BAB IV

BAB IV

HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

Tinjauan UmumSemua proses di alam terjadi secara spontan menuju kesetimbangan. Example:

Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah ; Kalor mengalir dari benda panas ke benda dingin; Gas berekspansi dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Proses spontan dapat dibalik, tetapi proses ini tidak dapat dibalikkan secara spontan walaupun neraca energi sudah terpenuhi. Energi harus dipasok ke sistim agar terjadi yang tidak spontan. Air mengalir dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi_ membutuhkan pompa

Kalor mengalir dari benda dingin ke benda panas_membutuhkan energi Gas berekspansi dari tekanan rendah ke tekanan tinggi_membutuhkan kompressor Pernyataan Tentang Hukum Kedua Termodinamika dan definisi

Pernyataan tentang hukum kedua termodinamika banyak sekali namun pada dasarnya sama. . Dari beberapa pernyataan tentang hukum kedua ini dapat dkelompokkan ke dalam tiga aliran yaitu: panas, proses, dan entropi.

Aliran Panas

Panas tidak dapat mengalir dengan sendirinya dari benda yang suhunya rendah ke benda yang bersuhu tinggi (Clausius)

Perpindahan panas dari suhu rendah ke suhu tinggi dalam suatu proses tidak munkin terjadi (Weber)

Panas tidak bisa mengalir dari benda yang bersuhu rendah ke benda yang bersuhu tinggi kecuali ada masukan energi dari luar (Young dan Young)

Proses

Tidak mungkin suatu mesin bekerja sendiri agar dapat memindahkan panas dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa masukan energi dari luar (Kiefer dan Clausius)

Tidak ada mesin ideal yang beroperasi pada sistem tertutup dapat mengkonversi semua panas menjadi kerja (Faires)

Entropi

Setiap sistem yang dibiarkan saja akan berubah menjadi sistem dengan probabilitas maksimum (Lewis dan Randall)

Semua proses spontan adalah irreversible diikuti oleh kehilangan energi (Hougen dan Watson)

dengan : S = perubahan entropi

dQrev = panas reversible yang dipindahkan

T = suhu absolut

Entropi

Entropi merupakan fungsi keadaan yang tidak tergantung pada posisi maupun gerak dari benda dan hanya tergantung pada suhu dan tekanan.

Bila sistem dan sekitarnya (sekelingnya) mempunyai hubungan energi , maka sistem dan sekitarnya selalu bertautan dalam perubahan entropi. Bila sistem mengalami perubahan entropi, maka sekitarnya juga mengalami perubahan entropi akibat hubungan energi tadi.. Total perubahan entropi sistem dan sekitarnya disebut perubahan entropi keseluruhan (universe) Untuk proses reversible dan irreversible hubungan ini ditulis:

S keseluruhan= Ssistem + Ssekitar 0

Keterangan: tanda >0 untuk proses irreversibel

Tanda = 0 untuk proses reversible

Bila sistem diisolasi, maka tidak ada hubungan energi antara sistem dengan sekitarnya, sehingga entropi sekitarnya tetap Ssekitar = 0, maka S keseluruhan = Ssistem 0Contoh Sebuah reservoir pada suhu 500 K menerima 5 x 106 kJ panas dari suatu sumber panas yang suhunya 600 K. Tentukan perubahan entropi sistem, sekeliling (sekitar), dan keseluruhan

Penyelesaian:

Diket : Tres = 500 K, T sumber panas = 600 K

Qrev = 5 x 106 kJ (panas yang diterima reservoir)

Qrev = -5 x 106 kJ (panas yang dikeluarkan oleh sumber panas)

Ditanya : Ssistem, S sekitar, dan S keseluruhanPenyelesaian:

Ssistem =

Ssekitar =

S keseluruhan = Ssistem + Ssekitar = (10000 8333)kJ = 1667 kJ

Perubahan Entropi untuk Gas Ideal Proses ReversibelPada proses reversible, S = dQrev/T dan dapat diturunkan untuk berbagai kasus sebagai berikut:a.Proses isotermal (proses pada suhu konstan)

