Hukum Kedua Termodinamika

hk. II, termo, entropi,

(a) sejumlah panas mengalir reservoar ( T2) ke benda dengan suhu T1(T2> T1) (b) gas pada bagian kiri mengalami ekspansi bebas saat diafragme /penyekat dihilangkan

Gambar di atas memperlihatkan dua sistem yang berbeda, masing-masing dilingkungi oleh dinding adiabatik. Pada gambar (a) sebuah benda yang suhunya T1 bersinggungan dengan benda lain (reservoir) yang suhunya T2 > T1. Maka sesuai dengan hukum alam, sejumlah panas akan mengalir dari reservoir masuk ke dalam benda pertama, sampai akhirnya dicapai keadaan seimbang, suhu benda pertama menjadi sama dengan suhu reservoir.

(Reservoir merupakan benda yang karena ukurannya besar atau karena mendapat masukkan energi panas dari sistem lain, maka walaupun sejumlah panas mengalir ke luar atau masuk ke dalamnya, suhunya tidak berubah).

Proses di atas terjadi secara spontan dan tak terbalikkan (irreversibel). Pada keadaan awal, kedua benda mempunyai suhu yang berbeda, setelah disentuhkan dan mencapai keseimbangan, maka keadaan akhirnya benda mempunyai suhu yang sama dengan suhu reservoir. Jika sistem ingin dikembalikan lagi ke keadan semula, dimana benda kembali mempunyai suhu T1 yang lebih rendah, tidaklah mungkin terjadi. Andaikata proses ini dapat berlangsung maka hal ini sama sekali tidak bertentangan dengan hukum pertama, yang tidak lain adalah hukum kekekalan energi. Tetapi kenyataannya, proses itu tidak pernah terjadi, walaupun jumlah energinya tetap, karena sistem itu dilingkungi dengan dinding adiabatik. Mengapa itu tidak dapat terjadi ?

Pada gambar (b) dilukiskan suatu bejana yang terbagi oleh dua diafragma. Bagian kiri berisi sejumlah gas dan bagian kanan hampa. Jika diafragma dirobek (dibocorkan), maka sejumlah molekul gas dari bagian kiri akan bergerak memasuki bagian kanan sampai akhirnya dicapai keadaan seimbang dan kedua bagian mempunyai tekanan yang sama. Proses inipun tak dapat berlangsung ke arah sebaliknya (ireversibel). Dari keadaan seimbang dengan molekul-molekul gas menempati kedua bagian dengan tekanan yang sama kemudian sejumlah molekul bergerak ke kiri sampai akhirnya bagian kanan menjadi hampa. Andaikata hal ini dapat terjadi maka inipun tidak bertentangan dengan hukum pertama. Peristiwa ini dikenal dengan peristiwa ekspansi bebas, dimana dalam hal ini walaupun volume sistem bertambah, sistem dikatakan tidak melakukan usaha.

Dari kedua peristiwa ini, timbul pertanyaan mengapa suatu peristiwa yang sebenarnya tidak bertentangan dengan sesuatu hukum tetapi tidak juga dapat terjadi. Di alam ternyata ada peristiwa-peristiwa yang terjadi secara spontan ke satu arah saja. Menghadapi kenyataan seperti ini maka haruslah diambil kesimpulan bahwa pastilah ada satu hukum alam lain di luar hukum pertama termodinamika dan yang tak dapat dijabarkan dari hukum pertama itu, lagipula dapat menentukan ke arah mana proses alami itu akan terjadi. Hukum ini selanjutnya akan disebut hukum kedua termodinamika.

Penyusunan hukum kedua ini tidak lepas dari usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang merupakan fungsi keadaan. Dan Clausius menemukannya dan besaran itu disebut entropi. Hukum kedua ini dapat dirumuskan sbb.:

Proses suatu sistem terisolasi yang disertai dengan penurunan entropi tidak mungkin terjadi. Dalam setiap proses yang terjadi pada sistem terisolasi, maka entropi sistem tersebut selalu naik atau tetap tidak berubah.

Lebih lanjut, jika suatu sistem terisolasi dalam keadaan demikian rupa sehingga entropinya maksimum, maka sistem itu dalam keadaan seimbang. Hal ini disebabkan karena setiap proses yang akan terjadi berkaitan dengan penurunan entropi, sehingga tidak mungkin terjadi. Dengan perkataan lain, syarat untuk keseimbangan ialah bahwa entropinya harus maksimum.

Pernyataan di atas hanya berlaku untuk sistem yang terisolasi. Jadi mungkin saja bahwa suatu sistem yang tak terisolasi akan menjalani proses yang berkaitan dengan penurunan entropi. Namun selalu dapat diketemukan bahwa entropi sistem lain yang berinteraksi dengan sistem itu naik paling sedikit dengan jumlah yang sama dengan penurunan entropinya.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s