makalah entropi

7/22/2019 makalah entropi

1/22

Entropi

A. Konsep Entropi

Dalam suatu sistem dengan sejumlah koordinat termodinamik sembarang, semua keadaan

yang dapat dicapai dari suatu keadaan mula tertentu melalui proses adiabatik terbalikkan,terletak pada suatu permukaan.

Kita tinjau sistem yang mengalami proses reversibel dri keadaan 1 ke keadaan 2 melalui

lintasan A, dan kembali ke keadaan semula melalui lintasan B yang juga reversibel,

ditunjukkan gambar (hal 170)

Karena siklus reversibel, maka dapat dituliskan :

(5-27)

Sekarang kita pandang siklus reversibel yang lain, dengan keadaan awal yang sama tetapi

kembali melalui lintasan C. Untuk siklus ini dapat kita tulis:

(5-28)

Dengan mengurangkan persamaan (5-27) dengan persamaan (5-28), diperoleh:

(5-29)

Karena sama untuk semua lintasan antara 2 dan 1, besaran ini hanya bergantung padakeadaan awal dan akhir saja. Besaran ini dapat digolongkan sebagai sifat sistem dan disebut

sebagai entropi yang dinyatakan dengan S. Entropi didefinisikan sebagai:

dS (5-30)


2/22

perubahan entropi sistem yang mengalami perubahan keadaan 1 dan 2 reversibel adalah :

S2-S1=

(5-31)

Entropi adalah besaran ekstensif sistem dan dalam sistem yang homogen sebanding dengan

massa atau jumlah mol sistem. Entropi jenis s adalah:

(5-32)dan entropi jenis molal (5-33)

B. Entropi Gas Ideal

Pada gas ideal, energi dalam hanya merupakan fungsi suhu atau dapat kita tuliskan sebagai:

du dan dari hubungan penting pertama

Sehingga

(5-50)Entalpi untuk gas ideal juga hanya merupakan fungsi suhu atau

Dan Dari hubungan termodinamika

Sehingga

(5-51)C. Diagram TS

Untuk setiap jumlah kalor infinitesimal yang memasuki sistem dalam bagian

infinitesimal suatu proses terbalikkan, persamaannya ialah


3/22

Jadi jumlah total kalor yang dipindahkan dalam proses terbalikkan ialah

Integral ini dapat ditafsirkan secara grafis sebagai luas di bawah kurva pada diagram T yang

dirajah sepanjang sumbu Y dan S sepanjang sumbuX. Sifat kurva pada diagram TS ditentukan

oleh jenis proses terbalikkan yang dilaksanakan oleh sistem itu. Proses isoterm digambarkan

sebagai garis horisontal.

Dalam kasus proses adiabat terbalikkan, kita dapatkan:

Dan Sehingga jika T tidak nol,

Dan S adalah tetapan. Jadi selama proses adiabat terbalikkan berlangsung, entropi sistem

tetap, atau dengan perkataan lain sistem mengalami proses isentrop. Jelaslah bahwa proses

isotrop dalam diagram TS digambarkan sebagai garis vertikal.

Jika dua keadaan setimbang berdekatan infinitesimal, maka

Dan

Pada volume tetap,

Dan pada tekanan tetap,

Untuk proses reversibel internal, perubahan entropi dinyatakan oleh:

Persamaan ini juga dapat dituliskan dengan bentuk, (persamaan 5-34)


4/22

Persamaan (5-34) menyatakan bahwa perpindahan kalor pada sistem tertutup selama proses

reversibel internal dapat digambarkan dalam diagram suhu-entropi. Suhu merupakan besaranyang tidak bergantung pada massa dan menyebabkan perpindahan kalor, karena itu suhu kita

pilih sebagai ordinat pada diagram. Besaran entropi kita pilih sebagai absis karena sebanding

dengan massa dan merupakan besaran ekstensif. Diagram dengan T sebagai ordinat dan s

sebagai absis, disebut diagram T-s, ditunjukkan gambar 5-14. Luasan yang diarsir

menyatakan sejumlah kecil kalor yang dipindahkan dan sama dengan Tds

Gambar hal 172 gambar 5-14

Diagram T-s mempunyai aplikasi yang paling luas dibandingkan dengan beberapa diagram

yang digunakan dalam termodinamika karena daerah di bawah sembarang garis proses

reversibel menyatakan jumlah kalor. Diagram ini dapat diterapkan untuk problem aliran

maupun non aliran, dan kalor selalu memegang peranan penting.

Gambar 5-14 memperlihatkan diagram T-s untuk uap. Daerah berbentuk kubah yang terdiri

dari dua fase cair-uap disebut kubah uap. Kubah uap dibatasi pada sebelah kiri oleh garis

cairan jenuh dan di sebelah kanan oleh garis uap jenuh. Puncak kubah merupakan titik kritis.

Di sebelah kiri garis cairan jenuh merupakan daerah cair. Daerah tepat dibawah kubah

merupakan daerah uap basah yang berupa campuran cairan air dan uap dan disebelah kanan

garis uap jenuh merupakan daerah uap. Pada suhu diatas titik kritis sudah tidak ada perbedaan

antara cairan dan uap. Untuk penyederhaan gambar, garis-garis horisontal dan garis-garis

vertikal yang menyatakan garis isotermal dan garis isentropik tidak digambarkan.