Hukum termodinamika pertama dE = dQ dW. Untuk suhu konstan E = 0 sehingga dQrev = W. Seperti telah dijelaskan sebelumnya untuk gas ideal Q = W = nRT ln (V2/V1) = nRT ln (P1/P2), maka perubahan entropi untuk suhu konstan:

b.Proses isobarik (proses pada tekanan konstan H =Q):

untuk perubahan entropi spesifik dan untuk perubahan entropi:

Jika CP merupakan fungsi temperatur, maka nilai Cp diambil adalah Cp rata-rata antara T1 dan T2.

c.Proses isometrik (proses pada volume konstan, W = 0 )

dE = dQ

Jika CV merupakan fungsi temperatur, maka nilai CV diambil adalah CV rata-rata antara T1 dan T2.

d.Proses adiabatik

Pada proses adiabatik, Q = 0 sehingga S = 0

Nonisotermal-nonadiabatik

Jika suatu sistim gas ideal berubah dari P1V1T1 menjadi P2V2T2, tidak ada dalam kasus diatas yang dapat digunakan secara lansung untuk menentukan entropi. Sebenarnya, perubahan entropi merupakan fungsi keadaan yang tidak tergantung pada jalannya proses tetapi tergantung pada awal dan akhir proses seperti halnya dalam perhitungan energi dalam. Pertimbangkan dua proses reversible, satu proses isobarik diikuti proses isotermal sebagai berikut:

P1V1T1 P1V2T2 P2V2T2Perbuahan entropi aktual proses adalah jumlah perubahan entropi dua proses diatas:

Bila prosesnya isometrik diikuti proses isotermal, maka perubahan entropi proses:

Contoh Satu kilomol gas karbon monoksida (anggap gas ideal) dengan kapasitas panas pada tekanan konstan pada tekanan 2,758 MPa dan suhu 700 K (keadaan 1) diekspansi secara isothermal sehingga tekanannya menjadi 0,552 MPa (keadaan 2), selanjutnya didinginkan pada volume tetap sampai suhu 437,5 K (keadaan 3), lalu didinginkan pada tekanan tetap sampai suhu 350 K (keadaan 4), kemudian ditekan secara adiabatik sampai tekanan 2,758 MPa (keadaan 5) dan dipanaskan pada tekanan tetap sampai suhu 700 K Hitung S untuk setiap langkah proses diatas .

Penyelesaian:

a) Proses isotermal

P1 = 2,758 Mpa P2 =0,552 MPa

T1 = 700 K T2 = 700K

ST =

b) Proses Isometrik T2 =700K T3 = 437,5 K

SV =

c) Proses isobarik

d) SP =

e) Proses adiabatik

T4 =350K T5=634K

Qrev=0, maka Sa=0

f) Proses isobarik

T5 = 634K T6 =700 K

SP =

Perubahan entropi untuk keseluruhan proses (STotal),

STotal = 13,375-9,870-6,538+0+2,902

= -0,131kJ/K 0

Soal-Soal Latihan Uji Kompetensi

1. Hitung perubahan entropi dalam suatu alat penukar panas apabila 3 mol hidrogen dan 1 mol nitrogen pada tekanan 1 Mpa diumpankan secara terpisah pada suhu 100 oC, dicampur, dan kemudian dipanaskan dalam alat penukar panas sampai suhu 500 oC dengan diikuti oleh kenaikan

.

2. Suatu gas dengan kapasitas panas pada tekana konstan 45 kJ/(kmol K) diekspansi dari 0,5 Mpa dan !000 oC menjadi 0,1 Mpa dan 20 oC dengan menggunakan pendingin eksternal pada 10 oC (lingkungan )

a. Jika gas ideal, hitung perubahan entropi sistem, lingkungan, dan keseluruh,an

b. Hitung kerja yang hilang dari sistem

c. Tunjukkan bagaimana perubahan energi bebas Gibbs dari sistem

d. Jika gas non ideal, hitung perubahan entropi sistem, lingkungan, dan keseluruhan

_1236141144.unknown

_1236146411.unknown

_1236162202.unknown

_1236751413.unknown

_1236751626.unknown

_1236752319.unknown

_1236751426.unknown

_1236162234.unknown

_1236146437.unknown

_1236144333.unknown

_1236146035.unknown

_1236143809.unknown

_1235645466.unknown

_1236141125.unknown

_1235645428.unknown

_1231742286.unknown