MODUL VI KONSEP ENTROPI
Hukum Hukum termodi termodinam namika ika ke nol meliba melibatka tkan n konsep konsep temper temperatur atur,, hukum hukum termodinamika pertama melibatkan konsep energi dalam. Temperatur dan energi dalam lam
meru erupakan
fungsi
keadaan aan,
dimana
dapat
digunakan
untuk
mempertimbangkan keadaan termodinamika dari sebuah sistem. Fungsi keadaan yang yang lain lain adala adalah h entr entrop opii
(S )
dimana dimana dalam dalam hukum hukum termodi termodinam namika ika kedua kedua
melibatkan entropi. Entr Entrop opii
adal adalah ah sifa sifatt
zat zat
yang ang
meng menguk ukur ur dera deraja jatt
keac keacak akan an atau atau
ketidakteraturan pada suatu tingkat keadaan secara mikroskopik. Atau merupakan keadaan keadaan yang alamiah, dimana entropi selalu diproduksika diproduksikan n oleh suatu proses. proses. Entropi juga dapat didefinisikan sebagai hilangnya kemampuan untuk melakukan kerja kerja bergu berguna. na. Entrop Entropii adalah adalah tidak tidak dapat dapat dimusn dimusnahk ahkan. an. Inilah Inilah Hukum
Kedua
Termodinamika.
ifinisi entropi dikemukakan pertamakali oleh !lausius tahun "#$% dalam skala makroskopik. &erhatikan setiap proses yang sangat kecil dalam perubahan sebuah sistem dari suatu keadaan keadaan kesetimbangan kesetimbangan ke keadaan lain. 'ika
d Qr
adalah sejumlah energi sebagai panas yang dipindahkan ketika sistem mengalir sepanjang lintasan re(ersibel antara keadaan, maka perubahan entropi
dS
sama dengan jumlah energi untuk proses re(ersibel dibagi temperatur absolut sistem. dS =
d Qr T
)ubs )ubskr krib ib
( 1) r
menun menunjuk jukan an energ energii yang yang dipind dipindahk ahkan an yang yang diukur diukur sepanja sepanjang ng
lintasan re(ersibel. *eskipun sebenarnya sistem dapat mengalir melalui beberapa lintasan yang irre(ersibel. +etika energi diserap oleh sistem, maka
d Qr
positif
dan entropi sistem meningkat, dan ketika energi dilepaskan oleh sisitem, maka d Qr
adalah negatif dan entropi dari sistem menurun.
&ersamaan " bukan mendifinisikan
d Qr
entropi tetapi lebih mengarah
pada perubahan entropi. )ehingga besaran yang diperhatikan disini sepenuhnya diartikan sebagai perubahan entropi. alam mekanika statis, perilaku sebuah zat menggambarkan perilaku statistik atomatom dan molekulmolekul. )ehingga hasil utama dari perlakuan ini adalah sistem yang diisolasi cenderung menuju ke ketidakteraturan dan entropi merupakan ukuran ketidakteraturan ini. )ebagai contoh - molekul sebuah gas di udara dalam ruangan anda. 'ika sebagian molekul gas memiliki (ektor kecepatan magnitudo yang sama ke arah kiri, dan sebagiannya lagi memiliki (ektor kecepatan magnitudo yang sama ke arah kanan. )ituasi ini sangatlah dipaksakan, karena situasi ini tidak akan mungkin terjadi. )ebenarnya molekul bergerak secara sembarangan kesegala arah, bertemu secara kebetulan antara satu sama lain, perubahan kecepatan akibat tumbukan, sehingga situasi ini sangat tidak teratur. &enyebab kecendrungan suatu sistem yang diisolasi menjadi tidak teratur dapat dijelaskan dengan membedakan antara keadaan makro dan keadaan mikro sebuah sistem. +eadaan mikro merupakan uraian sifat indi(idual molekul dalam sistem. )ebagai contoh, kita menguraikan (ektor kecepatan molekul udara dalam ruang yang sangat kacau pada keadaan mikro tertentu, dan sangat banyak gerakan yang sembarangan bentuk lain kekacauan/ juga menunjukan keadaan mikro. +eadaan makro adalah uraian kondisi yang spesifik berbagai perubahan makroskopik yang terjadi dalam sistem seperti tekanan, rapat massa, dan temperatur. !ontoh, pada kedua keadaan mikro menggambarkan molekumolekul udara dalam ruangan, molekulmolekul udara terdistribusi secara merata seluruh ruangan 0 rapat massa terdistribusi secara merata ini merupakan suatu keadaan makro. +ita tidak dapat membedakan antara dua keadaan mikro dengan menggunakan sebuah pengukuran makroskopikkedua keadaan mikro akan muncul bersama sebagai secara makroskopik dan dua keadaan makro yang sesuai dengan keadaan mikro ini adalah bersifat eki(alent. i antara beberapa keadaan mikro, diasumsikan mungkin sama untuk semua.