Garis panas lanjut (superheated) menyerupai bentuk garis uap jenuh. Dengan meningkatnya

nilai panas lanjut, garis ini bergerak menjauh dalam daerah panas lanjut.

Garis isokhorik terlihat khas pada gambar dengan karakteristik tajam pada perubahan

kemiringan setelah memotong garis uap jenuh.


5/22

Pada gambar terdapat tiga jenis garis isentalpi. Jenis pertama, pada daerah panas lanjut, garis

isentalpi seluruhnya terletak pada daerah ini. Jenis kedua garis isentalpi datang dari daerah

panas lanjut masuk daerah basah pada suhu tinggi dan terakhir masuk lagi ke daerah panas

lanjut pada suhu yang sedikit lebih rendah. Jenis ketiga garis isentalpi memotong garis kubah

jenuh dan masuk daerah basah dan tidak meninggalkan daerah basah pada suhu lebih rendah.Hal ini menunjukkan bahwa entalpi nyaris hanya merupakan fungsi suhu dalam daerah ini.

Gambar 5-15

D. Daur Carnot

Ketika sistem dalam suatu mesin menjalani sebagian daurnya, sejumlah kalor diserap daritandon panas. Pada bagian lain daur itu, kalor yang jumlahnya lebih sedikit dibuang

ketandon yang lebih dingin. Jadi boleh dikatan bahwa mesin bekerja di antara sepasang

tandon ini. Menurut kenyataan yang didapat dari pengalaman, sejumlah kalor selalu dibuang

ketandon yang lebih dingin, sehingga efisiensi mesin yang sebenarnya tidak pernah 100%.

Sebuah mesin yang bekerja dalam daur carnot disebut mesin carnot. Mesin carnot bekerja

antara dua tandon dengan cara khusus yang sederhana. Semua kalor yang diserapnya terjadi

pada suatu temperatur tinggi yang tepap, yaitu pada temperatur tandon panas, dan semua

kalor yang dibuangnya terjadi pada temperatur yang tetap yang lebih rendah, yaitu pada

temperatur tetap yang lebih rendah, yaitu pada temperator tandon dingin. Proses yangmenghubungkan isoterm temperatur tinggi dan rendah adalah keterbalikan dan adiabat.

Karena keempat proses itu keterbalikan, daur carnot merupakan daur keterbalikan.

Jika sebuah mesin bekerja hanya antara dua tandon dan menurut daur keterbalikan, mesin itu

tentu mesin carnot.

Sebuah mesin carnot yang menyerap kalor QH dari tandon panas pada temperatur TH dan

membuang kalor QH ketandon yang lebih dingin pada temperatur TC memiliki efisiensi

yang sama dengan 1- | || |. Karena berlangsung antara dua garis isotropyang sama maka


6/22

||||

Supaya mesin carnot efisisen 100 persen, Tc harus nol. Karena alam tidak menyediakan

tandon bertemperatur mutlak nol, maka mesin kalor yang efisiensinya 100 persen secara

praktis mustahil ada.

Diagram temperatur-entropi sangat cocok untuk meperliahatkan karakteristik daur carnot.

Kedua proses adiabat terblikkan digambarkan oleh dua garis vertikal, sehingga daur carnot

digambarkat oleh sebuah segiempat seperti yang diperlihatkan dalam gambar 8.3. Hal ini

benar, tidak bergantung pada sifat sistem dan banyaknya koordinat termodinamik yang bebas.

E. Entropi dan keterbalikan

Supaya kita mengerti arti fisis entropi dan peranannya dalam dunia ilmu, kita perlu

mempelajari semua perubahan entropi yang timbul ketika sistem mengalami suatu proses.

Jika kita menghitung perubahan entropi sistem dan menambahkan pada perubahan entropi

ini, perubahan entropi lingkungan lokalnya, kita dapat kuantitas yang merupakan jumlah dari

semua perubahan entropi yang timbul dalam proses khusus itu. Kita boleh menamakannya

Bila jumlah kalor yang berhingga diserap atau dibuang oleh sebuah tandon, maka perubahan

koordinatnya tandon persatuan massa sangat kecil. Jadi, perubahan entropi persatuan

massanya sangat kecil. Namun, karena massaa total tandon sangat besar, perubahan entropi

totalnya berhingga. Misalkan tandonnya bersentuhan dengan sebuah sistem dan kalor Q

diserap oleh tandon pada temperatur T.Tandon itu mengalami perubahan non disipatif yang

ditentukan sepenuhnya oleh kuantitas kalor yang diserap. Perubahan yang tepat sama dalam

tandon akan terjadi jika jumlah kalor Qdipindah secara terbalikkan. Jadi, perubahan entropi

tandon itu ialah Q/T. Ini berarti, bila mana sebuah tandon menyerap kalor Q pada temperatur

T dalam suatu sistem dalam proses apa saja, perubahan entropi tandon ialah Q/T.

