Nama Dosen: Prof. Dr. Ir. Daniel Saputra, MS., A.Eng.
Kelompok: Agidio Anugrah Ditama (05021381621051)
Anna Syahara (05021181621087)
Sestri Rika Anggraini (05021181621017)
Hukum
kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah. Dengan kata
lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (arahnya dapat dibalik).
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa kalor mengalir secara spontan dari
benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak pernah mengalir secara
spontan dalam arah kebalikannya. Hukum pertama termodinamika tidak dapat
menjelaskan apakah suatu proses mungkin terjadi ataukah tak mungkin terjadi.
Oleh karena itu, muncullah hukum kedua termodinamika yang disusun tidak lepas
dari usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang merupakan fungsi
keadaan. Ternyata orang yang menemukannya adalah Clausius dan besaran itu
disebut entropi. Hukum kedua ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
“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.”
Hukum
kedua termodinamika memberikan batasan dasar pada efisiensi sebuah mesin atau
pembangkit daya. Hukum ini juga memberikan batasan energi masukan minimum yang
dibutuhkan untuk menjalankan sebuah sistem pendingin. Maka hukum kedua secara
langsung menjadi relevan pada banyak soal praktis yang penting. Hukum kedua
termodinamika juga dapat dinyatakan dalam konsep entropi yaitu sebuah ukuran
kuantitatif derajat ketidakaturan atau keacakan sebuah sistem.
1.
Formulasi Kelvin-Planck
“Tidak
mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang
semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.”Dengan kata lain,
formulasi kelvin-planck menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi
panas dari lautan dan menggunakan energi ini untuk menjalankan generator
listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer. Oleh
karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi tertentu.
Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh
dengan energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.
2.
Formulasi Clausius
“Tidak
mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang
semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”. Dengan
kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu
rendah) dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa
memberikan energi pada pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan,
2007: 249-250)
Berbeda
dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan. Kelvin
mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain.
Karena pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka
perumusan itu digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua
termodinamika. Perumusan ini diungkapkan demikian :“Tidak mungkin membuat pesawat
yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubahnya
menjadi usaha”. Oleh Clausius, hukum kedua termodinamika
dirumuskan dengan ungkapan : “Tidak mungkin membuat pesawat
yang kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir bertemperatur rendah dan
memindahkan kalor ini ke reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai
perubahan lain”.
Hukum
kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat
azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua
termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan
efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke
benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".
Bila
ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari
empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian
adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan
adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup
adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan,
mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut,
tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini
adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan
keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan
akhir sistem tersebut.
Hukum
kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan
kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan
bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya
semakin besar".
Jika
entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka
pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung
bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan
cenderung semakin besar.
Di
dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang
kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut
menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda
T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai
temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut
menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem
tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan
dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur
T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2". Di
dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan
adalah :
S=k
log w ............................................. (2.6)
dimana k adalah
konstanta Boltzmann, S adalah
entropi sistem, w adalah parameter kekacauan,
yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang
mungkin ditempati.
Jika
ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana
banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar,
maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V
adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula
peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk
menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah:
W1 =c
V ................................................ (2.7)
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni,
kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah :
w=w1N =
(cV)N ........................................... (2.8)
Jika
persamaan (2.8) disubstitusikan ke (2.6), maka perbedaan entropi gas ideal
dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak
berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut
bertambah besar.
Definisi statistik
mengenai entropi, yakni persamaan (2.6), menghubungkan gambaran termodinamika
dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua
termodinamika pada landasan statistik.Arah dimana proses alami akan
terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan,
yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum
secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik.
Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi
kesetimbangan.
Dari
sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam
tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama
ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di
dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu
vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan.
3. Reservoir
Energi Panas (Thermal Energy
Reservoir)
Thermal
Energy Reservoir atau lebih umum disebut dengan reservoir energi panas adalah
suatu benda atau zat yang mempunyai kapasitas energi panas yang besar. Artinya
reservoir dapat menyerap atau menyuplai sejumlah energi panas yang tidak
terbatas tanpa mengalami perubahan temperatur. Contoh dari benda atau zay besar
yang disebut reservoir adalah samudera, danau, dan sungai untuk benda besar
yang berwujud air dan atmosfer untuk benda berwujud besar di udara. Sistem dua
fasa juga dapat dimodelkan sebagau suatu reservoir, karena sistem dua fasa
dapat menyerap dan melepaskan panas tanpa mengalami perubahan temperatur. Dalam
prakteknya, ukuran sebuah reservoir menjadi relatif. Misalnya sebuah ruangan
dapat disebut sebagai sebuah reservoir dalam suatu analisa panas yang
dilepaskan oleh sebuah televisi. Reservoir yang menyuplai energi disebut dengan
saurce dan reservoir yang menyerap energi disebut dengan sink.
1.Mesin
Kalor (Heat Engines)
Mesin
kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Sebuah
mesin kalor dapat di karakteristikkan sebagai berikut:
1. Mesin
kalor menerima panas dari source bertemperatur tinggi (energi matahari, bahan
bakar, reaktor nuklir, dll)
2. Mesin
kalor mengkonvensi sebagian panas menjadi kerja (umumnya dalam bentuk poros
yang berputar)
3. Mesin
kalor membuang sisa panas ke sink bertemperatur rendah.
4. Mesin
kalor beroperasi dalam sebuah siklus.
Sebuah
alat produksi kerja yang paling tepat mewakili definisi dari mesin kalor adalah
pembangkit listrik tenaga air, yang merupakan mesin pembakaran luar dimana
fluida kerja mengalami siklus termodinamika yang lengkap.
