Hukum Kedua Termodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan tentang kekalnya energi (conservation of energy). Dalam kenyataannya, tidak serta merta sebuah proses yang memenuhi hukum pertama termodinamika mesti bisa terjadi di alam nyata. Untuk bisa benar-benar terjadi di alam nyata, sebuah proses tidak cukup hanya memenuhi hukum pertama termodinamika, tetapi juga harus memenuhi hukum kedua termodinamika. Bagaimana hukum kedua termodinamika?

Hukum kedua termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum kedua termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible (s1 = s2). Contoh sebuah proses reversible adalah ayunan bandul teoritis, dimana sama sekali tidak ada friksi yang menghambat ayunan. Dengan demikian, jika bandul diayunkan ke arah kanan sejauh x maka bandul akan kembali ke sebelah kiri sejauh x pula. Namun dalam kenyataannya, proses semacam ini sangat sulit ditemui karena friksi – meski hanya sedikit – pasti akan ada. Dalam kenyataannya, hampir semua proses yang terjadi di alam adalah irreversible. Dalam sebuah proses irreversible, pasti akan terjadi kenaikan entropi (s2 > s1).

Dengan kata lain, dalam sebuah proses reversible, tidak ada perubahan entropi. Adapun dalam sebuah proses irreversible, perubahan entropi tidaklah nol dan pasti bernilai positif.

Postulat hukum kedua termodinamika menurut Kelvin – Planck

Kelvin – Planck telah merumuskan satu rumusan yang merupakan manifestasi dari hukum kedua termodinamika. Postulat Kelvin – Planck adalah rumusan hukum kedua termodinamika yang berlaku pada semua heat engine:

“Sebuah mesin yang bekerja dalam sebuah siklus tidaklah mungkin menerima panas dari sebuah reservoar termal lalu mengubah seluruh panas tersebut menjadi kerja.”

Postulat ini menegaskan bahwa tidak mungkin sebuah heat engine bisa memiliki efisiensi 100 persen.

Berikut ini adalah gambaran heat engine yang tidak mungkin bisa terjadi:

Setiap heat engine pasti bekerja sebagaimana dalam skema berikut:

Postulat hukum kedua termodinamika menurut Clausius

Postulat Clausius untuk hukum kedua termodinamika merupakan landasan kerja semua heat pump ataupun refrigerator:

“Sebuah mesin yang bekerja dalam sebuah siklus untuk memindahkan panas dari temperatur rendah ke temperatur tinggi pasti membutuhkan asupan kerja (work input).”

Heat pump adalah mesin siklik yang berfungsi sebagai pemanas. Adapun refrigerator adalah mesin siklik yang berfungsi sebagai pendingin.

Setiap heat pump pasti bekerja sebagaimana dalam skema berikut:

Demikian pula, setiap refrigerator pasti bekerja sebagaimana dalam skema berikut:

Berdasarkan postulat Clausius, berikut ini adalah gambaran sebuah refrigerator yang tidak mungkin terjadi:

Source: Y. A. Cengel and M. A. Boles. Thermodynamics, An Engineering Approach. 5th Edition