Sabtu, 07 Mei 2011
Dalam postingan sebelumnya kita sudah mempelajari beberapa pernyataan khusus hukum kedua termodinamika. Perlu diketahui bahwa pernyataan khusus tersebut hanya bisa menjelaskan beberapa proses ireversibel saja. Pernyataan om Clausius hanya menjelaskan perpindahan kalor dan kaitannya dengan prinsip kerja mesin pendingin. Sebaliknya pernyataan om Kelvin dan om Planck berkaitan dengan prinsip kerja mesin kalor. Walaupun tampaknya berbeda, tetapi pada dasarnya kedua pernyataan ini berhubungan dengan perpindahan kalor. Btw, masih banyak proses ireversibel lainnya tidak bisa dijelaskan menggunakan kedua pernyataan tersebut. Setelah mencium tanah, buah mangga yang lezat dan mengundang selera tidak pernah meluncur ke atas lagi. Buku yang kita dorong tidak pernah bergerak kembali ke posisinya semula. Ketika adikmu yang sangat nakal menjatuhkan gelas ke lantai hingga pecah, serpihan-serpihan gelas yang tercecer di lantai tidak pernah ngumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula… Apalagi ya… masih banyak atuh. mikirin sendiri ya… hiks2… pisss
Karena pernyataan khusus hukum kedua termodinamika tidak bisa menjelaskan semua proses ireversibel maka kita membutuhkan pernyataan yang lebih umum. Adanya pernyataan umum ini diharapkan bisa menjelaskan semua proses ireversibel yang terjadi di alam semesta. Pernyataan umum hukum kedua termodinamika baru dirumuskan pada pertengahan abad kesembilan belas, melalui sebuah besaran yang diberi julukan entropi (S). Entropi bisa dianggap sebagai ukuran kuantitatif dari ketidakteraturan. Mengenai hal ini akan dibahas kemudian… Besaran entropi pertama kali diperkenalkan oleh om Clausius dan diturunkan dari siklus om Carnot (mesin kalor sempurna). Menurut om Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada suhu tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah :
Keterangan :
Delta S = Perubahan entropi (Joule/Kelvin)
Q = Kalor (Joule)
T = Suhu (Kelvin)
Entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem, karenanya tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita tinjau hanya perubahan entropi saja… Mirip seperti perubahan energi dalam pada hukum pertama termodinamika.
Untuk membantumu lebih memahami pembahasan ini, kita obok-obok latihan soal saja :
Contoh soal 1 :
Sejumlah gas dalam sebuah wadah mengalami pemuaian adiabatik. Berapakah perubahan entropi gas tersebut ?
Panduan juawaban :
Selama proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem (gas). Karena Q = 0 maka delta S = 0. Bisa disimpulkan bahwa pada proses pemuaian adiabatik, entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan…
Bagaimanakah dengan penekanan adiabatik ? Pada dasarnya sama saja. Selama penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karenanya entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan.
Contoh soal 2 :
Sebuah mesin Carnot menerima 2000 J kalor pada suhu 500 K, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 350 K. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…
Panduan jawaban :
TH = 500 K
QH = 2000 J
TL = 350 K
QL = ?
Persamaan ini datangnya dari mana-kah ? ingat pembahasan mengenai mesin carnot. Hasil yang sangat penting dari mesin Carnot adalah bahwa untuk mesin kalor yang sempurna, Kalor yang diterima (QH) sebanding dengan suhu TH dan Kalor yang dibuang (QL) sebanding dengan suhu TL. Pahami perlahan-lahan…
Ingat perjanjian tanda hukum pertama terModiNamikA. Jika sistem menerima kalor, Q bertanda positif. Sebaliknya jika sistem melepaskan kalor, Q bertanda negatif. Sistem untuk kasus ini adalah mesin carnot…
Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…
Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 2000 J pada suhu (T) 500 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif. Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :
Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 1400 J pada suhu (T) 350 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.
Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :
Perubahan entropi total = 4 J/K – 4 J/K = 0
Contoh soal 3 :
Sebuah mesin kalor menerima kalor (Q) sebanyak 600 Joule pada suhu 300 oC, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 100 oC. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…
Panduan jawaban :
TH = 300 K
QH = 600 J
TL = 100 K
QL = ?
Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 600 J pada suhu (T) 300 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif. Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :
Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 200 J pada suhu (T) 100 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :
Perubahan entropi total = 2 J/K – 2 J/K = 0
Dari contoh soal nomor 2 dan contoh soal nomor 3, tampak bahwa perubahan entropi total untuk proses reversibel = 0. Dengan kata lain, pada proses reversibel, entropi total selalu konstan…
Contoh soal 4 :
Sebongkah es batu bermassa 2 kg memiliki suhu 0 oC. Es batu tersebut diletakkan di dalam sebuah wadah dan dijemur di bawah sinar matahari. Karena mendapat sumbangan kalor dari udara dan matahari maka si es batu pun mencair… tentukan perubahan entropi es batu tersebut… (Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg)
Panduan juawaban :
Massa es batu = 2 kg
Suhu es batu = 0 oC + 273 = 273 K
Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 2 kg es batu menjadi air adalah :
Q = mL
Q = (2 Kg)(3,34 x 105 J/Kg)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 103 J
Ingat ya, selama proses peleburan (es batu berubah menjadi air), suhu selalu konstan. Karena suhu selalu konstan maka perubahan entropi es batu dihitung dengan suangat guampang :
Entropi es batu bertambah sebanyak 2,45 x 103 J/K. Perhatikan bahwa entropi lingkungan (wadah, udara, etc) tidak kita hitung…
Perhitungan di atas tampaknya mudah karena suhu air konstan. Apabila suhu tidak konstan maka perhitungannya menjadi lebih beribet 
Seandainya perubahan suhu cukup besar maka perubahan entropi bisa diooprek menggunakan kalkulus. Sebaliknya jika perubahan suhu tidak terlalu besar, kita bisa menggunakan suhu rata-rata (lihat contoh soal 5).
Seandainya perubahan suhu cukup besar maka perubahan entropi bisa diooprek menggunakan kalkulus. Sebaliknya jika perubahan suhu tidak terlalu besar, kita bisa menggunakan suhu rata-rata (lihat contoh soal 5).Contoh soal 5 :
Segelas air bersuhu 26 oC dicampur dengan segelas air yang bersuhu 22 oC. Jika massa air dalam gelas = 2 kg (gelas raksasa ), tentukan perubahan entropi air… Anggap saja air dicampur dalam sistem tertutup yang terisolasi. Ingat ya, perpindahan kalor alias panas termasuk proses ireversibel…
), tentukan perubahan entropi air… Anggap saja air dicampur dalam sistem tertutup yang terisolasi. Ingat ya, perpindahan kalor alias panas termasuk proses ireversibel…Panduan jawaban :
Kalor jenis air (c) = 4180 J/Kg Co
Massa air = 2 Kg (massa air sama).
Karena massa air sama, maka suhu akhir campuran = 24 oC (26 oC + 22 oC / 2 = 48 oC / 2 = 24 oC).
