P8. Hukum Kedua Termodinamika FISIKA.pdf

P8. Hukum Kedua Termodinamika FISIKA.pdf

1. ENTROPI
(HK. TERMODINAMIKA KEDUA)
Program Studi
FISIKA
Metrologi
Material Elektronika
Instrumentasi

2. HukumTermodinamikaSecaraUmum
Proses berjalandalamsuatu
arahtertentutidaksebaliknya
Suatuproses yang memenuhi
Hk. TermoI, belumtentu
dapatberlangsung
KegunaanHk.TermoIItidak
terbatas hanya pada
mengidentifikasiarahdarisuatu
proses,tetapijugauntuk
mengetahuikualitasenergi;
menentukanbatasteoritisunjuk
kerjasuatusistem;dan
memperkirakankelangsumgan
reaksikimia

3. Hukum Kedua Termodinamika
•Hukumkeduatermodinamikamenjelaskankekekalanenergihukum
pertamatermodinamika.Hukumkeduatermodinamikamenyatakan
bahwatidakmungkinmembuatsebuahmesinyangdapatmengubahjumlah
kalortertentumenjadienergimekanikseluruhnyatanpamengadakan
perubahanpentingpadamesinitu.Hukuminimenegaskanbahwatidakada
mesinkaloryangmampumengubahkalorseluruhnyakedalamenergi
mekanik.Begitupulamesinpendingin,tidakmungkinadamesinpendingin
yanghanyamemindahkankalordaritandondinginketandonpanastanpa
membutuhkantenagalain.

4. Hukum Kedua Termodinamika
•Proses suatusistemterisolasiyang disertaidenganpenurunan
entropitidakmungkinterjadi.
•Dalamsetiapprosesyang terjadipadasistemterisolasi, maka
entropisistemtersebutselalunaikatautetaptidakberubah.

5. Entropi
•BesaranS disebutentropiygadalahfungsi
keadaan
•SatuanS J.K
-1
(SI, MKS)
•Entropiadalahbesaranekstensifyang biladibagi
denganjumlahmassam ataujumlahmoln 
entropijenis(s)
Satuans J.kg
-1
. K
-1
atauJ.mol
-1
K
-1
(SI)
Satuans J.kg
-1
. K
-1
atauJ.kmol
-1
K
-1T
Qd'
dS
r

0dS m
S
s
ataun
S
s

6. •Sebelumnyatelahdibahashukumkeduasebagaipernyataanyg
dikaitkandg kemungkinanperubahanentropipadasembarang
proses
•Ada 2 pernyataanlain yang dipakaiutkmerumuskanhukumkedua
•PernyataanClausiustentanghukumkedua:
“Suatuproses tidakmungkinterjadi, bilasatu-satunyahasiladalah
sejumlaharuspanasyang mengalirkeluardarisuarusistemdengan
suhutertentudansemuanyamasukkedalamsistemlain padasuhu
yang lebihtinggi”
Pernyataan Clusius dan Kelvin-Planck tentang Hukum
Kedua

7. •Andaikanprosestersebutdapatberlangsungseperti
diagramdiatas,perubahanentropisistem(reservoir)Adan
Badalah
•Keduasistemtersebutmengalamiperubahanentropi
adalah1
A
T
Q
S 2
B
T
Q
S
dan0
T
Q
T
Q
S SS
21
BA
Pernyataan Clusius dan Kelvin Planck
tentang Hk. Kedua

8. •PerubahanentropitotalininegatifkarenaT
1<T
2sukupertamayang
negatif(padaruaskanan)lebihbesardaripadasukukedua.
•Berartientropimenurun,menuruthukumkeduaprosestsbtdkdapat
terjadi
•Padarefrigeratoraruspanasmengalirdarireservoirsuhurendahkesuhu
tinggi,tetapiaruspanastidaksamabesar
•Padaprosestsb,Panasygdihasilkanbukansatu-satunyaproduk,masihada
usahaygdilakukanpadamesin
Pernyataan Clusius dan Kelvin Planck tentang Hk.
Kedua