Tinjaulah sekarang perubahan entropi semesta yang ditimbulkan oleh proses terbalikkan.

Pada umumnya proses ini akan disertai alairan kalor antara sistem dan sekumpulan tandon

yang kisaran temperaturnya antara Ti dan Tf. Selama berlangsungnya bagian infinitesimaldari proses, yang manapun, sejumlah kalor QR dipindahkan antara sistem dan salah satu

tandon yang bertemperatur T. Misalkan QR bilangan positif. Jika QR diserap oleh sistem

maka

Dan perubahan entropi semester dS adalah nol. Jika QR dibuang oleh sistem, jelaslah


7/22

Dan perubahan entropi semesta dSjuga nol. Jika QR nol, baik sistem maupun tandon tidak

mengalami perubahan entropi, dan perubahan entropi semesta tetap nol. Karena hal ini

berlaku untuk bagian infinitesimal proses terbalikkan yang mana pun, tentulah berlaku juga

untuk semua bagian seperti itu. Jadi kita dapat mengambil kesimpulan bahwa bila proses

terbalikkan berlangsung, maka entropi semesta tidak berubah. Namun, proses alamiah tak

terbalikkan.

F. Entropi dan Ketakterbalikan

Bila sistem mengalami proses keterbalikan antara keadaan setimbang awal dan keadaan

setimbang akhir, perubahan entropi sistem ialah

dengan R menyatakan proses terbalikkan sebarang yang dipilih, yang dijalani sistem dari

keadaan awal ke keadaan akhir. Integrasi tidak dilakukan pada balikkan. Hal ini dapat

dilakukan dengan mudah bila keadaan awal dan akhir adalah keadaan setimbang. Bila

keadaan awal atau keadaan akhirnya keadaan taksetimbang, harus dipakai metode khusus.

Mula-mula kita akan membatasi diri pada proses takterbalikkan yang menyangkut keadaan

awal dan akhir yang setimbang.

Proses yang menunjukkan ketakterbalikkan mekanis eksternal

() Poses yang menyangkut lesapan isoterm dari kerja melalui sistem (yang tidak tetap tidakberubah) menjadi energi internal sebuah tandon, misalnya:

1. pengaduan tak teratur dari cairan kental yang bersentuhan dengan sebuah tandon;

2. berhentinya cairan yang sedang bergetar atau berputar, yang bersentuhan dengan

sebuah tandon;

3. deformasi takelastik dari zat padat yang bersentuhan dengan sebuah tandon;

4. pemindahan listrik melalui hambat yang bersentuhan dengan sebuah tandon;

5. histeresismagnetik dari bahan yang bersentuhan dengan sebuah tandon.

Dalam hal proses yang menyangkut transformasi isoterm kerja W melalui sistem menjadi

energi internal sebuah tandon, tidak ada perubahan entropi sistem, karena koordinat


8/22

termodinamikanya tidak berubah. Terdapat aliran kalor Q ke dalam tandon dengan Q=W.

Karena tandon menyerap Q satuan kalor pada temperatur T, perubahan entropinya ialah

+ atau + . Perubahan entropi semestanya ialah dan ini akan merupakan

kuantitas yang positif.

(b) Proses yang menyangkut lesapan adiabat dari kerja menjadi energi internal sistem,

misalnya :

1. pengadukan takteratur dari cairan kental yang tersekat secara termal;

2. berhentinya cairan yang sedang berputar atau bergetar, yang tersekat secara termal;

3. deformasi takelastik dari zat padat yang tersekat secara termal;

4. pemindahan listrik melalui hambat yang tersekat secara termal;

5. histeresis magnetik bahan yang tersekat secara termal.

Dalam proses yang menyangkut transformasi adiabat dari kerja menjadi energi internal

sistem yang temperaturnya naik dari Ti ke Tfpada tekanan tetap, tidak ada aliran kalor dari

atau ke lingkungannya, sehingga perubahan entropi lingkunan lokalnya adalah nol. Untuk

menghitung perubahan entropi sistem , proses terbalikkan semula harus diganti oleh proses

terbalikkan yang membawa sistem dari keadaan mula (temperatur T i, tekanan Pi) ke keadaan

akhir (temperatur Tf, tekanan Pf). Marilah kita ganti pelaksanaan takterbalikkan dari kerja itu

dengan aliran kalor isobar terbalikkan dari sederetan tandon yang temperaturnya berkisar

antara Tisampai dengan Tf. Jadi perubahan entropi sistem ialah

Untuk proses isobar,

dan

Proses yang menunjukkan keterbalikan mekanis internal

proses yang menyangkut transformasi energi internal suatu sistem menjadi energi mekanis,

kemudian dikembalikan menjadi energi internal lagi, misalnya:


9/22

1. gas ideal yang menerjang masuk ke ruang hampa (pemuaian bebas)

2. gas yang menerobos yang melewati sumbat porus (proses sernak)

3. membingkasnya kawat teregang ketika dipotong

4. pecahnya selaput sabun ketika ditusuk.

