Diskusi 6 Entropy

Diskusi 6

Pertanyaan :

Perubahan Entropi

Demi memperdalam pemahaman Anda terkait materi ini, aktif berdiskusi dan jawablah pertanyaan berikut ini!

Menurut Anda, bagaimana cara menentukan perubahan entropi suatu sistem!

Jawaban :

PEMBUKTIAN ENTROPI SEBAGAI FUNGSI KEADAAN  (TEOREMA CLAUSIUS )

Untuk dapat memahami pengertian entropi, Anda perhatikan diagram P- V berikut. Setiap titik pada diagram menggambarkan keadaan seimbang termodinamika sistem tertentu. Untuk selanjutnya yang dimaksud seimbang adalah seimbang termodinamika.

Proses Reversibel Sebarang R dalam Diagram P - V

Misalnya titik i menggambarkan keadaan seimbang awal dan titik f keadaan seimbang akhir dari suatu proses. Berdasarkan definisi proses reversibel dapat dinyatakan bahwa titik f selalu dapat dicapai dari titik i melalui suatu jalan (proses) reversibel sebarang sehingga ada tak berhingga banyaknya jalan reversibel yang dapat menghubungkan titik f dengan titik i. Misalkan jalan R adalah Salah satu jalan reversibel yang mungkin pada waktu sistem menjalankan proses R, perubahan suhu T selama proses tidak diketahui secara rinci, hanya diketahui suhu berubah secara reversibel (sebenarnya secara kuasistatik) dari nilai awal T_i , menjadi nilai akhir T_f.

Menurut Hukum I Termodinamika :

Dimana : Q_iRf = jumlah kalor yang terlibat selama proses R

Karena Luas dibawah garis zigzag i-a-b-f ini sama dengan Luas dibawah jalan R, maka berlaku :

Menurut Hukum I Temodinamika proses i– a – b – f  berlaku:

Dapat disimpulkan :

Kesimpulan :

Sehingga dapat dikatakan: "Pada setiap proses reversibel, antara dua titik keseimbangan i dan f; selalu dapat ditemukan jalan reversibel yang terdiri atas adiabat-isoterm-adiabat, sedemikian rupa sehingga kalor yang terlibat dalam kedua jalan itu adalah sama" (kedua jalan reversibel tersebut adalah ekuivalen). Kebenaran ini Oleh Clausius digunakan untuk membuktikan adanya suatu fungsi keadaan, yang kita kenal dengan nama entropi.

ENTROPI GAS IDEAL  ==>  fungsi entropi (S) untuk gas ideal

Ada 3 koordinat Termodinamika yaitu : Tekanan (P), Volume (V), Temperatur (T). Dari ketiga koordinat ini dapat dipilih 2 variabel sebarang sebagai variabel bebas. Misalnya dipilih :

• (T,V) sebagai variabel bebas, diturunkan S sebagai jumlah T dan V [ S = S(T,V) ]
• (T,P) sebagai variabel bebas, diturunkan S sebagai jumlah T dan P [ S = S(T,P) ]
• (P,V) sebagai variabel bebas, diturunkan S sebagai Jumlah P dan V [ S = S(P,V) ]

1. Fungsi Entropi untuk keadaan Temperatur (T) tetap dan Volume (V) tetap [ S = S(T,V) ] :

Hukum I Termodinamika untuk proses infinitesimal kuasistatik :

Untuk gas ideal berlaku :

Jika proses berlangsung secara Reversibel :

atau

Entropi gas ideal :

S₀ = tetapan integrasi

Nyata kita tidak mendapatkan Entropi Mutlak melainkan hanya entropi yang dirujuk dari keadaan acuan tertentu dalam hal ini adalah S₀.

Perubahan Entropi Sistem :

2. Fungsi Entropi untuk keadaan Temperatur (T) tetap dan Tekanan (P) tetap [ S = S(T,P) ] Untuk gas Ideal berlaku :

Jika proses berlangsung secara Reversibel :

Entropi gas ideal :

S₀ = tetapan integrasi

Perubahan Entropi Sistem :

3. Fungsi Entropi untuk keadaan Volume (V) tetap dan Tekanan( P) tetap [S = s(V,P)]

Entropi gas ideal :

S₀ = tetapan integrasi

Perubahan Entropi Sistem :

PERUBAHAN ENTROPI PADA PROSES REVERSIBEL DAN IRREVERSIBEL

Sejauh ini kita bahas entropi dalam kaitan besaran makroskopik pada gas ideal (P, V, T) yang dapat terukur langsung.