9. •PernyataanKelvin-Plancktentanghukumkeduasuatuproses
siklistidakmungkinterjadibilasatu-satunyahasiladalaharus
panasQyangmengalirkeluardarisuatureservoirpadasuhu
tertentudanseluruhnyadapatdiubahmenjadiusahamekanik
•Prosestsbtidakbertentangandghukumpertama,tetapi
bertentangandghukumkedua
Pernyataan Clusius dan Kelvin Planck tentang Hk.
Kedua

10. •Andaikanprosestersebutberlangsung,reservoir
mengalamipenurunanentropisebesardantidak
adakompensasikenaikanentropipadasistemlain
•Kesimpulannyaprosesitutidakmungkinterjadi
•Padamesinpemanasbesarusahatidak=seluruharus
panas,disampingituadasejumlahpanasygmasukkedalam
sistem(reservoir)keduaT
Q

Pernyataan Clusius dan Kelvin Planck
tentang Hk. Kedua

11. •Kesimpulannya
•tdkadamesinlainygmempunyaiefisiensitermallebihtinggidarimesinCarnot
bilakeduanyaberoperasiantarasepasangreservoirdgsuhutiapreservoiryang
bersangkutansama
•tdkadamesinpendinginygmempunyaikoefisienpenampilanyglebihtinggidari
padamesinpendinginCarnotbilakeduanyaberoperasiantarasepasangreservoir
dgsuhutiapreservoirygbersangkutansama
Pernyataan Clusius dan Kelvin Planck tentang Hk.
Kedua

12. •Entropiadalahfungsikeadaan,nilainyapadasuatukeadaanseimbang
dapatdinyatakandalamvariabel-variabelygmenentukankeadaansistem.
•DalamsistempVT,entropidapatdinyatakansebagaifungsipdanV,ataup
danT.SepertihalnyatenagadalamU,makaentropiSdapatpuladianggap
sebagaisalahsatuvariabelygmenentukankeadaantersebut
•JikasuhuTdipilihsebagaivariabellaintiapkeadaansistemberkaitandg
sebuahtitikdalamdiagramT-S,dantiapprosesreversibelbersangkutandg
sebuahkurvapadadiagram
DIAGRAM T-S

13. •SiklusCarnotmempunyaibentukyglebihsederhanabiladilukiskandalam
diagramT-S
•HalinidisebabkankarenasiklusCarnotdibatasiolehduaisotermberupa
garislurusygtegakluruspadasumbuT
•Danduaisentropatauduaadiabatreversibelberupagarislurusygtegak
luruspadasumbuS
DIAGRAM T-S

14. •Padagambardiatas,terlihatsiklusCarnota-b-c-d-adalamdiagram
T-S
•LuaskawasanygdikelilingiolehkurvaygmenyatakansiklusCarnot
adalahpanastotalygmasukataukeluarsistemrrQ Qd' dS T

DIAGRAM TS

15. MESIN KALOR (HEAT ENGINE)
•Sebuahmesinkaloradalahsesuatualatyangmenggunakankalor/panasuntuk
melakukanusaha/kerja.
•Mesinkalormemilikitigaciriutama:
1.Kalordikirimkankemesinpadatemperaturyangrelatiftinggidarisuatutempat
yangdisebutreservoarpanas.
2.Sebagiandarikalorinputdigunakanuntukmelakukankerjaolehworking
substancedarimesin,yaitumaterialdalammesinyangsecaraaktualmelakukan
kerja(e.g.,campuranbensin-udaradalammesinmobil).
3.Sisadarikalorinputheatdibuangpadatemperaturyanglebihrendahdari
temperaturinputkesuatutempatyangdisebutreservoardingin.