Dalam hal pemuaian bebas gas ideal, perubahan entropi lingkungan lokalnya nol. Untuk

menghitung perubahan entropi sistem, pemuaian bebas harus diganti dengan proses

terbalikkan yang membawa gas itu dari keadaaan semula (volum Vi , temperatur T) ke

keadaan akhir (volum Vf, temperatur T). Jelaslah proses terbalikkan yang paling

memudahkan ialah pemuaian isoterm trbalikkan pada temperatur T dari volum Vimenjadi

volum Vf. Jadi perubahan entropi sistem ialah

Untuk proses isoterm dari gas ideal,

Dan

Sehingga

Jadi perubahan entropi sesta ialah nR ln ( ), dan ini merupakan bilangan positif.

Proses yang menunjukkan ketidakterbalikkan termal eksternal

Proses yang menyangkut pemindahan kalor yang ditimbulkan oleh perbedaan temperatur

yang berhingga, misalnya:

1. penghantaran atau radiasi kalor dari suatu sistem ke lingkungannya yang lebih dingin

2. penghantaran atau radiasi kalor melalui suatu sistem (yang tidak berubah) dari tandon

panas ke tandon panas ke tandon yang lebih dingin.

Dalam hal penghantar Q satuan kalor melalui suatu sistem (yang tidak berubah) dari tandon

pada temperatur Ti ke tandon yang lebih dingin pada T2 , maka langkah berikut ini jelas:


10/22

dan

Proses yang menunjukkan ketakterbalikan kimiawi

Proses yang menyangkut perubahan spontan struktur internal, komposisi kimia, kerapatan,dari seterusnya misalnya:

1. Reaksi kimia2. Difusi dua macam gas ideal yang lembam3. Pencampuran alkohol dan air4. Membekunya cairan sangat dingin5. Pengembunan uap sangat jenuh6. Pelarutan zat padat dalam air7. Osmosis

Anggaplah difusi dua macam gas ideal yang lembam setara dengan dua proses pemurnian

bebas yang terpisah, yang utuk salah satu proses berlaku,

Dengan mengambil satu mol masing-masing gas dengan Vi = vdan Vf= 2v, kita dapatkan

Kuantitas ini merupakan bilangan positif. Semua hasil dirangkum dalam tabel 8.1.


11/22

Tabel 8.1 Perubahan entropi semesta akibat proses alamiah

Jenis ke tak

terbalikkan

Proses

takterbalikkan

Perubahan

entropi sistem

Perubahan

entropi

lingkungan lokal

Perubahan

entropi semesta

Ketakterbalikkan

mekanis

eksternal

Lesapan isoterm

dari kerja melaui

sistem menjadi

energi internal

sebuah tandon

0

Lesapan adiabat

dari kerja

menjadi energi

internal sistem

0

Ketakterbalikkan

mekanis internal

Pemuaian bebas

gas ideal 0

Ketakterbalikkantermal eksternal

Pemindahan

kalor melalui

medium dari

tandon panas ke

tandon lebih

dingin

0

Ketakterbalikkan

kimia

Difusi dua

macam gas ideal

yang lembam

2R ln 2 0 2 R ln 2

G. Entropi dan keadaan takseimbang

Perhitungan perubahan yang berkaitan dengan proses takterbalikan yang dibahas dalam pasal

8.6 tidak menimbulkan kesukaran khusus karena, lam semua hal sistem tidak berubah sama

sekali (dalam hal ini hanya perubahan entropi tandon yang harus dihitung). Atau juga pada

keadaan akhir sistem itu adalah keadaan setimbang yang dapat dihubungkan dengan proses

terbalikan yang sesuai. Namun, tinjaulah proses yang menyangkut ketakterbalikan termal

internal berikut ini. Sebatang penghantar termal yang pada mulanya mempunyai distribusi

temperatur takmerata karena ujungnya bersentuhan dengan tandon panas dan ujung lainbersentuhan dengan tandon dingin, kita pisahkan dari tandon, disekat secara termal, dan

dijaga supaya tekanannya tetap. Aliran internal kalor akan menjadikan batang itu

bertemperatur serbasama, tetapi transisinya berlangsung dari keadaan awal yang takseimbang

ke keadaan akhir yang setimbang. Jelaslah bahwa kita tidak bisa menemukan satu proses

terbalikan yang dapat membawa sistem dari keadaan awal ke keadaan akhir yang semula.


12/22

Temperatur akhir yang sama untuk semua potongan. Cara ini mendefinisikan proses isobar

terbalikan yang takterhingga banyaknya, yang bisa dipakai untuk membawa sistem dari

keadaan tekseimbang awal keadaan setimbang akhir. Jika tidak ada suatu proses terbalikanyang bisa membawa sistem dari i ke f, kita bisa mengambil proses terbalikan yang tak

terhingga banyaknya satu untuk setiap elemen volum.

