Hukum II termodinamika berbunyi bahwa :

Panas dapat mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Panas tidak mungkin secara spontan mengalir dari benda yang suhunya lebih rendah ke benda yang suhunya lebih tinggi.

Penerapan dari hukum II termodinamika ini adalah pada mesin uap

Aliran kalor dari reservoir suhu tinggi menjadi kerja dan panas di reservoir suhu rendah (Giancoli, 2014)

Berdasarkan gambar diatas kita dapat merumuskan persamaan untuk mesin uap menjadi

Q<sub>1</sub> = W + Q<sub>2</sub>

Sedangkan efisiensi mesin uap tersebut dirumuskan dengan

e = W/Q<sub>1</sub> 4  Dengan = Q1 = Kalor reservoir suhu tinggi Q2 = Kalor reservoir suhu rendah W = Kerja(Usaha)  <strong>Mesin Karnot</strong>  Mesin Carnot adalah mesin kalor <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Hipotesis">hipotetis</a> yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Siklus_Carnot&action=edit&redlink=1">siklus Carnot</a>. Model dasar mesin ini dirancang oleh <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Nicolas_L%C3%A9onard_Sadi_Carnot">Nicolas Léonard Sadi Carnot</a>, seorang insinyur militer <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Perancis">Perancis</a> pada tahun <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/1824">1824</a>. Model mesin Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89mile_Clapeyron&action=edit&redlink=1">Émile Clapeyron</a> <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/1834">1834</a>, dan diuraikan secara matematis oleh <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Clausius">Rudolf Clausius</a> pada <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=1850an&action=edit&redlink=1">1850an</a> dan <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=1860an&action=edit&redlink=1">1860an</a>. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron inilah konsep dari <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Entropi">entropi</a> mulai muncul.  Untuk menunjukan aplikasi dari hukum II termodinamika dibuatlah mesin ideal yang disebut mesin carnot. Mesin ini tidak ada, tetapi prinsip kerjanya dapat mempermudah memahami hukum II temodinamika. Pada mesin carnot terdapat dua proses, yaitu proses isotermis () dan proses adiabatic () dengan proses reversible  https://www.youtube.com/watch?v=LJ3tQ5xpeck  <strong>Entropi</strong>  Entropi adalah salah satu <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Daftar_besaran_termodinamika&action=edit&redlink=1">besaran termodinamika</a> yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Usaha_(termodinamika)&action=edit&redlink=1">usaha</a>. Mungkin manifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari sebuah <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_termodinamika&action=edit&redlink=1">sistem</a> tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Panas">panas</a>, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/bolak-balik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Usaha_termodinamika&action=edit&redlink=1">usaha</a> pada <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Proses_termodinamika&action=edit&redlink=1">proses-proses termodinamika</a>. Proses-proses ini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah menjadi kerja/usaha, maka secara teoretis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selama kerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu <a href="https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Disipasi&action=edit&redlink=1">terdisipasi</a> dalam bentuk <a href="https://id.wikipedia.org/wiki/Panas">panas</a> buangan.  Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.  Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2".  Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): S = k log w dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.  Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2): W1 = c V dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3): w = w1N = (cV)N $

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

 

Hukum entropi (the law of energyentropy)

 

Setiap pemakaian bentuk atau unit energi tidak pernah tercapai 100 % efisiensinya, sehingga ada sisa energi yang tidak terpakai (entropi). Karena entropi itu tidak terpakai pada proses itu maka entropi disebut limbah. Jadi berdasarkan konsep ini, dengan melihat hampir semua kegiatan adalah perubahan energi dari satu bentuk kebentuk lain maka berarti pencemaran (limbah/entropi) selalu terjadi .

Dari hukum entropi tsb ada 2 hal yg penting:

  1. Pencemaran selalu terjadi dan tidak dapat dihindari karena adanya entropi
  2. Pencemaran selalu dapat diperkecil kerena sesungguhnya entropi itu adalah sumber energi bagi proses lain.

Mesin Pendingin

Mesin pendingin merupakan mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke lingkungan bersuhu tinggi.Mesin pendingin dapat dibayangkan sebagai mesin kalor yang beroperasi secara terbalik (Young, 2002).

Mesin pendingin seperti pada Gambar 1. terdiri dari rangkaian tertutup berisi fluida refrigeran. Fluida refrigeran inibiasanya berupa senyawa Freon.

Kompresor sebagai komponen penggerak fluida digerakkan oleh motor listrik yang membutuhkan energi masukan untuk melakukan kerja (W) setiap siklusnya. Kerja selalu dibutuhkan untuk memindahkan panas dari benda dingin ke benda yang panas. Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda lebih dingin, dan untuk membalikkan alirannya dibutuhkan kerja dari luar (Young, 2002).

 

Kompresor menarik fluida dari evaporator dan menurunkan tekanan dievaporator sehingga zat pendingin dapat menguap pada suhu yang lebih rendah. Penurunan tekanan fluida mengakibatkan fluida berubah fasenya dari cair menjadi uap. Proses perubahan fase cair ke fase uap ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, sehingga refrigeran menyerap panas (Qinput) dari sekelilingnya.

 

Fluida dari evaporator dikirim oleh kompresor ke kumparan kondensor pada tekanan tinggi. Suhu fluida menjadi lebih tinggi dari pada udara disekitar kondensor, maka fluida melepaskan kalor (Qoutput) dan sebagian refrigeran mengembun. Fluida berekspansi secara adiabatik menuju evaporator dengan laju yang dikontrol oleh katup ekspansi.

 

Siklus refrigeration dalam refrigerator dapat digambarkan melalui diagram P-V seperti gambar 2. Kompresor bekerja secara otomatis yang dikendalikan saklar otomatis. Saklar otomatis ini dapat berupa thermostat yang dikendalikan oleh suhu dan sebagai pengamannya dapat digunakan bimetal yang dikendalikan oleh tegangan listrik.

 

Mesin pemdingin (air conditioner, lemari es) juga termasuk aplikasi hukum II termodinamika. Proses mesin ini kebalikan dari mesin uap. Jika pada mesin uap, kalor digunakan untuk menghasilkan kerja, sementara pada mesin pendingin, kerja digunakan untuk mengalirkan suhu dingin ke dalam sistem dan mengeluarkan suhu panas.

Pada mesin pendingin dikenal dengan koefisien performa yang ditentukan dari persamaan

 

Daftar Pustaka

Thohir, M. Anas, dkk. 2018. WPACK-SP:Desain Pembelajaran Fisika Berbasis Web. Yogyakarta

https://id.wikipedia.org/wiki/Entropi

https://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_Carnot

https://termodinamikarizkykhusnulhasanah.wordpress.com/2015/03/20/entropi-dan-kalor/