16. Gambarinimelukiskanskema
mesinkalor.
Q
H
menyatakanbesarnyainput
kalor, dansubscript H
menyatakanhot reservoir.
Q
C
menyatakanbesarnyakalor
yang dibuang, dansubscript C
merepresentasikancold
reservoir.
Wmerepresentasikankerjayang
dilakukan.
Skema Mesin Kalor

17. WQU  Ketikasebuahsistem
melakukanproses siklusmaka
tidakterjadiperubahanenergi
dalampadasistem. Dari
hukumI termodinamika:WQ
WQ

0 CHCH
QQQQQ  CH
CH
QQW
QQQW



18. MesinKalor
•Untukmenghasilkanefisiensiyangtinggi,sebuahmesinkalorharus
menghasilkanjumlahkerjayangbesardankalorinputyangkecil.
Karenanya,efisiensi,e,darisuatumesinkalordidefinisikansebagai
perbandinganantarakerjayangdilakukanolehmesinWdengankalor
inputQ
H
:
(1)
•Jikakalorinputsemuanyadikonversikanmenjadikerja,makamesin
akanmempunyaiefisiensi1.00,karenaW=Q
H
;dikatakanmesinini
memiliki efisiensi100%, idealnya demikian.
TetapihaltersebuttidakmungkinQ
CtidaksamadengannolH
Q
W
panasInput
dilakukanygKerja
e 

19. Mesin Kalor
•Sebuahmesin,harusmengikutiprinsip
konservasienergi.Sebagiandarikalorinput
Q
H
diubahmenjadikerjaW,dansisanyaQ
C
dibuangkecoldreservoir.Jikatidakadalagi
kehilanganenergidalammesin,maka
prinsipkonservasienergi:
Q
H
= W + Q
CH
Q
W
e H
C
H
CH
Q
Q
Q
QQ
e 

 1 CH
QQW  H
Q
W
e

20. Contoh 1: An Automobile Engine
•Sebuah mesin mobil memiliki efisiensi 22.0% dan menghasilkan kerja
sebesar 2510 J. Hitung jumlah kalor yang dibuang oleh mesin itu.
•SolusiJJW
e
W
WQQ
HC 89001
22.0
1
2510 







21. MESIN PENDINGIN
Pendingin(refrigerator):sebuahmesinkalor
yang beroperasi secara terbalik.
Refrigeratormenarikpanasdaritempat
dingin(didalampendingin)danmelepaskan
panasketempatyanglebihhangat.0 WQQ
CH WQQ
CH
 WQQ
CH

T
H
T
C
Q
H
Q
C
W
REFRIGERATOR

22. W
Q
C WQQ
CH
 Persamaan di atas merupakan hubungan nilai-mutlak
yang berlaku untuk mesin kalor dan pendingin
Siklus pendingin terbaik adalah yang memindahkan
Kalor Q
Cterbanyak dari dalam pendingin dengan
Kerja mekanik W sedikit mungkinCH
QQ
Semakin besar rasio ini maka semakin baik pendinginnya
Rasio ini disebut koefisien kinerja (coeficient of performance)CH
CC
QQ
Q
W
Q
COPR


T
H
T
C
Q
H
Q
C
W
REFRIGERATOR

23. POMPA KALOR (HEAT PUMPS)
Pompakaloradalahsuatualatyang
mentransferpanasdarimedia
bertemperaturrendahkemedia
bertemperaturtinggi.Tujuanpompa
kaloradalahmenjagaruangantetap
bertemperaturtinggi. Proses
pemberianpanasruangantersebut
disertaidenganmenyerappanasdari
sumberbertemperaturrendah.

24. Efisiensipompakalordisebutdenganistilahcoefficientof
performance(COP),dinotasikandengan??????&#3627408450;&#3627408451;??????&#3627408451;.W
Q
Input
diinginkanyangOutput
COP
H
HP 
diperlukan yang CH
H
QQ
Q
COPHP


Perbandinganantaraperformadarimesinpendingin
(refrigerant)danmesinpompakalor(heatpump)adalah1 RHPCOPCOP