Seperti halnya hukum termodinamika 1, hukum termodinamika 2 juga merupakan landasan berpikir dari termodinamika. Pada dasarnya, prinsip termodinamika banyak kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Bidang ini erat kaitannya dengan panas, entropi, kerja, dan fisika energi.
Hukum termodinamika 2 hadir untuk melengkapi kekurangan pada termodinamika 1. Mari simak informasi lengkapnya pada artikel berikut ini.
Daftar ISI
Prinsip Termodinamika
Termodinamika merupakan kata yang berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos yang artinya panas dan ynamic yang berarti perubahan. Bidang ini menggambarkan usaha dalam mengubah perpindahan energi panas akibat adanya perubahan suhu menjadi energi lain.
Seiring berjalannya waktu dan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, banyak rekayasa buatan manusia yang memanfaatkan termodinamika dalam yang berguna bagi kehidupan. Misalnya pada mesin kendaraan bermotor yang berlandaskan hukum termodinamika 2.
Apa Itu Hukum Termodinamika 2?
Pada dasarnya, hukum termodinamika 2 muncul untuk melengkapi hukum termodinamika 1 yang dianggap tidak dapat menjelaskan apakah suatu proses mungkin terjadi atau tidak. Hukum ini erat kaitannya dengan usaha dalam mencari sifat suatu sistem.
Prinsip termodinamika kedua ini lebih banyak mengulas tentang bagaimana cara membatasi perubahan energi yang bisa terjadi, serta yang tidak dapat terbatasi. Hukum kedua ini menyatakan bahwasanya aliran kalor atau energi panas memiliki arah yang pasti, tidak semua prosesnya bersifat reversible atau bolak balik.
Sehingga, hukum termodinamika 2 berbunyi bahwasanya energi panas mengalir secara tiba-tiba atau spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak terjadi dalam arah yang berlawanan.
Misalnya, ketika mencelupkan es batu pada teh panas, maka kalor akan mengalir dari teh ke es hingga es tersebut mencair, sehingga suhu keduanya menjadi sama. Hukum kedua bertugas untuk mengetahui usaha yang menyebabkan proses tersebut mungkin terjadi atau tidak terjadi.
Berdasarkan contoh tersebut, hukum termodinamika 2 dirumuskan sebagai:
“Proses suatu sistem terasing yang disertai dengan penurunan entropi mustahil dapat terjadi. Dalam setiap proses yang terjadi pada sistem terasing , maka entropi sistem tersebut selalu naik atau tetap tidak berubah.”
Hukum ini menjelaskan mengenai batasan dasar pada efisiensi sebuah mesin. Serta memberikan batasan energi masukan minimum yang berguna untuk menjalankan sebuah sistem pendingin.
Beberapa percobaan yang dilakukan oleh para ahli menghasilkan sebuah kesimpulan di mana mustahil membuat sebuah mesin kalor yang mengubah panas menjadi kerja secara keseluruhan.
Formulasi Hukum Termodinamika 2
Terdapat beberapa formulasi hukum termodinamika 2 menurut beberapa ahli, antara lain:
1. Kelvin-Planck
Kelvin Planck berpendapat bahwasanya tidak ada kalor yang dapat berubah menjadi sebuah usaha secara keseluruhan. Sehingga, menciptakan mesin kalor yang hanya bekerja pada suatu siklus adalah mustahil.
Formulasi ini mengungkapkan bahwa tidak ada cara yang dapat digunakan guna mengambil energi panas dari lautan. Sehingga, penggunaan energi untuk menjalankan generator listrik dinilai lebih baik karena tidak menimbulkan efek lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer.
Oleh sebab itu, setiap alat atau mesin akan memiliki nilai efisiensi tertentu. Efisiensi ini merupakan besaran nilai perbandingan dari perolehan usaha mekanik dengan energi panas yang berasal dari sumber suhu tertinggi.
2. Clausius
Menurut Clausius, sebuah mesin kalor akan mengambil kalor dari tempat penyimpanan cadangan bersuhu rendah dan menambahkannya pada tempat bersuhu tinggi tanpa adanya usaha dari luar adalah mustahil.
Artinya, energi tidak dapat diambil dari sumber yang bersuhu rendah dan memindahkannya pada sumber yang memiliki suhu tinggi tanpa memberikan energi pada pompa, sehingga dapat terjadi sebuah usaha.
