Hukum Termodinamika 2, Bagaimana Prosesnya?

Ilustrasi belajar hukum termodinamika 2. Foto: Shutterstock

Pada artikel ini, kita akan belajar mengenai hukum termodinamika 2 yang membahas mengenai aliran kalor.

Saat ingin menaikkan temperatur atau suhu benda, kamu bisa menambahkan benda kedua. Kemudian, menempelkannya ke benda pertama yang temperaturnya lebih tinggi.

Misalnya, saat kamu ingin mendidihkan air, nantinya bisa menambahkan api untuk membuat suhu air bertambah.

Jadi, kalor akan mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Lalu, bagaimana jika kamu ingin menurunkan suhu pada suatu benda?

Jika benda bersuhu tinggi berubah menjadi lebih rendah, maka kalor pada benda tersebut bakal keluar dari benda. Contohnya, saat kamu ingin mendinginkan sendok yang panas, kemudian bisa menaruhnya di lantai yang dingin.

Artinya, kalor dari sendok yang panas akan mengalir ke lantai dengan suhu yang jauh lebih rendah.

Lalu, bagaimana jika benda kedua yang digunakan untuk menurunkan suhu memiliki temperatur yang sama atau lebih tinggi? Hal ini bisa dilakukan dengan memaksa kalor keluar.

Penerapan Hukum Termodinamika 2

Ilustrasi belajar hukum termodinamika 2. Foto: flickr

Mengutip buku Termodinamika terbitan UIN Ar-Raniry Banda Aceh, bunyi hukum termodinamika 2 adalah

Dikutip dari Akselerasi Fisika, hukum termodinamika 2 membahas mengenai pembatasan perubahan energi yang dapat berlangsung dan tidak dapat berlangsung.

Rudolf Clausius menyatakan sebuah rumusan Clausius mengenai hukum termodinamika 2, yaitu kalor akan mengalir secara spontan dari benda yang bersuhu tinggi ke bersuhu rendah. Lalu, tidak mengalir spontan ke arah sebaliknya.

Sedangkan untuk permasalahan entropi, hukum termodinamika 2 menjelaskan jika total entropi jagat raya tidak akan terjadi pada proses reversible (∆S = 0), namun akan bertambah pada proses irreversible (∆S >0).

Secara alami, proses termodinamika yang berlangsung adalah irreversible atau proses yang berlangsung secara spontan pada satu arah, tetapi tidak pada arah sebaliknya.

Namun, ada juga proses reversible atau proses bolak balik. Contohnya adalah proses yang terjadi pada dua benda dengan suhu yang selisihnya sedikit.

Kita juga tidak akan bisa membuat sebuah mesin kalor yang dapat bekerja dalam satu siklus yang bisa menyerap seluruh kalor dari sebuah reservoir, lalu mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

Mesin kalor merupakan pembahasan yang dilakukan oleh Kelvin dan Planck yang dikenal dengan rumusan Kelvin-Planck tentang hukum termodinamika 2 pada mesin kalor.

Contoh Penerapan Hukum Termodinamika 2

1. Mesin Carnot

Menurut hukum termodinamika 2 dan aplikasinya, tidak ada mesin kalor yang bekerja dengan efisiensi 100%. Pertanyaannya, berapa efisiensi maksimal yang diberikan oleh mesin jika dua reservoir panas memiliki suhu yang berbeda?

Ilmuwan bernama Sadi Carnot membuat sebuah hipotesis mesin kalor ideal dan menjawab pertanyaan tersebut. Mesin tersebut memiliki efisiensi maksimal yang sesuai dengan hukum termodinamika 2. Siklus pada mesin tersebut disebut dengan Carnot.

Ilustrasi siklus Carnot. Foto: NASA

Perpindahan panas yang terjadi pada mesin Carnot tidak boleh memiliki perbedaan suhu yang cukup besar. Saat mesin tersebut mengambil sebuah panas dari reservoir panas pada suhu T1, maka bahan yang bekerja di dalam mesin juga harus ada pada suhu T1.

Sehingga, pada mesin yang menggunakan siklus Carnot ini, proses yang bekerja adalah dua proses isotermal reversible dan dua proses adabatik.

Siklus Carnot merupakan dasar pembuatan mesin yang ideal yang disebut dengan mesin Carnot. Untuk menghitung efisiensi mesin Carnot, kamu bisa menggunakan rumus hukum termodinamika 2 berikut ini:

Rumus menghitung efisiensi mesin Carnot. Foto: Nada Shofura/kumparan

Di mana, η adalah efisiensi mesin, W adalah usaha, Q1 adalah kalor yang diserap dari reservoir tinggi, Q2 adalah kalor yang dilepas dari reservoir rendah, T1 adalah suhu reversoir tinggi, dan T2 adalah suhu reservoir rendah.

2. Mesin Pendingin

Ilustrasi mesin pendingin. Foto: Flickr

Mesin pendingin atau refrigerator adalah mesin yang dipaksa mengalir dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem. Contohnya adalah kulkas dan AC.

Koefisien daya guna merupakan ukuran penampilan dari mesin pendingin yang diberi lambang Kp. Di mana, rumusannya adalah:

Rumus koefisien daya guna pada mesin pendingin Carnot. Foto: Nada Shofura/kumparan

Semakin tinggi nilai Kp, maka mesin pendingin tersebut akan semakin baik. Misalnya, pada kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna sebesar 2 hingga 6.

Itulah penjelasan mengenai hukum termodinamika 2 dalam pelajaran Fisika SMA. Semoga kamu semakin paham setelah membaca penjelasan di atas.

(NSF)