Tetapi secara mikroskopik hal ini sangat berkaitan dengan gerak tak terukur dari molekul sistem. Ketika terjadi lesapan kalor, energi dibebaskan menjadi energi dalam sistem, sehingga derajat ketakteraturan molekul bertambah. Jadi,  perubahan entropi menyangkut perubahan ketakteraturan sistem.

Azaz entropi mengatakan bahwa semua proses alamiah akan menambah derajat ketakteraturan semesta, atau dengan kata lain alam cenderung untuk mengikuti proses menuju ke keadaan yang ketakteraturannya lebih besar. Karena derajat ketakteraturan ini dapat dihitung dari teori peluang, maka ungkapan entropi berhubungan dengan besaran yang bersangkutan dengan peluang berada pada keadaan yang takteratur. Besaran b-b disebut sebagai peluang termodinamika dan di lambangkan Ω .

Hubungan antara entropi dan peluang termodinamika dinyatakan sebagai : S = tetapan ln Ω

Dengan persamaan ini, kita menyatakan entropi sistem dalam keadaan tak seimbang. Pada keadaan tak seimbang bersesuaian dengan derajat ketakteraturan tertentu, maka bersesuaiAn dengan entropi tertentu. 

Mari kita tinjau suatu proses termodinamika dan menghitung entropinya. Untuk tujuan ini kita tinjau dari Sistem, Lingkungan dan Semesta. 

Perubahan Entropi Semesta sebagai jumlahan dari Perubahan Entropi Sistem dan Perubahan Entropi Lingkungan

Di tinjau dari Lingkungan :

Yang bertindak sebagai Lingkungan adalah Reservoir Kalor (RK) yang bersentuhan dengan Sistem  dan Kalor (Q) diserap oleh Reservoir Kalor (RK) pada Suhu T.

Perubahan Entropi Reservoir Kalor (RK) = Q/T

(tidak tergantung pada proses pemindahan karena RK memiliki Kalor yang jumlahnya tidak tak terhingga)

Perubahan Entropi pada Pemindahan Kalor antara Sistem dan Reservoir Kalor (RK) yang berlangsung Reversibel :

Jadi, proses yang berlangsung secara Reversibel maka Entropi Semesta tidak berubah, tetapi semua proses alamiah berlangsung secara irreversibel

Untuk Sistem yang mengalami proses irreversibel dari keadaan setimbang awal dan akhir maka untuk menghitung perubahan entropinya dapat dilakukan dengan mengganti proses irreversibel dengan proses reversibel sebarang, dengan keadaan awal dan keadaan akhir yang sama, sedemikian rupa dipilih lintasan dari keadaan awal ke keadaan akhir tidak sama dengan lintasan dari keadaan akhir ke keadaan awal.

Jadi, perubahan entropi sistem pada proses irreversibel dapat di hitung dengan :

Kesimpulan :

1) Perubahan Entropi Sistem dapat dihitung dengan persamaan :

2) Perubahan Entropi Reservoir Kalor (RK) dapat di hitung dengan persamaan :

3) Azas Entropi dapat dinyatakan : 

    ∆S_semesta ≥ 0  (artinya terjadi pertambahan entropi semesta)

     Untuk sistem terisolasi dapat dinyatakan :

     ∆S_semesta ≥ 0

4) Semua proses alam berlangsung secara irreversibel, oleh karena itu ∆S_semesta  ≥ 0 ( artinya entropi alam selalu naik / bertambah).

5) Bertambahnya entropi sistem menunjukkan derajat ketakteraturan sistem bertambah, artinya sistem semakin tidak teratur

6) Hubungan antara entropi dan peluang termodinamika dinyatakan sebagai : S = tetapan ln Ω (artinya entropi sistem dalam keadaan tak seimbang atau berada pada keadaan yang tak teratur)

No.	Materi	Type File	Link Download
1.	Inisiasi 6.1	Pdf	N/A
2.	Diskusi 6	Pdf	Link 2