Jumlah kalor yang dilepaskan oleh air panas ketika suhunya menurun dari 26 oC – 24 oC :
Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(26 oC – 24 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J
Jumlah kalor yang disedot oleh air dingin ketika suhunya meningkat dari 22 oC – 24 oC :
Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(24 oC – 22 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J
Perubahan entropi total = Perubahan entropi air panas + perubahan entropi air dingin
Suhu rata-rata air panas = (26 oC + 24 oC) / 2 = 50 oC / 2 = 25 oC —- 25 + 273 = 298 K
Suhu rata-rata air dingin = (22 oC + 24 oC) / 2 = 46 oC / 2 = 23 oC —- 23 + 273 = 296 K
Air panas melepaskan kalor, karenanya Q bertanda negatif. Sebaliknya air dingin menyedot kalor, karenanya Q bertanda positif. Ingat lagi perjanjian tanda Q (hukum pertama termodinamika)
Entropi air panas menurun sebesar 56,107 J/K
Entropi air dingin bertambah sebesar 56,486 J/K
Entropi total bertambah sebesar 0,379 J/KDari hasil pengoprekan ini, tampak bahwa walaupun entropi sebagian sistem berkurang (-56,107 J/K), entropi sebagian sistem bertambah dalam jumlah yang lebih besar (+ 56,486 J/K) sehingga entropi total selalu bertambah (+ 0,379 J/K). Bertambahnya entropi total sistem tertutup yang terisolasi akibat adanya proses ireversibel ternyata tidak hanya berlaku pada perpindahan kalor antara campuran air panas dan air dingin yang kita analisis di atas, tetapi berlaku juga untuk semua kasus yang diteliti oleh para ilmuwan. Jadi entropi total suatu sistem tertutup yang terisolasi hanya bisa tetap atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang… Entropi total selalu tetap jika proses terjadi secara reversibel. Apabila proses terjadi secara ireversibel maka entropi total selalu bertambah…
Pada dasarnya semua proses alamiah dalam kehidupan kita setiap hari bersifat ireversibel sehingga entropi total pasti bertambah. Kenyataan ini disimpulkan dalam sebaris kalimat gaul di bawah :
Entropi total sistem dan lingkungan selalu bertambah akibat adanya proses ireversibel.
Kalimat yang dicetak miring ini merupakan pernyataan umum hukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika agak berbeda dengan hukum-hukum fisika lainnya… Biasanya hukum fisika dinyatakan dalam bentuk persamaan (misalnya hukum kakek Newton) atau berupa hukum kekekalan (misalnya hukum kekekalan energi). Hukum kedua termodinamika hanya dinyatakan dalam sebaris kalimat yang bikin mumet. Sialnya lagi, hukum kedua malah mengatakan kepada kita bahwa entropi selalu bertambah. Pada dasarnya proses ireversibel terjadi setiap saat, karenanya entropi juga selalu bertambah seiring berlalunya waktu. Kalau entropi selalu bertambah seiring berlalunya waktu berarti suatu saat nanti entropi akan bernilai maksimum dunk. Wah, apa jadinya dunia nanti
Btw, entropi tuh sebenarnya apa sich ? Dari pada pusink seribu keliling lebih baik kita langsung menuju ke sasaran saja…
Silahkan dibaca lanjutannya di Part 2 . . .
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
Entri Populer
-
Halo semuanya... Saya kembali lagi, setelah lama tidak posting di blog ini karena beberapa urusan kerjaan Well, kali ini saya akan shar... -
Dalam postingan sebelumnya kita sudah mempelajari beberapa pernyataan khusus hukum kedua termodinamika. Perlu diketahui bahwa pernyataan k...
-
Lisosom adalah organel sel berupa kantong terikat membran yang berisi enzim hidrolitik yang berguna untuk mengontrol pencernaan intraselu... -
Pengantar Pernah nonton balap sepeda motor GP ? belum ? sama dunk… diriku juga belum pernah nonton secara langsung. Kalau nonton GP di...
-
Sistem respirasi . . . yah walaupun agak merepotkan akhirnya saya post juga. Lagian udah lama gak nge-post yang Biologi. . . CekIDot Gan . ... -
Berikut ini adalah beberapa pendapat yang saya dapatkan tentang Linux Vs Windows BAGUSAN MANA??? Secara Pribadi jujur, secara pribadi ... -
Ocre, kali ini saya ingin menunjukkan cara pembuatan Facebook share Button(Share On Facebook Button) atau bahasa Indonesia Tombol Share Fac...
3 komentar:
kok gak jelas parametrnya?
gambarnya kok gabisa di liat :(
gambarnya ga terlihat
Posting Komentar