3. Aliran Kalor
Terdapat beberapa ahli yang menganut hukum termodinamika 2 ini menyatakan bahwasanya kalor atau energi panas secara spontan mengalir dari suatu benda dengan suhu tinggi menuju benda yang suhunya lebih rendah. Sedangkan hal sebaliknya tidak terjadi.
Hal ini menunjukkan bahwasanya aliran energi tidak dapat terjadi secara sebaliknya dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi apabila tidak ada usaha dari luar yang membantunya.
4. Konsep Entropi
Berdasarkan konsep entropi, beberapa ahli menyimpulkan bahwa keseimbangan termodinamis semesta tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses irreversible terjadi.
Konsep ini menunjukkan bahwa semakin tidak teratur keadaan molekul sistem, maka nilai entropinya semakin besar. Uap air, yang bergerak cepat dan tidak teratur, memiliki entropi lebih tinggi daripada es yang membeku, karena memiliki kerapatan molekul tinggi sehingga sulit bergerak melakukan pergerakan.
Konsep ini erat kaitannya dengan aliran panas awal. Ketika sebuah zat gas memanas. Maka gas tersebut akan menerima panas dan peningkatan pada entropinya yang terjadi seiring dengan meningkatnya pergerakan molekul yang menyebabkan panas.
Penerapan Hukum Termodinamika 2
Penerapan hukum termodinamika 2 dapat Anda temui dalam beberapa mesin elektronik, antara lain sebagai berikut:
1. Pendingin Ruangan (AC)
Air Conditioner (AC) atau penyejuk udara merupakan seperangkat alat yang mampu mengontrol kelembapan dan temperatur udara pada ruangan sesuai dengan yang kita inginkan. Khususnya mengubah suhu ruangan menjadi lebih rendah apabila dibandingkan dengan suhu lingkungan sekitarnya.
Pada alat ini terdapat sebuah filter atau penyaring yang berguna untuk menghilangkan debu atau polutan dari udara. Gedung-gedung besar biasanya menggunakan tipe AC sentral. Jenis lainnya yang sering kita jumpai adalah AC ruangan.
Refrigerant atau zat cair yang berguna menyerap banyak panas di sekitarnya merupakan kunci utama dari AC. Umumnya yang digunakan adalah fluorocarbon, yang mengalir dalam sistem dan berfungsi melepaskan panas saat ada tekanan. Sehingga, berubah menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan berkurang.
Mekanisme berubahnya zat cair pendingin dari cairan menjadi gas adalah dengan cara menambah atau mengurangi tekanan dan membaginya pada dua area. Sebuah penyaring udara, kipas, dan kumparan pendingin terletak pada sisi ruangan. Sedangkan pompa, kumparan penukar panas, dan kipas terletak pada jendela luar.
2. Kulkas
Kulkas atau lemari es merupakan mesin pendingin yang banyak kita jumpai penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Alat ini biasanya berguna untuk menyimpan bahan makanan atau minuman.
Kulkas pada dasarnya memanfaatkan sifat panas yang mampu menguapkan bahan pendingin. Fungsi kulkas merupakan kebalikan dari mesin kalor.
Alat ini beroperasi untuk mentransfer kalor keluar dari lingkungan yang sejuk ke lingkungan yang hangat, dengan cara mengambil kalor dari temperatur rendah dan mengeluarkannya pada temperatur tinggi.
Sistem kerja kulkas adalah melalui motor kompresor yang memaksa gas pada temperatur tinggi keluar melalui penukar kalor atau alat berkondensor di dinding kulkas bagian luar. Ketika kalor keluar, gas akan berubah menjadi cairan.
Cairan tersebut akan mengalir melewati daerah yang bertekanan tinggi melalui katup menuju tabung tekanan rendah di dalam lemari pendingin. Kemudian, cairan akan menguap menyerap kalor di dalam kulkas.
Tidak terdapat kulkas yang tidak membutuhkan usaha untuk mengambil kalor dari daerah temperatur rendah ke temperatur tinggi. Karena kalor tidak mengalir secara tiba-tiba dari benda dingin ke benda panas. Sehingga tidak ada lemari pendingin yang sempurna.
Sudah Paham Mengenai Hukum Termodinamika 2 dan Hubungannya dengan Sistem Pendingin?
Nah, berdasarkan penjelasan di atas mengenai hukum termodinamika 2, dapat kita simpulkan bahwasanya kedua contoh kasus di atas memindahkan energi dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah.
Hukum ini juga menjelaskan bahwasanya aliran energi terjadi secara searah dan tidak dapat terjadi secara bolak balik. Baik itu dari suhu yang rendah menuju yang lebih tinggi.
