HUKUM AWAL (ZEROTH LAW) TERMODINAMIKA Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA a) Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi

dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

b) Hukum pertama Termodinamika berbunyi: “Untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (w) maka terjadi perubahan energi dalam (∆U)

∆U = Q – W atau Q = ∆U + W

Peraturan tanda positif dan negatif adalah

1) Q dianggap Positif apabila kalor memasuki sistem2) W dianggap positif apabila usaha dilakukan oleh sistem3) ∆U dianggap positif apabila energi dalam sistem bertambah4) Q dianggap negatif apabila kalor keluar dari sistem5) W dianggap negatif apabila lingkungan melakukan usaha pada sistem6) ∆U dianggap negatif apabila energi dalam sistem berkurang

KAPASITAS KAPASITOR penggabungan proses isobarik dan isokhorikuntuk isobarik pada hukum 1 termodinamika Qp = ∆U + Wuntuk isokhorik pada hukum 1 termodinamika Qv = ∆U

HUKUM KEDUA TERMODINAMIKAProses irreversibel: proses perubahan bentuk energi yang hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalikProsesreversibel: Proses perubahan bentuk energi yang dapat berlangsung dalam dua arah dan dapat dibalik arahnya

1) Hukum II termodinamika pada aliran kalor berbunyi “kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

2) Hukum II termodinamika pada mesin kalor berbunyi “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”

3) Hukum II termodinamika pada entropi berbunyi “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversibel terjadi”

1) Entropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha

∆ s=∆QT

∆s = Perubahan entropi

∆Q = kalor yang diserap sistem dan lingkunganT = suhu mutlakCiri proses reversibel adalah (∆S = 0)Ciri proses irreversibel adalah (∆Ssemesta > 0)∆Ssistem + ∆Slingkungan = ∆Sseluruhnya ≥ 0

2) Mesin Pendingin (refrigerator) adalah mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkan pada suhu tinggi

Q1 = Q2 + WW = usaha yang dilakukan (J)Q1 = kalor yang masuk atau diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)Q2 = kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)

k p=Q 2

wKp = koefisien daya guna

Untuk gas ideal berlaku: k p=Q 2

w=

Q2

Q1−Q2=

T 2

T1−T 2

T1 = suhu reservoir suhu tinggi (k)T2 = suhu reservoir suhu rendah (k)

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.

ENTROPIentropi adalah logaritma dari banyaknya keadaan, atau tingkat dispersi energi dalam suatu sistem. Hal ini dinyatakan oleh persamaan Entropi = kB lnΩ, di mana kB adalah konstanta Boltzmann dan Ω adalah banyaknya keadaan. Definisi yang lebih umum diberikan adalah "Tingkat disorder dalam sistem," dan karenanya Hukum Kedua Termodinamika sering dijelaskan sebagai "sistem menjadi semakin kacau." Dari definisi di atas, ini dengan mengatakan bahwa sistem akan cenderung transisi dari kurang mungkin untuk lebih mungkin dalam keadaan sistem.

Sebenarnya entropi adalah sedikit lebih abstrak dan hukum kedua termodinamika menyiratkan bahwa alam semesta akan selalu menjadi semakin seragam; yaitu, panas (transfer energi dengan cara lain selain terus melakukan keadaan) akan menyebar sampai seluruh alam semesta memiliki suhu yang sama dan tingkat energi (antara sistem dalam kontak termal, panas selalu mentransfer energi dari sistem pada suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah sampai keseimbangan tercapai), dan memaksakan usaha agar terus menerus sampai keseimbangan yang universal telah dicapai.

SIKLUS CARNOTSiklus adalah suatu rangkaian sedemikian rupa sehingga akhirnya kembali kepada keadaan semula

1) Siklus Termodinamika

w=nRt lnv2

v1−p (v2−v1 )

Siklus carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tertinggi disebut mesin carnotKinerja suatu mesin atau efisiensi mesin

η= wQ1x 100 %=

Q1−Q 2

Q1x 100 %=1−

Q2

Q1x100 %

Untuk siklus carnot Q2

Q1=T 2

T 1 sehingga efisiensi mesin carnot

η=1−T2

T1x 100 %

η = efisiensi mesin carnotT1 = suhu reservoir bersuhu tinggi (K)T2 = suhu reservoir bersuhu rendah (K) Usaha oleh sistem pada hukum pertama termodinamikaQ = ∆U + wQ1 – Q2 = 0 + WW = Q1 – Q2

SEJARAH HUKUM KEDUA TERMODINAMIKADalam bukunya, "A New Kind of Science," tulis Stephen Wolfram, "Sekitar 1850 Rudolf Clausius dan William Thomson (Lord Kelvin) menyatakan bahwa panas tidak spontan mengalir dari tubuh dingin ke tubuh panas." Ini menjadi dasar untuk Hukum Kedua.Karya berikutnya oleh Daniel Bernoulli, James Clerk Maxwell, dan Ludwig Boltzmann menyebabkan perkembangan dari teori kinetik gas, di mana gas diakui sebagai awan molekul dalam gerakan yang bisa dijalnkan secara statistik. Pendekatan statistik ini memungkinkan untuk perhitungan yang tepat dari suhu, tekanan dan volume sesuai dengan hukum gas ideal.