Sebagai contoh, tinjaulah batang serbasama yang panjangnyaLseperti yang dilukiskan dalam

gambar 8.4. suatu bagian volum padaxbermassa

Dengan menyatakan kerapatan danA luas penampang. Kapasitas kalor potongan ini adalah

Anggaplah distribusi temperatur awalnya linier, sehingga potongan pada memilikitemperatur awal

Jika tidak ada kalor yang hilang dan, supaya sederhana kita anggap, bahwa konduktifitas

termal, kerapatan, dan kapasitas kalor semua potongan tersebut tetap, maka temperatur

akhirnya ialah

Dengan mengintergrasikan Q/T ke seluruh perpindahan kalor secara isobar terbalikan,

antara elemen volum dan sederetan tandon yang temperaturnya antara T i hingga Tf untuk

perubahan entropisatu elemen volum kita dapatkan


13/22

Setelah diintegrasikan untuk seluruh panjang batang, kita dapatkan perubahan entropi

totalnya,

Yang setelah diintegrasi dilakukan, kemudian disederhanakan maka

Untuk menunjukkan bahwa perubahan entropi positif marilah kita amabil harga menarik

untuk temperatur berikut : T0 = 400 K, TL = 200 K, maka temperatur akhirnya ialah Tf =

300K, jadi

Metode yyang sama dapat dipakai untuk menghitung perubahan entropi sebuah sistem yangmengalami proses dari keadaan awal yang tak setimbang, yang dikarakterisasi oleh distribusi

tekanan yang tak merata, ke keadaan akhir yang setimbang, yang tekanannya merata.

H. Prinsip pertambahan entropi

Perubahan entropi semesta yang berkaitan dengan setiap proses takterbaliakn yang kita tinjau

sampai sekarang ternyata positif. Jadi, kita dipaksa untuk percaya bahwa bila mana proses

takterbalikan terjadi, maka entropi semesta bertambah. Untuk menegakkan dalil yang di

kenal sebagaiprinsip entropi ini secara umum, kita cukup membatasi perhatian pada proses

adiabat saja, karena telah kita lihat bahwa prinsip entropi berlaku untuk semua proses yangmenyangkut pemindahan kalor takterbalikkan. Kita mulai bukti ini dengan meninjau kasus

khusus dari proses takterbalikkan adiabat di antara dua keadaan setimbang dari suatu system.

Konsep dasar

1. Sebagaimana lazimnya, misalkan system ini memiliki tiga koordinat bebasT, X, danXI dan keadaan awalnya di gambarkan oleh titik ipada diagram yang di perlihatkan

dalam gambar 8.5. misalkan system itu mengalami proses adiabat tak terbalikkan kekeadaanf, maka perubahan entropinya ialah


14/22

f - SiPerubahan temperature bisa terjadi, bisa juga tidak. Untuk kedua kemungkinan itu, marilah

kita buat system itu mengalami proses adiabat terbalikkan f dalam arah sedemikiansehingga temperaturnya menjadi sama dengan temperature tendon yang telah kita pilih,

misalnya temperature T. Sekarang misalkan system di sentuhakan pada tendon itu, system

mengalami proses isotherm terbalikkan k , sehingga entropinya sama dengan semula.Proses adiabat terbalikkan akhir akan membawa system itu ke keadaan awalnya.

Perubahan entropi neto daur ulang ini adalah nol dan hanya terjadi ketika dua proses berlangsung. Akibatnya(SfSi) + (Sj- Sk ) = 0

Jika menyatakan perubahan entropi yang berkaitan dengan bagian takterbalikkan dari daur( f - Si ), maka f- SjSatu-satunya pemindahan QRdalam daur ini terjadi selama proses isotherm denganQR= T

I(SjSk)

Jumlah kerja neto W (neto) telah di lakukan dalam suatu daur dengan

W (neto) = QR


15/22

Jelaslah dari hokum kedua termodinamika bahwa kalor QRtidak bisa masuk ke dalam system

ini berarti QR tidak bisa positif karena jika hal ini terjadi kita akan mempunyai proses daur

yang tidak menghasilkan efek neto, melainkan hanya penyerapan kalor dari suatu tendon dan

kinerja sejumlah kerja yang setara dengan itu. Jadi, QR0, danT(SjSk) 0,Dan akhirnya

2. Jika dianggap bahwa proses adiabat terbalikkan semula terjadi tanpa perubahan

entropi, kita bisa membawa system itu kembali ke i melalui satu proses adiabatic terbalikkan.

Lebih lanjut lagi, karena pemindahan kalor neto dalam daur ini nol, maka kerja netonya nol.

Jadi dalam kondisi ini, system dan lingkungannya dapat di pulihkan ke keadaan semula tanpa

menimbulkan perubahan apapun. Ini berarti proses semula terbalikkan. Karena inibertentangan dengan pernyataan semula, entropi system harus berubah. Jadi,

3. Dimisalkan sistem tidak homogen dan temperatur maupun tekanannya tidak serba

sama, dan sistem mengalami proses adiabatik reversible. Dianggap sistem bisa dibagi

menjadi beberapa bagian dan kita bisa menentukan temperatur, tekanan, komposisi, dan

seterusnya untuk masing-masing bagian tergantung koordinatnya, maka kita dapat

mendefinisikan entropi sistem keseluruhan sebagai jumlahan dari entropi masing-masingbagian. Jika dianggap bahwa kita dapat mengembalikan masing-masing bagian kembali ke

keadaan semula maka S sistem keseluruhan adalah positif.

