HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

NURUL FUADI

• Proses siklis reversibel sebarang berupa satu kurva tertutup

• Proses ini dapat didekati dg siklus Carnot dg arah yg sama

• Hasil keseluruhan menjadi suatu garis bergerigi yang tertutup.

• Jika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, maka bagian adiabatik seluruhnya saling melenyapkan

• Sedangkan bagian-bagian isotermalnya tidak

Hukum Kedua Termodinamika

• Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antara sistem dg lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalah sama.

• Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atau yg masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalah sama, tetapi harus diberi tanda yg berlawanan.

• Karena itu perubahan entropi lingkungan sama besar tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan jumlahnya menjadi 0.

• Karena sistem bersama dg lingkungannya membentuk dunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetap

• Pernyataan tersebut hanya berlaku pada proses reversibel saja

• Konsep Efisiensi dlm HukumTermodinamika

Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika.

Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan

Siklus Carnot

• Carnot (1824) memperkenalkan suatu proses sederhana ke dalam teori termodinamika yg sekarang dikenal sebagai siklus Carnot

• Carnot berusaha menjelaskan asas-asas fisis mendasar yg menyangkut masalah efisiensi

• Usaha Carnot ini adalah dasar pengetahuan tentang termodinamika

• Siklus Carnot dapat dilaksanakan dg sistem yg bersifat apapun (padat, cair, gas, zat paramagnetik)

Diagram T-S

• Pada gambar diatas, terlihat siklus Carnot a-b-c-d-a dalam diagram T-S

• Luas kawasan yg dikelilingi oleh kurva menyatakan siklus Carnot adalah panas total yg masuk atau keluar sistem

Siklus Carnot utk Gas Sempurna

• Zat melakukan proses siklis yg terdiri dari 2 isoterm dan 2 adiabat

d

Q1

Q2

a

c

b

V

p

T2

T1

Dimulai dari a kembali ke a:– Ekspansi isotermal dari a ke b

pada suhu T1, panas Q1 masuk dan usaha dilakukan oleh sistem

– Ekspansi adiabatik dari b ke c, suhu turun menjadi T2 dan usaha dilakukan oleh sistem

– Pemampatan isotermal pd suhu T2 dari c ke d. Panas Q2 keluar dari sistem dan usaha dilakukan thp sistem

– Pemampatan adiabatik dari d ke a, suhu naik menjadi T1 dan usaha dilakukan thp sistem

MESIN CARNOT8

qin

TA

qout

TB

V1 V4 V2 V3

1

4

2

3

P

V

w

Proses Adiabatik 2 3 4 1

Proses Isotemal 1 2 3 4

Siklus carnot

• Siklus Carnot inilah yang dapat digunakan sebagai acuan untuk membuat mesin kalor. Siklus Carnot terdiri atas empat proses yaitu 2 proses adiabatis dan 2 proses isotermis lihat Gambar berikut.

• AB dan CD adalah proses isotermis. Sedangkan BC dan DA adalah proses adiabatis. Pada proses AB proses menyerap kalor Q1 dan saat proses CD melepas kalor sisa Q2. Selama siklus terjadi dapat menghasilkan usaha. Dan berlaku hubungan seperti persamaan berikut:

Q1 = W + Q2

atau W = Q1 – Q2

Mesin Kalor

• Dari siklus Carnot diatas untuk kemudian dapat dibuat suatu mesin yang dapat memanfaatkan suatu aliran kalor secara spontan sehingga dinamakan mesin kalor. Perhatikan Mesin kalor pada Gambar berikut.

Sesuai dengan siklus carnot maka dapat dijelaskan prinsip kerja mesin kalor. Mesin kalor menyerap kalor dari reservois bersuhu tinggi T1 sebesar Q1. Mesin menghasilkan kerja sebesar W dan membuang sisa kalornya ke reservois bersuhu rendah T2 sebesar Q2. Hubungan Q1, W dan Q2 sesuai persamaan :

W = Q1 – Q2

• Dari penjelasan diatas terlihat bahwa tidak ada sebuah mesin yang memanfaatkan semua kalor yang diserap Q1 untuk melakukan kerja W. Pasti selalu ada yang terbuang. Artinya setiap mesin kalor selalu memiliki efisiensi. Efisiensi mesin kalor ini didefinisikan sebagai berikut.

Jika disubstitusikan nilai W dari W = Q1 – Q2 persamaan dapat diperoleh persamaan berikut.

Ɛ = atau

Efisiensi Maksimum

• Siklus Carnot merupakan model mesin kalor yang ideal. Apakah sifat-sifatnya? Pada mesin ideal ini kalornya sebanding dengan suhu.

• Maka

Dari hubungan tersebut dapat ditentukan efisiensi mesin ideal, yang berarti efisiensi itu merupakan efisiensi maksimum. Efisiensi maksimum dari mesin carnot tersebut sebagai berikut :

= W/Q dgn W = Q1 + Q2 dan Q = Q1= (Q1 + Q2)/ Q1= (T1 – T2)/ T1

Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan sejumlah kalor dari suatu reservoir kalor dan mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha

Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari reservoir kalor bersuhu rendah dan pembuangan kalor dalam jumlah yang sama kepada suatu reservoir yang bersuhu lebih tinggi.

Efisiensi:

Mesin Kalor• Diagram dan lambang

mesin kalor digambarkan seperti disamping. Beberapa contoh mesin kalor sealin mesin carnot adalah mesin stirling, mesin otto (Motor bakar), dan mesin diesel.

Pesawat pendingin (refrigerator)

• Siklus kerja pesawat pendingin adalah kebalikan dari siklus kerja mesin Carnot

• Diagram lambang pesawat pendingin diperlihatkan seperti gambar disamping

• Pada pesawat pendingin didefinisikan koefisien kinerja N sebagai berikut :

• Karena

• Maka Dan koefisien kinerja maksimum adalah

= W/Q dgn W = Q1 + Q2 dan Q = Q1= (Q1 + Q2)/ Q1= (T1 – T2)/ T1

Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan sejumlah kalor dari suatu reservoir kalor dan mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha

Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari reservoir kalor bersuhu rendah dan pembuangan kalor dalam jumlah yang sama kepada suatu reservoir yang bersuhu lebih tinggi.

Efisiensi:

• Kesimpulannya – tdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termal lebih

tinggi dari mesin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yang bersangkutan sama

– tdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisien penampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesin pendingin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yg bersangkutan sama

Tugas Merangkum

1. Jelaskan definisi dan persamaaan entropi2. Jelaskan prinsip kenaikan entropi3. Entropi dan kesetimbangan4. Pernyataan claussius dan pernyataan Kelvin-

Planck tentang hukum Termodinamika II