Pendekatan ini juga menyebabkan berkesimpulan bahwa untuk sementara tabrakan antara molekul individu sepenuhnya reversibel, yaitu, mereka bekerja sama ketika melakukan depan atau belakang, untuk gas dalam jumlah besar, kecepatan individu molekul cenderung dari waktu ke waktu untuk membentuk normal atau Gaussian distribusi, kadang-kadang digambarkan sebagai "kurva lonceng," disekitar kecepatan rata-rata. Hasil ini adalah bahwa ketika gas panas dan gas dingin ditempatkan bersama dalam wadah, akhirnya berakhir dengan gas hangat. Namun, gas hangat akan pernah spontan memisahkan diri menjadi gas panas dan dingin, yang berarti bahwa proses pencampuran gas panas dan dingin tidak dapat diubah. Ini telah sering diringkas sebagai, "kamu tidak bisa menyusun telur." Menurut Wolfram, Boltzmann menyadari sekitar 1876 bahwa alasan untuk ini adalah bahwa harus ada banyak keadaan yang lebih teratur untuk sistem daripada keadaan yang diperintahkan; Oleh karena itu interaksi acak pasti akan mengakibatkan kekacauan yang lebih besar.

TERMODINAMIKA ENTROPIPada awalnya kekeliruan muncul ketika kita memperkenalkan menyatukan istilah entropi ke dalam sistem. Clausius menemukan istilah pada tahun 1865. Dia telah melihat bahwa rasio

tertentu adalah konstan dalam reversibel, atau ideal, siklus panas. Rasio panas ditukar dengan suhu mutlak. Clausius memutuskan bahwa rasio dikonservasi harus sesuai dengan, kuantitas fisik yang nyata, dan ia menamakannya "entropi".Tentunya tidak semua rasio dikonservasi sesuai dengan, kuantitas fisik yang nyata. Secara kebetulan sejarah telah memperkenalkan istilah ini untuk ilmu pengetahuan. Di planet lain mungkin ada fisika tanpa konsep entropi. Ini benar-benar tidak memiliki kejelasan intuitif. Bahkan fisikawan besar James Clerk Maxwell telah punya konsep belakangan untuk sementara. Namun, istilah tersebut telah mulai melekat dalam pengetahuan.Kamus warisan amerika memberikan definisi, pertama entropi, "Untuk sistem tertutup, ukuran kuantitatif dari jumlah energi termal tidak tersedia untuk melakukan Usaha." Jadi itu semacam kuantitas negatif, kebalikan dari energi yang tersedia.

istilah entropi untuk menyatakan hukum kedua termodinamika: Entropi dalam sistem tertutup tidak pernah dapat menurun. Selama entropi didefinisikan sebagai energi tidak tersedia, parafrase hukum kedua ini setara dengan yang sebelumnya di atas. Dalam sistem tertutup, energi yang tersedia tidak pernah bisa meningkat, sehingga (karena energi adalah kekal) pelengkap, entropi, tidak pernah berkurang.Sebuah demonstrasi hukum kedua pada aliran panas dari hal-hal panas ke dingin, dan sebaliknya. Ketika batu panas dijatuhkan ke dalam seember air dingin, batu mendingin dan air hangat sampai setiap suhu tersebut sama seperti yang lain. Selama proses ini, entropi sistem meningkat. Jika kita mengetahui kapasitas panas dan suhu awal dari batu dan air, dan suhu akhir air, kita dapat mengukur peningkatan entropi kalori atau joule per derajat.

anggaplah hanya ember hitam yang berisi air yang awalnya pada suhu yang sama dengan udara di sekitarnya. Jika ember ditempatkan di bawah sinar matahari cerah, maka akan menyerap panas dari matahari. Sekarang air menjadi lebih hangat daripada udara di sekitarnya, dan energi yang tersedia meningkat. Apakah entropi menurun? Memiliki energi yang sebelumnya tidak tersedia menjadi tersedia, dalam sistem tertutup? Tidak, contoh ini hanya merupakan pelanggaran nyata dari hukum kedua. Karena menerima dari sinar matahari, dalam sistem lokal tidak ditutup; energi sinar matahari itu dipasok dari luar sistem lokal. Jika kita mempertimbangkan sistem yang lebih besar, termasuk matahari, energi yang tersedia telah menurun dan entropi meningkat seperti yang diperlukan.Sebut saja entropi tersebut sebagai entropi termodinamika. Kualifikasi "termodinamika" diperlukan karena entropi juga digunakan di tempat lain, dalam arti nontermodinamika.