1
2agaimanapun, jika semua keadaan mikro yang mungkin diuji, ditemukan bah3a jauh lebih besar yang tidak teratur dibandingkan dengan yang teratur. +arena semua keadaan mikro adalah mungkin sama, adalah sangat mungkin bah3a keadaan mikro aktual adalah suatu hasil dari mikro keadaan yang tidak teratur. engan cara yang sama, kemungkinan pembentukan keadaan makro dari keadaanmikro yang tidak teratur lebih besar dibandingkan kemungkinan keadaan makro dari mikro keadaan yang teratur. 4ntuk menghitung perubahan entropi pada proses yang terbatas, kita harus mengetahui bah3a secara umum d Qr
tidalah konstan. 'ika sistim pada suhu
T
adalah energi sebagai panas yang dipindahkan ketika
T , maka perubahan entropi sebuah proses re(ersibel antara
keadaan a3al dan akhir adalah akhir
akhir
∆ S = ∫ dS = ∫ awal
awal
d Qr T
( lintasanreversibel ) ( 2 )
&erhatikan perubahan entropi yang terjadi dalam mesin panas yang beroprasi antara temperatur Qh
energi,
T dingin
dan
T dpanas
. alam sebuah siklus, mesin menyerap
dari sumber panas dan melepaskan energi,
Qc
ke sumber yang
dingin. &erpindahan energi ini hanya terjadi selama bagianbagian isotermal siklus !arnot. engan begitu, suhu konstan dapat dipindahkan ke depan keluar dari integral pada persamaan 1/. *aka integral hanya mempunyai jumlah total energi yang dipindahkan melalui panas. )ehingga, total perubahan dalam entropi untuk siklus adalah ∆ S=
Qh c
−
Qc T c
5
i mana tanda negatif menunjukkan fakta bah3a energi karena kita lanjut untuk menggambarkan
Qc
Qc
dilepas oleh sistim,
sebagai besaran positif ketika
mengacu pada mesin kalor. i mana, untuk mesin !ar rot, Qc Qh
−
T c T c
*enggunakan hal ini mengakibatkan ekspresi yang sebelumnya 4ntuk
∆S
,
kita menemukan bah3a total perubahan dalam entropi untuk mesin !arnot yang beroperasi dalam suatu siklus adalah nol∆ S =0
+ita perhatikan suatu sistim mele3ati satu arbitrer noncarnot/ siklus re(ersibel. +arena entropi adalah fungsi keadaan dan hanya tergantung pada sifat keseimbangan keadaan kita simpulkan bah3a
∆ S =0
untuk setiap siklus
re(ersibel. 4mumnya, kita dapat menulis kondisi ini dalam bentuk mathematical
∮
d Qr T
=0 ( 3 )
i mana simbol
∮
menunjukkan bah3a pengintegrasian untuk lintasan
tertutup. &roses 6e(ersibel untuk gas ideal+ita berasumsi bah3a gas sempurna menyerupai statik, proses re(ersibel dari keadaan a3al yang bertemperatur T i dan (olume 7 i sampai keadaan akhir yang bertemperatur Tf dan (olume 7 f . )ekarang kita menghitung perubahan di dalam entropi dari gas untuk proses ini. 2entuk diferensial dari Hukum &ertamaTermodinamika d E internal =d Q r− dW ( 4 )
)ementara kita ketahui bah3a dW = PdV
dan untuk gas ideal -
8
d E internal n C V dT =
serta bentuk hukum gas ideal P =
nRT V
d Qr=n C V dT + nRT
'ika semua suku dibagi dengan d Qr T
= nC V
T , diperoleh -
dT dV + nR ( 5) T V
ari persamaan 1/, dan
C V
adalah konstanta, dapat dikeluarkan dari integral
maka diperoleh akhir
∆ S= ∫ awal
dV V
d Qr T
= nC V ln
T akhir T awal
+ nRln
V akhir V awal
%
(6 )