Kita harus mengambil dua anggapan, yaitu:

1. Entropi sistem boleh didefinisikan dengan cara membagi sistem menjadi bagian-bagiannya dan menjumlah semua entropi dari bagian sistem ini,

2. Proses terbalikkan bisa diperoleh atau campuran dapat dipisahkan kembali serta reaksidapat berlangsung dalam arah yang berlawanan.

Kelakuan entropi semestasebagai hasil proses jenis apapun.

Dapat dinyatakan: s 0


16/22

I. Penerapan Prinsip Entropi dalam Teknik

Bila proses irreversible terjadi, entropi semesta bertambah.

1. Kita tinjau mesin kalor yang menjalani suatu daur sembarang seperti terlihat padagambar di bawah ini. Mesin mengambil kalor Q dari tandon pada temperatur T H

memberikan sejumlah kerja W, dan membuang kalor Q-W ke tandonyang lebih dingin

pada temperatur Tc. Menurut prinsip entropi,

s (semesta) = Q-W - Q 0

Tc TH

atau W Q Tc Q ;

TH

Sehingga W maks = Q ()

Karena W maks/Q adalah efisiensi maksimum mesin yang mengambil sebuah kalor Q dari

tandon THdan yang membuang kalor ke sebuah tandon pada Tc, dan karena 1- Tc/THadalah

efisiensi mesin carnot maka didapat bahwa efisiensi maksimum setiap mesin yang bekerja

diantara sepasang tandon adalah efisiensi mesin efisiensi mesin Carnot yang bekerja di

antara pasangan tandon yang sama.

Q Q+W

W W

Q - W Q

Tandon pada TH Tandon pada T

Tandon pada TcBenda yang

temperaturnya

akan diturunkan

dari T1ke T2

Pesawat

Pending


17/22

2. Misalkan kita ingin membekukan air atau mencairkan udara, maka kita turunkan

temperatur benda yang massanya berhingga dari T1 = T lingkungan ke T2 yang

dikehendaki.

Kita buat daftar perubahan entropi berikut:

s benda = S2S1

s zat pendingin = 0

Dan s tandon = Q + W

T1

Dengan menerapkan prinsip entropi,

S2S1 + Q + W 0

T1

Sehingga W T1(S1S2)Q

Dapat disimpukan bahwa harga W terkecil adalah

W (min) = T1(S1S2)Q

J. Entropi dan energi tak tersedia

Misalkan sejumlah kalor Q dapat diambil dari sebuah tandon pada temperature T.

Dan kita ingin mengkonversikan kalor ini sebanyak mungkin menjadi kerja. Jika T 0

temperature tandon terdinginyang kita miliki, maka

Menyatakan jumlah energi maksimum yang tersedia untuk dijadikan kerja bila Q satuan kalor

diambil dari tandon bertemperature T. Jadi jelaslah bahwa setiap energi yang tinggal dalam

tandon T0dan hanya bisa diambil dalam bentuk kalor. Kita dapat menegakkan dalil bahwa

bilamana proses tak terbalikkan terjadi, efek pada semesta sama dengan efek yangditimbulkan jika sejumlah energi tertentu dikonversikan dari bentuk yang sepenuhnya

tersedia untuk dijadikan kerja menjadi bentuk yang sama sekali tak tersedia untuk dijadikan

kerja. Jumlah energi E ini ialah T0 kali perubahan entropi semesta yang ditimbulkan oleh

proses tak terbalikan ini.

Misalkan kalor Q dihantarkan sepanjang batang dari daerah bertemperature T1 ke daerah

bertemperature T2. Setelah terjadi penghantaran, kita mempunyai kalor Q yang tersedia pada

temperature yang lebih rendah T2, dan jumlah kalor ini yang tersedia untuk kerja:


18/22

Kerja maksimum setelah penghantaran = Jika penghantaran tidak terjadi, kalor Q akan tersedia pada temperature yang lebih tinggi T1,

dan jumlah maksimum kerja yang bisa diperoleh ialah

Kerja maksimum sebelu penghantaran = Jelas, jumlah energi E yang menjadi tak tersedia untuk kerja ialah selisihnya

0

= T0S

Kebenaran dalil itu telah untuk hal khusus mengenai penghantaran kalor. Karena kita tidak

bisa menangani semua proses takterbalikkan dengan cara yang sederhana, kita harus

mengambil pandangan yang lebih abstrak untuk menegakkan dalil itu secara umum.

Tinjaulah suatu gawai mekanis, misalnya benda yang tergantung atau pegas yang tertekan,

yang mampu melakukan kerja pada suatu sistem. Misalkan sistemnya bersentuhan dengan

sebuah tandon pada temperatur T merupakan lingkungan lokal dari sistem itu. Misalkan suatu

proses takterbalikkan terjadi sehingga gawai mekanis melakukan kerja Wpada sistem, energi

internal sistem berubah dari Ui ke Uf dan kalor Q dipindahkan dari tandon ke sistem itu.