ENTROPI YANG LOGISEntropi juga memiliki ketidakteraturan atau kekacauan. J. Willard Gibbs, ahli fisika teoritis Amerika abad kesembilan belas, menyebutnya "mixedupness." The American Heritage Dictionary memberikan definisi kedua entropi, "ukuran disorder atau keacakan dalam sistem tertutup." merupakan konsep yang negatif, kali ini bertentangan dengan organisasi atau perintah. Istilah ini memiliki makna kedua ini, berkat fisikawan Austria besar Ludwig Boltzmann.

Ludwig Boltzmann

suatu hari Boltzmann, memilki satu keluhan tentang hukum kedua termodinamika bahwa tampaknya memaksakan keiinginan pada hukum alam yang diinginkan. berdasarkan hukum kedua, hal ini hanya ada satu cara. Ini tampaknya bertentangan dengan hukum fisika pada tingkat molekuler, di mana tidak ada arah yang diinginkan dalam waktu - tumbukan elastis antara molekul akan terlihat sama maju atau mundur. Di tahun 1880-an dan 1890-an, Boltzmann menggunakan molekul gas sebagai model, bersama dengan hukum probabilitas, untuk menunjukkan bahwa tidak ada konflik nyata. Model boltzman menunjukkan bahwa, tidak peduli bagaimana diperkenalkan, panas akan segera merata tersebar di seluruh gas, sebagaimana hukum kedua diperlukan.

Model ini juga dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa dua macam gas akan menjadi ber campuran. Alasan ia digunakan untuk pencampuran sangat mirip dengan difusi panas, tetapi ada perbedaan penting. Dalam difusi panas, peningkatan entropi dapat diukur dengan rasio unit fisik, joule per derajat. Dalam pencampuran dua jenis gas pada suhu yang sama, jika tidak ada energi yang hilang, rasio joule per derajat - entropi termodinamika - tidak relevan. Proses pencampuran non-disipatif berhubungan dengan difusi panas hanya dengan analogi. Namun, Boltzmann menggunakan faktor, k, yang disebut konstanta Boltzmann, untuk melampirkan unit fisik dengan situasi terakhir. Sekarang entropi telah diterapkan pada proses pencampuran sederhana, juga. (Tentu saja, konstanta Boltzmann memiliki penggunaan yang sah - yang berkaitan dengan energi kinetik rata-rata molekul untuk suhu.)

Entropi dalam perkembangannya berkembang di bidang ilmu informasi, ilmu komputer, teori komunikasi, dll. di akhir 1940-an, John von Neumann, pelopor era komputer, dalam teori komunikasi Claude E. Shannon mulai menggunakan istilah "entropi" ketika membahas informasi karena "tidak ada yang tahu apa itu entropi yang sebenarnya, sehingga dalam perdebatan akan selalu memiliki keuntungan"

Richard Feynman tahu ada perbedaan antara dua makna entropi. Dia membahas entropi termodinamika di bagian yang disebut "Entropi" pada Kuliah nya di Fisika diterbitkan pada tahun 1963, menggunakan unit fisik, joule per derajat, dan lebih dari selusin persamaan (vol I bagian 44-6). Ia membahas arti kedua entropi di bagian yang berbeda berjudul (vol I bagian 46-5) "Order dan entropi" sebagai berikut:

Richard FeynmanMisalkan kita membagi ruang menjadi elemen bervolume kecil. Jika kita memiliki molekul hitam dan putih, berapa banyak cara kita bisa mendistribusikannya di antara elemen yang volume sehingga putih di satu sisi dan hitam di sisi lain? Di sisi lain, berapa banyak cara kita bisa mendistribusikannya tanpa pembatasan yang mana terjadi ? Jelas, ada banyak cara untuk mengubahnya dalam kasus yang selanjutnya. Kami mengukur "kekacauan" dengan banyaknya cara yang bisa diatur, sehingga dari luar tampak sama. Logaritma dari banyaknya cara adalah entropi. Banyak cara dalam kasus terpisah, sehingga entropi berkurang, atau "kekacauan" berkurang.

Ini adalah model Boltzmann. Perhatikan bahwa Feynman tidak menggunakan konstanta Boltzmann. Dia mengatakan bahwa tidak ada unit fisik semacam entropi tersebut, hanya nomor (logaritma.) Dan dia tidak menggunakan persamaan tunggal di bagian Lectures nya.

dalam hal lain "sejumlah cara" hanya dapat didirikan oleh artifsial pertama membagi ruang menjadi elemen yang bervolume kecil. Ini bukan titik kecil. Dalam setiap situasi yang nyata, dalam menghitung banyaknya susunan yang mungkin membutuhkan pembagian yang acak. Sebagai Peter Coveney dan Roger Highfield mengatakan:bagaimanapun, tidak ada pembagian entropi yang berlansung. Menghitung Entropi dengan cara ini tergantung pada ukuran skala diputuskan, bertentangan langsung dengan perubahan termodinamika dimana entropi sepenuhnya objektif.

