500 W.

a. Berapa besar kalor yang bisa ditambahkan ke sebuah ruangan perdetik (s)?

5

b. Jika Pompa kalor dibalikkan untuk berfungsi sebagai penyejuk udara di musim panas,

berapa koefisien kinerja yang diharapkan, dengan menganggap semuanya tetap sama?

PENYELESAIAN

a. Untuk pompa kalor dan alat tersebut melakukan kerja 1500 J per detik (s), pompa ini

bisa memasukkan kalor ke ruangan dengan kecepatan

KK=QHW

QH=KK xW=3,0 x 1500J=4500 J

Perdetik (s) atau kecepatan 4500 W

b. Jika alat ini di balik di musim panas, ia dapat menerima kalor QL dari dala rumah dan

melakukan kerja 1500 J per detik (s). Kemudian membuang QH = 4500 J per detik

(s) ke suhu panas luar. Energi kekal, maka dipakailah persamaan Q L + W = Q H , maka

:

QL=¿QH−W=4500 J−1500J=3000 J ¿

Koefisien kerja sebagai penyejuk udara berarti sebesar

KK=QLW

=3000 J1500 J

=2,0

Terlihat pada soal diatas, soal tersebut merupakan soal yang mengeai pompa kalor.

Pada.hukum II termodinamika, khususnya pada penerapan mesin pendingin terdapat

pengoperasian pompa kalor. Yang didalam solah tersebut terdapat komponen : TH ,

QH ,TL ,W, QL , dan KK . Jadi soal tersebut sangat berhubungan erat dengan penerapan

hukum termodinamika yang kedua khusunya pada mesin pendingin.

6