Hukum II Termodinamika

� Hkm I Termodinamika � kekekalan energi� Energi total suatu sistem yang terisolasi kekal� Hkm I tidak menjelaskan proses-proses yang dapat

terjadi spontan dan tak spontan� � Hkm II Termodinamika� Proses reversibel dan proses irreversibel: misalnya

pada gerak benda di bidang miring kasar energikinetik dan mekanik awal benda ditransfer menjadienergi dalam balok dan bidang (dalam bentuk panas) tapi proses sebaliknya tidak bisa terjadi � prosesirreversibel

� Secara natural lebih banyak proses yang irreversibel

Mesin panas

� Ciri-ciri umum mesin bakar adalah adanya zatkerja (air, udara, uap bensin dll) yang menyerap kalor pada temperatur tinggi, melakukan usaha dan mengeluarkan(membuang) kalor pada temperatur rendah

� Contoh: Mesin bakar � siklus Otto: kompresiadiabatik – pemanasan isokhorik – ekspansiadiabatik – pendinginan isokhorik

� Siklus Otto

a

b

c

d

Kalor masuk pada proses bc: Qh

Kalor dilepas pada proses da: Qc

adiabatik

adiabatik

Qh

Qc

Karena proses berupa siklus, maka tidak ada perubahanenergi dalam. Akibatnya

Wtotal = Qtotal= Qserap – Qlepas

= Qh - |Qc|

Efisiensi mesin panas

� Efisiensi suatu proses dinyatakan sebagaiperbandingan antara kerja dan kalor yang diserap(pada temperatur tinggi)

� Efisiensi termal mesin panas

� Efisiensi sempurna e = 1 = 100% yang terjadi bilasemua kalor yang diserap diubah menjadi kerja(tidak ada kalor yang dilepas)

� Kenyataannya tidak mungkin membuatmesin panas dengan efisiensi 100%

� Ungkapan hukum II menurut Kelvin-Planck:

� Sebuah mesin panas yang bekerja secara siklistidak mungkin untuk tidak menghasilkan efeklain selain menyerap kalor dan melakukan kerjayang ekivalen

Harus ada kalor yang dibuang ke lingkungan, efisiensi tidak mungkin 100%

� Skema mesin panas

Mesin yang tak mungkin

Mesin pendingin (refrigerator)

� Prinsip operasinya merupakan kebalikan darimesin panas

� Usaha diberikan pada sistem untuk menyerapkalor pada temperatur rendah danmembuangnya pada temperatur tinggi

� Perumusan hukum II termodinamika menurutClausius:

� Sebuah mesin pendingin tak mungkin bekerja secarasiklis dengan tak menghasilkan efek lain selain transfer kalor dari benda dingin ke benda panas

Harus ada kerja yang diberikan pada sistem

Koefisien performansi

� Untuk mesin pendingin, ukuran yang menyatakan performance dinamakanKOEFISIEN PERFORMANSI (coefficient of performance = cop)

� Skema mesinpendingin

Tidak mungkin

Mesin Carnot

� Merupakan suatu proses dengan efisiensiyang paling tinggi yang bekerja di antara duareservoir panas (temperatur) � siklus Carnot

� Siklus Carnot terdiri dari: ekspansi isotermalpada temperatur tinggi – ekspandi adiabatik– kompresi isotermal pada temperatur rendah– kompresi adiabatik

1111

1

dan

maka

konstanberlakuadiabatik prosesuntuk karena

)/ln(

)/ln(

annyaperbanding

ln

sama yang caradengan

ln

−−−−

−

==

=

=

=

=== ∫

γγγγ

γ

DcAhCcBh

ABh

DCc

h

C

D

Ccc

A

Bh

B

A

h

VTVTVTVT

TV

VVT

VVT

Q

Q

V

VnRTQ

V

VnRTpdVWQ

h

c

h

c

h

c

h

c

D

C

A

B

D

C

A

B

T

T

Q

Q

T

T

Q

Q

V

V

V

V

V

V

V

V

−=−=

=

=

→

=

−−

11

efisiensi

jadi

maka

11

ε

γγ

Efisiensi mesin Carnot

Entropi

� Hukum 0 � konsep temperatur

� Hukum I � konsep energi dalam

� Keduanya disebut variabel keadaan

� Variabel keadaan yang berhubungandengan Hukum II dinamakan entropi

� Entropi menggambarkan ketakteraturansuatu sistem

dQr adalah kalor yang harus diberikanpada sistem pada suatu prosesreversibel agar sistem berubah darikeadaan awal ke keadaan akhir