Claude Shannon sendiri tampaknya menyadari perbedaan-perbedaan dalam paper yang terkenal 1948-nya, " A Mathematical Theory of Communcation " (8). Sehubungan dengan perbedaan tersebut ia menulis, "Dalam kasus kontinyu pengukuran adalah relatif terhadap sistem koordinat. Jika kita mengubah koordinat entropi akan berubah secara umum" (p 37, huruf miring Shannon).

Claude ShannonDalam paper yang sama Shannon mengatakan bahwa tidak ada unit fisik untuk entropi dan tidak pernah menyebutkan konstanta Boltzmann, k. Pada satu titik secara singkat memperkenalkan K, mengatakan dengan singkat, "Konstanta K hanya sebesar pilihan satuan ukuran" (hal 11). Meskipun kertas 55-halaman berisi lebih dari 300 persamaan, K muncul hanya sekali, dalam Lampiran 2, yang menyimpulkan, "Pemilihan koefisien K adalah masalah kenyamanan dan jumlah pilihan satuan ukuran" (p 29). Shannon tidak pernah menentukan satuan ukuran.

semacam ini entropi jelas berbeda. Unit fisik tidak berkaitan dengan itu, dan (kecuali dalam kasus informasi digital) konvensi yang acak harus digunakan sebelum dapat diukur. Untuk membedakan jenis entropi dari entropi termodinamika, sebut saja entropi logis.

Persamaan S = k logW + const muncul tanpa teori dasar - atau bagaimanapun seseorang ingin mengatakan tidak bermakna dari sudut pandang fenomenologis- Albert Einstein, 1910

Terlepas dari perbedaan antara dua makna entropi, aturan tersebut untuk entropi termodinamika tampaknya berlaku tetap untuk jenis logis: entropi dalam sistem tertutup tidak pernah dapat menurun. Dan tidak akan ada yang misterius tentang hukum ini. Hal ini mirip dengan mengatakan hal-hal tidak pernah terorganisir. Hanya aturan ini tak ada hubungannya dengan termodinamika.

Memang benar bahwa kristal dan konfigurasi lainnya dapat dibentuk oleh proses terarah. Dan kita terbiasa mengatakan bahwa konfigurasi ini "yang terorganisir." Tetapi kristal belum spontan "dilengkapi dengan penyusun." Istilah tersebut untuk konfigurasi biasa "yang

mengatur." cara kristal sudah ada dalam kisi kristal yang ada oleh struktur molekul yang membentuk kristal. Pembentukan kristal adalah hasil langsung dari hukum kimia dan fisika yang tidak berkembang dan yang, dibandingkan dengan program genetik,

Aturan ini tidak terorganisir juga tidak ada dalam pengalaman kita sehari-hari. Tanpa seseorang untuk memperbaikinya, pecahan kaca tidak akan pernah menyatu. Tanpa perawatan, rumah memburuk. Tanpa manajemen, bisnis gagal. Tanpa software baru, komputer tidak pernah memperoleh kemampuan baru.

Charles Darwin memahami prinsip universal ini. Itu sebabnya ia pernah membuat catatan untuk dirinya sendiri berkaitan dengan evolusi, "Jangan pernah menggunakan kata-kata tinggi atau lebih rendah". Namun, kata "tinggi" dalam arti terlarang ini muncul setengah lusin kali dalam edisi pertama oleh Darwin Origin of Species

Bahkan saat ini, jika Anda menegaskan bahwa manusia lebih sangat berkembang dari cacing pipih atau amuba, ada hukum Darwin yang akan berjuang dalam hal tersebut. tampaknya, evolusi belum tentu menunjukkan tren ke arah bentuk yang lebih sangat terorganisir, bentuknya hanya berbeda:

     Semua spesies yang masih ada sama-sama berkembang (All extant species are equally evolved). - Lynn Margulis dan Dorion Sagan, 1995     Tidak ada kemajuan dalam evolusi (There is no progress in evolution) . - Stephen Jay Gould, 1995      Kita semua setuju bahwa tidak ada kemajuan (We all agree that there's no progress). - Richard Dawkins, 1995     Kesalahan dalam kemajuan (The fallacy of progress) - John Maynard Smith dan Eörs Szathmáry, 1995

Tapi ini mengabaikan fakta-fakta tentang kehidupan dan evolusi.