Menurut hukum pertama

Dan hukum kedua,

(sistem dan lingkungan lokal)>0Sekarang kita ingin menimbulkan perubahan yang tepat sama dalam sistem dan lingkungan

lokal yang timbul akibat terjadinya proses takterbalikkan, tetapi hanya dengan proses

terbalikkan saja. Untuk melakukan hal itu, perlu pelayanan dari mesin carnot dan pesawat

pendingin yang harus dijalankan dalam hubungannya dengan gawai mekanis yang khusus

serta tandon yang khusus. Sebagai gawai mekanis yang khusus ini sebagaimana biasa kita

ambil benda yang bergantung atau pegas yang tertekan. Untuk tandon khusus, pilih


19/22

temperatur yang terendah katakan To. Ini meruoakan lingkungan bantunya. Dengan

pertolongan mesin Carnot yang cocok dan pesawat pendingin Carnot yang cocok yang

bekerja dalam daur, sehubungan dengan lingkungan bantunya, kita dapat menimbulkan pada

sistem dan lingkungan lokalnya, dengan proses terbalikkan saja, perubahan yang sama

dengan perubahan yang terjadi dalam proses takterbalikkan semula. Jika halini terlaksanakan,

perubahan entropi sistem dan lingkungan lokal sama saja dengan semula, karena prosesnya

berlangsung dari keadaan awal ke keadaan akhir yang sama. Namun lingkungan bantunya

mengalami perubahan entropi semesta selama proses terbalikkan berlangsung adalah nol.

Karena perubahan enropi sistem dan lingkungan lokalnya adalah positif, perubahan

entropi lingkungan bantunya negatif. Jadi tandon temperatur T0harus memberikkan sejumlah

kalor, katakan E. Karena tidak ada energi tambahan yang muncul dalam sistem dan

lingkungan lokal, maka enregi E telah diubah menjadi kerja pada gawai mekanis bantu. Jadi

kita dapatkan hasil bahwa bila perubahan yang sama dengan perubahanyang dihasilkan

dalam sistem dan lingkungan lokal melalui proses tak terbalikkan dilaksanakansecara

terbalikkan, sejumlah energi E meninggalkan tandon bantu yang bertemperatur To dalam

bentuk kalor, dan muncul dalam bentuk kerja pada gawai mekanis bantunya. Dengan kata lain

energi E dikonversikan dari bentuk yang sama sekali tak tersedia ke dalam bentuk yang

sepenuhnya tersedia untuk kerja. Karena proses semula tidak dilakukan secara terbalikkan,energiE tidak diubah menjadi kerja, jadi E adalah energi yang taktersedia-untuk-kerja yang

timbulkan akibat dilaksanakannya proses takterbalikkan.

Dengan mudah kita dapat menghitung energi yang menjadi taktersedia selama proses

takterbalikkan. Jika perubahan yang sama dilaksanakan secara terbalikkan, perubahan entropi

sistem dan lingkungan lokalnya sama seperti sebelumnya, yaitu . Perubahan entropilingkungan bantu sama dengan perubahan entropi tandon bantu yang timbul karena

pembuangan E satuan kalor pada temperatur T0 , yaitu E/T0. Karena jumlah perubahan

entropi dari sistem, lingkungan lokal, dan lingkungan bantuannya nol, maka:

Sehingga

(

)


20/22

Jadi energi yang menjadi taktersedia-untuk-kerja ketika proses tak terbalikkan berlangsung

adalah T0kali perubahan entropi semesta yang ditimbulkan oleh proses tak terbalikkan itu.

Karena tiak ada energi yang menjadi taktersedia-untuk-kerja ketika proses terbalikkan

berlangsung maka kerja maksimum diperoleh ketika proses terbalikkan berlangsung.

karena proses takterbalikkan terus menerus berlangsung dalam alam, maka energi terus

menerus berubah menjadi bentuk yang tersedia-untuk-kerja. Kesimpulan yang dikenal

sebagai prinsip degradasi energi yang mula-mula dikembangkan oleh Kelvin menyajikan

tafsiran fisis penting mengenai perubahan entropi semesta. Perlu dipahami bahwa energi yang

menjadi tak tersedia-untuk-kerja bukanlah energi yang hilang. Hukum pertama selalu

berlaku. Energi hanya ditransformasi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

K. Entropi dan ketakteraturan

Seperti yang telah diketahui konsep kerja yang dipakai dalam termodinamika adalah

konsep mikroskopik, jadi harus berkesinambungan dengan koordinat makroskopik.

Ketidakteraturan gerak molekul yang melawan gaya antar molekul tidak termasuk dalam

sistem kerja karna sistem kerjanya hanya mengangkut gerak yang teratur saja. Jika energi

dibebaskan menjadi energi internal maka gerak yang tak beraturan molekul semakin

bertambah. Jadi, saat lesapan isoterm atau adiabat menjadi energi internal berlangsung, gerakrambat molekul dari tandon akan bertambah. Dengan demikian proses tersebut terjadi

pengangkutan transisi dari keteraturan menuju ketidakteraturan. Dapat kita simpulkan bahwa

semua proses alamiah didapatkan kecenderungan alam untuk mengikuti proses menuju ke

keadaan yang ketidakteraturannya lebih besar. Dengan kata lain, dapat dinyatakan pula

bahwa entropi sistem atau tandon adalah ukuran derajat kerambangan molekular yang ada

dalam sistem atau tandon. Dan kerambangan suatu sistem dapat dihitung dari teori peluang

dan diungkapkan sebagai kuantitas yang dikenal sebagai peluang termodinamik.

