HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA NANIK DWI NURHAYATI S SI

HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA NANIK DWI NURHAYATI, S. SI, M. SI nanikdn. staff. uns. ac. id nanikdn. staff. fkip. uns. ac. id nanikdn@uns. ac. id 081556431053 / (0271) 821585

Hukum Kedua Termodinamika § Proses siklis reversibel sebarang berupa satu kurva tertutup § Proses ini dapat didekati dg siklus Carnot dg arah yg sama § Hasil keseluruhan menjadi suatu garis bergerigi yang tertutup. § Jika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, maka bagian adiabatik seluruhnya saling melenyapkan § Sedangkan bagian-bagian isotermalnya tidak

n n n Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antara sistem dg lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalah sama. Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atau yg masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalah sama, tetapi harus diberi tanda yg berlawanan. Karena itu perubahan entropi lingkungan sama besar tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan jumlahnya menjadi 0. Karena sistem bersama dg lingkungannya membentuk dunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetap Pernyataan tersebut hanya berlaku pada proses reversibel saja

§ Telah menjadi kodrat manusia di dunia ini bila sesuatu tersedia melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung boros/tidak memperhatikan efisiensi. Hal tersebut berlaku dalam penggunaan di bid energi terutama energi vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakar minyak (BBM). § Di Indonesia, telah lama terjadi. Rakyat Indonesia dimanjakan dg biaya listrik dan harga BBM murah, shg menimbulkan argumen berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, menumbuhkan perilaku pola konsumtif/boros dan tidak terkendali. Akibatnya Indonesia diprediksi para ahli energi kurun waktu 15 -20 th mendatang akan mengalami krisis energi. § Prinsip dasar efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, di kaji pada hukum Termodinamika.

l Konsep Efisiensi dlm Hukum. Termodinamika Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika. Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan

Siklus Carnot l l Carnot (1824) memperkenalkan suatu proses sederhana ke dalam teori termodinamika yg sekarang dikenal sebagai siklus Carnot berusaha menjelaskan asas-asas fisis mendasar yg menyangkut masalah efisiensi Usaha Carnot ini adalah dasar pengetahuan tentang termodinamika Siklus Carnot dapat dilaksanakan dg sistem yg bersifat apapun (padat, cair, gas, zat paramagnetik)

Diagram T-S l l Pada gambar diatas, terlihat siklus Carnot a-b-c-d-a dalam diagram T-S Luas kawasan yg dikelilingi oleh kurva menyatakan siklus Carnot adalah panas total yg masuk atau keluar sistem

Siklus Carnot utk Gas Sempurna l l Zat melakukan proses siklis yg terdiri dari 2 isoterm dan 2 adiabat Dimulai dari a kembali ke a: – – Ekspansi isotermal dari a ke b pada suhu T 1, panas Q 1 masuk dan usaha dilakukan oleh sistem Ekspansi adiabatik dari b ke c, suhu turun menjadi T 2 dan usaha dilakukan oleh sistem Pemampatan isotermal pd suhu T 2 dari c ke d. Panas Q 2 keluar dari sistem dan usaha dilakukan thp sistem Pemampatan adiabatik dari d ke a, suhu naik menjadi T 1 dan usaha dilakukan thp sistem p Q 1 a b T 1 c d Q 2 T 2 V

MESIN CARNOT 9 qin TA P 1 2 w 4 qout TB V 1 V 4 Proses Adiabatik n 2 3 n 4 1 n Proses Isotemal n 1 2 n 3 4 n 3 V V 2 V 3

Refrigeration : Perpindahan kalor Refrigerators : Mesin yang menghasilkan refrigeration Refrigeration cycles : siklus yang digunakan dalam menghasilkan refrigeration. Refrigerants : Fluida kerja yang digunakan dalam refrigerators. Heat pumps : Refrigerators yang digunakan untuk pemanasan 1 Ton of Refrigeration = Kalor yang diambil dari 1 ton (2, 000 lb) air yg bersuhu 32 F shg menjadi es pada 32 F selama 24 jam 1 Ton = 12, 000 Btu/h = 3. 517 k. W Kalor selalu mengalir dari medium bertemperatur tinggi ke medium bertemperatur rendah Kalor hanya mengalir jika ada perbedaan temperatur Tujuan : Mengambil kalor dari medium bertemperatur rendah dan memberikannya ke medium yang bertemperatur lebih tinggi

Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan sejumlah kalor dari suatu reservoar kalor dan mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari reservoar kalor bersuhu rendah dan pembuangan kalor dalam jumlah yang sama kepada suatu reservoar yang bersuhu lebih tinggi. = W/Q dgn W = Q 1 + Q 2 dan Q = Q 1 = (Q 1 + Q 2)/ Q 1 Efisiensi: = (T 1 – T 2)/ T 1

§ Kesimpulannya § tdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termal lebih tinggi dari mesin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yang bersangkutan sama § tdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisien penampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesin pendingin Carnot bila keduanya beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yg bersangkutan sama

m. ATu. R s. Uw. UN