Hukum II Termodinamika

Penerapan Hukum II Termodinamika

Hukum pertama termodinamika hanya mengatakan bahwa energi yang dihasilkan suatu mesin dalam bentuk energi mekanis sama dengan selisih antara energi yang diserap dan yang terbuang dalam bentuk kalor. Hukum ini tidak memberikan batasan arah aliran kerja dan kalor. Dengan hukum pertama saja kita juga tidak dapat menentukan berapa besar energi yang diserap akan diubah menjadi energi mekanis.

            Kedua hal tersebut diatas menunjukan bahwa tinjauan hukum pertama saja tidak mencukupi untuk menyatakan peristiwa dapat terjadi atau tidak sehingga perlu dirumuskan suatu hukum untuk melengkapinya. Hukum ini disebut hukum kedua termodinamika.

            Hukum pertama termodinamika mendefisikan besaran energi dalam u. Dengan definisi ini, kita dapat menggunakan hukum pertama secara kuantitatif untuk menganalisis suatu proses. Hukum kedua Termodinamika juga mendefinisikan suatu besaran yang serupa yang disebut dengan entropi S. Dengan besaran ini kita akan dapat menggunakan hukum kedua untuk menganalisis suatu proses secara kuantitatif. Energi dalam dan entropi keduanya merupakan konsep dasar untuk memberikan suatu pengamatan tertentu termodinamika.

Hukum II Termodinamika dapat digunakan untuk:

v  Memperkirakan arah proses

v  Menentukan kondisi kesetimbangan

v  Menentukan prestasi teoritik maksimum siklus

v  Menentukan faktor yang menyatakan maksimum prestasi

v  Menentukan skala temperatur independen terhadap sifat termometik zat

v  Menyatakan sifat u dan h dari sifat-sifat yang dapat diukur dari eksperimen

1.      Interpretasi Pernyataan Kelvin-Planck

Kelvin-Planck: untuk satu reservoir: W_siklus < 0.

·         Untuk siklus terbalikkan:

W_siklus = 0 = Q_siklus  (Hk. Termo 1)

·         Untuk siklus takterbalikkan:

W_siklus < 0 (W masuk bisa!)

W_siklus < 0 (Q keluar bisa!)

1)      Siklus Daya dengan Dua Reservoir Termal:

a.       Efisiensi termal

b.      Jadi efisiensi harus lebih kecil dari 100%. (kesimpulan ini tidak memerlukan data bahan sistem, proses dalam siklus, atau proses merupakan ideal atau sebenarnya)

c.       Korolari (dampak wajar) Carnot:

·         Korolari 1: Efisiensi termal dari siklus daya tak terbalikkan selalu lebih rendah dari efisiensi termal siklus daya terbalikkan bila keduanya beroperasi dengan dua reservoir termal yang sama

·         Korolari 2: Semua siklus daya terbalikkan antara dua reservoir termal yang sama akan memberikan efisiensi termal yang sama.

2)      Siklus Pendingin dan Penukar Panas dengan Dua Reservoir Termal

Hukum II Termodinamika membatasi perstasi siklus daya dan siklus pendingin dan pompa panas sebagai:

·         COP Pendingin

·         COP Pompa panas

Bila W mendekati nol (menentang pernyatan Clausius), COP diatas mendekati infiniti (tidak mungkin diperoleh, dibatasi)

Korolari Siklus Pendingin dan Penukar Panas

·         Korolari 1: COP dari siklus pendingin/pompa panas tak terbalikkan selalu lebih kecil dari COP siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bila keduannya bekerja pada dua reservoir termal yang sama.

·         Korolari 2: Semua siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bekerja pada temperatur yang sama akan memberikan COP yang sama pula.