Hubungan antara entropi dan kerambangan :

S = Tetapan In

Dengan persamaan diatas menunjukkan bahwa entropi dalam keadaan tak setimbang yang

bersesuaian dengan derajat kerambangan tertentu, jadi bersesuaian dengan entropi tertentu.


21/22

L. Entropi dan arah ; entropi mutlak

Suatu proses selalu berlangsung dalam arah yang menimbulkan pertambahan entopi

semesta. Dalam sistem terisolasi , entropi sistem cenderung bertambah. Jadi untuk mencari

keadaan setimbang sistem yang terisolasi kita hanya perlu menjadikan entropi sebagai fungsi

koordinat tertentu . dan bila sistem tidak terisolasi, maka ia harus mempertahankan

temperatur dan tekanannya tetap sehingga nantinya akan terjadi perubahan entropi lain. Kita

juga dapat membuat tabel entropi karna didalamnya nanti terdapat banyak gambar keadaan

sistem yang bermacam macam dengan bilangan yang sesuai dan nantinya akan didapatkan

keadaan baku mutlak dari suatu sistem sehingga dalam keadaan itu entropinya nol dan

didapatkan perubahan entropi dari keadaan nol ke setiap keadaan lain yang menggambarkan

keadaan mutlak dari entropi.

Plank mengemukakan bahwa entropi kristal tunggal suatu unsur murni pada temperatur nil

harus diambil nol. Namun, entropi nol mempunyai implikasi statistik yang menyatakan

secara kasar bahwa dalam keadaan itu tidak ada ketakteraturan molekular , anatomik,

elektronik, dan nuklir.

M. Aliran entropi dan produksi entropi

Tinjaulah penghantar kalor sepanjang kawat tembaga yang terletak antara tandon yang panas

pada temperatur dan tandon yang lebih dingin pada .Andaikanlah arus kalor atau laji aliran kalor di lambangkan dengan . Dalam tiap satuanwaktu , tendon yang panas mengalami entropi / dan kawat tembaga mengalami

perubahan entropi. Hal ini di sebutkan karena sekali kawat itu mencapai keadaan tunak,

koordinat termodinamikanya tidak mengalami perubahan , dan tendon yang lebih dingin

mengalami kenaikan entropi / . Perubahan entropi semeata tiap satuan waktu ialah /

-

yang tentu saja positif.

Namun, proses ini dapat dilihat dari sudut pandang yang perhatiannya terpusat pada kawat,

dan buka pada semesta. Karena tendon yang panas mengalami penurunan entropi,k ita dapat

mengatakan bahwa tendon kehilangan entropi melalui kawat, atau terjadi aliran entropi

melalui kawat sebesar / per satuan waktu. Karena tendon yang lebih dingin mengalamikenaikan entropi , dapat dinyatakan tendon ini mengambil entropi dari kawat , atau terdapat

aliran entropi yang keluar dari kawat yang sama dengan / per satuan waktu. Tetapi / lebih besar dari , sehingga pandangan ini membawa pada suatu situasi yangmenyatakan bahwa aliran entropi yang keluar dari kawat melebihi yang masuk. Jika kita

dapat menganggap entropi sebagai kuantitas yang dapat mengalir, kita perlu mengaggap

bahwa entropi dihasilkan atau ditimbulkan di dalam kawat tersebut dengan laju yang cukup


22/22

untuk mengimbangi perbedaan antara laju keluar dan laju masuk. Jika laju produksi entropi

didalam kawat dapat ditulis ds / d , kita dapatkan

=

-

=

Jika temperature tandonnya T+ T dan T , sehingga hanya terdapat pada perbedaan

temperature yang kecil antara kedua ujung kawat itu, maka,

=

Karena menyatakan arus kalor, kita dapat menafsirkan / T sebagai arus entropi , atau= Jika, dapatkan hasil yang menyatakan bahwa jika kalor di hantarkan sepanjang kawat yang

perbedaan temperature kedua ujungnya entropi mengalir melalui kawat dengan laju dantimbul didalam kawat dengan laju

= Sekarang andaikan ada beda potensial, , antara kedua ujung kawat yang menyebabkanarus listrik I tetap mengalir pada kawat yang sama yang bersentuhan dengan tendon

bertemperatur T. Energi listrik I dibuang dalam kawat tiap satuan waktu dank kalorkeluar dari kawat dengan laju I

. Perubahan entropi semesta per satuan waktu ialah

yang merupakan bilangan positif. Produksi entropi dalam kawat terjadi dengan laju

Entropi di timbulkan dalam kawat oleh aliran kalor dan aliran listrik dengan laju

= + I

makalah entropi

Documents