Efisiensi termal (thermal efficiencies)
Efisiensi
termal sebenarnya digunakan untuk mengukur unjuk kerja dari suatu mesin kalor,
yaitu berapa bagian dari input panas yang diubah menjadi output kerja bersih.
Unjuk
kerja = Output yang diinginkan .......................... (2.9)
Input yang
diperlukan
Untuk
mesin kalor, output yang diinginkan adalah output kerja bersih. Dan input yang
diperlukan adalah jumlah panas yang disuplai ke fluida kerja. Kemudian
efisiensi termal dari sebuah mesin kalor dapat diekspresikan sebagai:
Efisiensi
termal = Output kerja bersih ......................... (2.10)
Input yang
diinginkan
Atau
nth=
1 – Q out .......................................................... (2.11)
Atau
Q in Dimana
W bersih out = Qout-Qin ................................... (2.12)
Melihat
karaktristik dari sebuah mesin kalor, maka tidak ada sebuah mesin kalor yang
dapat mengubah semua panas yang diterima kemudian mengubahnya semua menjadi
kerja. Pernyataan tersebut dimuat sebuah pernyataan oleh Kelvin-Plank yang
berbunyi : “Adalah tidak mungkin untuk sebuah alat atau mesin yang beroperasi
dalam sebuah siklus yang menerima panas dari sebuah reservoir tunggal dan
memproduksi sejumlah kerja bersih.”
Pernyataan
diatas hanya diperuntukkan pada mesin kalor, dapat diartikan sebagai tidak ada sebuah mesin/alat yang bekerja dalam sebuah siklus
menerima panas dari reservoir bertemperatur tinggi dan mengubah panas tersebut
seluruhnya menjadi kerja bersih. Atau dengan kata lain tidak ada sebuah mesin kalor yang mempunyai efisiensi 100%.
Mesin Pendingin
Mesin
pendingin, sama seperti mesin kalor, adalah sebuah alat siklus. Fluida kerjanya
disebut dengan refrigerant. Siklus refrigerasi yang paling banyak digunakan
adalah daur refrigerasi kompresi-uap yang melibatkan empat komponen :
kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator
Refrigerant
memasuki kompresor sebagai sebuah uap dan di kompres ketekanan kondensor.
Refrugerant meninggalkan kompresor pada temperatur yang relatif tinggi dan
kemudian didinginkan dan mengalami kondensasi di kondensor yng membuang
panasnya ke lingkungan. Refrigent kemudian memasuki tabung kapilar dimana
tekanan refrigerant turun drastis karena efek throttling. Refrigerant
bertemperatur rendah kemudian memasuki evaporator, dimana disini refrigent
menyerap panas dari ruang refrigerasi dan kemudian refriferant kembali memasuki
kompresor. Efisiensi refrigerator disebut dengan istilah coefficient of
performance (COP), dinotasikan dengan COPR.
Perlu
dicatat bahwa harga dari COPR dapat berharga lebih dari satu, karena jumlah
panas yang diserap dari ruang refrigerasi dapat lebih besar dari jumlah input
kerja. Hal tersebut kontras dengan efisiensi termal yang selalu kurang dari
satu. Salah satu alasan penggunaan istilahcoefficient of performance-lebih
disukai untuk menghindari kerancuan dengan istilah efisiensi, karena COP dari
mesin pendingin lebih besar dari satu.
Pompa Kalor
Pompa
kalor adalah mesin yang memindahkan panas dari
satu lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis.
Sebagian besar teknologi pompa kalor memindahkan panas dari sumber panas yang
bertemperatur rendah
ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari
es, freezer, pendingin ruangan,
dan sebagainya. Tujuan dari mesin pendingin adalah untuk menjaga ruang
refrigerasi tetap dingin dengan meyerap panas dari ruang tersebut. Tujuan pompa
kalor adalah menjaga ruangan tetap bertemperatur tinggi. Proses pemberian panas
ruangan tersebut disertai dengan menyerap panas dari sumber bertemperatur
rendah.
Perbandingan antara COPR
dan COPHP adalah sebagai berikut :
Mesin
kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang lebih
dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya,
pompa kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang
lebih dingin ke lokasi yang lebih panas.Air condtioner pada dasarnya adalah
sebuah mesin pendingin tetapi yang didinginkan disini bukan ruang refrigerasi
melainkan sebuah ruangan/gedung atau yang lain.
Hukum Termodinamika II
Pernyataan Clausius
Terdapat
dua pernyataan dari hukum termodinamika kedua - - pernyataan kelvin-plank yang
diperuntukkan untuk mesin kalor, dan pernyataan clausius yang diperuntukkan
untuk mesin pendingin/pompa kalor. Pernyataan clausis dapat diungkapkan sebagai
berikut: “Adalah tidak mungkin membuat sebuah alat yang beroprasi dalam
sebuah siklus tanpa adanya efek dari luar untuk mentransfer panas dari media
bertemperatur rendah kemedia bertemperatur tinggi.”
Telah
kita ketahui bahwa panas akan berpindah dari media bertemperatur tinggi kemedia
bertemperatur rendah. Pernyataan clausis tidak mengimplikasikan bahwa membuat
sebuah alat siklus yang dapat memindahkan panas dari terperatur rendah ke media
bertemperatur tinggi adalah tidak mungkin dibuat. Hal tersebut dapat terjadi
asalkan ada efek luar yang dalam kasus tersebut dilakukan kompresor yang
mendapat energi dari energi listrik.
numpang promo ya gan
BalasHapuskami dari agen judi terpercaya, 100% tanpa robot, dengan bonus rollingan 0.3% dan refferal 10% segera di coba keberuntungan agan bersama dengan kami
ditunggu ya di dewapk^^^ ;) ;) :*