5. ENTROPI DAN KEADAAN
TAK SETIMBANG
Proses yang menyangkut keterbalikan termal internal
adalah sebagai berikut. Sebatang penghantar termal
yang pada mulanya mempunyai distribusi temperatur
tak merata karena ujungnya bersentuhan dengan
tandon panas dan ujung yang lain bersentuhan
dengan tandon dingin, kita pisahkan dari tandon,
disekat secara termal, dan dijaga supaya tekanannya
tetap. Aliran internal kalor akan menjadikan barang
itu bertemperatur serba sama, tetapi transisinya
berlangsung dari keadaan awal yang tak setimbang
ke keadaan akhir yang setimbang.
6. ENTROPI DAN KEADAAN
TAK SETIMBANG
Tinjau batang yang
terdiri atas sejumlah Tandon
Panas
Tandon
Dingin
tak terhingga Pada T0 Pada TL
potongan tipis
infinitisimal yang Ti = T0 - .x
masing-masing T T0
temperatur awalnya
berbeda, tetapi
semuanya mempunyai
temperatur akhir TL
yang sama. Bayangkan
semua potongan itu
tersekat satu sama x=0 x=L
lain dan dijaga supaya
tekanannya sama. Keadaan awal i
7. ENTROPI DAN KEADAAN TAK
SETIMBANG
Cara ini mendefinisikan
proses isobar terbalikkan
yang tak berhingga
banyaknya, yang bisa dipakai T
untuk membawa sistem dari
Tf =
keadaan tak setimbang awal
ke keadaan setimbang akhir.
Tf
Perubahan entropi sebagai
sama dengan hasil integrasi
untuk semua proses
terbalikkan ini.
x=0 x=L
Keadaan akhir f
8. dm = ρ A dx
dengan ρ menyatakan kerapatan dan A luas
penampangnya. Kapasitas kalor potongan ini adalah
cp = dm cp ρ A dx
anggaplah distribusi temperatur awalnya linear,
sehingga potongan pada x memiliki temperatur awal.
Ti + T0 - x
9. ENTROPI DAN KEADAAN TAK
SETIMBANG
Jika tidak ada kalor yang hilang dan, supaya
sederhana kita anggap, bahwa konduktivitas
termal, kerapatan, dan kapasitas kalor semua
potongan tersebut tetap, maka temperatur
akhirnya ialah
Tf =
10. ENTROPI DAN KEADAAN TAK
SETIMBANG
cp ρ A dx = cp ρ A dx ln
= cp ρ A dx ln
= - cp ρ A dx ln
Setelah diintegrasikan untuk seluruh panjang batang, kita dapatkan
perubahan entropi totalnya,
Σ ∆S = - cp ρ A dx
yang setelah integrasi dilakukan *,
12. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
Untuk menegakkan dalil yang dikenal sebagai prinsip
entropi maka kita cukup membatasi perhatian pada proses
adiabat saja karena telah kita lihat bahwa prinsip entropi
berlaku untuk semua proses yang menyangkut pemindahan
kalor tak terbalikkan. Untuk membuktikan prinsip entropi
ini dengan meninjau kasus khusus dari proses tak
terbalikkan adiabat diantara dua keadaan seimbang dari
suatu system.
1. Sistem ini memiliki tiga koordinat bebas T, X, dan X’.
Keadaan awalnya digambarkan oleh
titik i pada diagram.
14. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
System dibuat mengalami proses adiabat terbalikkan f→k dalam arah
sedemikian sehingga temperaturnya sama dengan tendon yang kita
pilih misalnya saja T.Jika system disentuhkan pada tendon itu, maka
system mengalami proses isotherm terbalikkan k→j sehingga
entropinya sama dengan semula. Proses adiabat akhir j→I akan
membawa system ke keadaan awalnya. Perubahan entropi neto daur ini
nol dan hanya terjadi ketika dua proses i→f dan k→j berlangsung.
Akibatnya:
(Sf – Si) + (Sj– Sk)=0
Jika ΔS menyatakan perubahan entropi yang berkaitan dengan bagian
takterbalikkan dari daur (ΔS = Sf – Si), maka:
ΔS= Sk - Sj
15. 2. Jika dianggap bahwa proses adiabat terbalikkan
semula terjadi tanpa perubahan entropi, kita bisa
membawa system itu kembali ke i melalui satu proses
adiabatic terbalikkan. Karena pemindahan kalor neto
dalam daur ini nol maka kerja netonya juga nol. Jadi
dalam kondisi ini, system dan lingkungannya dapat
dipuluhkan ke keadaan semula tanpa menimbulkan
perubahan apapun. Ini berarti proses semula
terbalikkan. Karena ini bertentangan dengan
pernyataan sewmula, entropi system harus berubah.
Jadi ΔS ≥ 0.
16. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
3. Andaikan system tidak homogen dan temperature maupun
tekanannya tidak serba sama, dan ia harus mengalami proses
adaibatik terbalikkan. Jika dianggap system ini bisa dibagi-bagi
menjadi beberapa bagian dan kita bisa menentukan
temperature, tekanan, komposisi, dan seterusnya yang tertentu
untuk masing-masing bagian sehingga setiap bagian memiliki
entropi tertentu yang bergantung koordinatnya, maka dapat
didefinisikan entropi system keseluruhan sebagai jumlah dari
entropi masing-masing bagian. Jika sekarang f dianggap bahwa
masing-masing bagian kembali ke keadaan semula dengan proses
terbalikkan seperti yang diterangkan dalam (1), dengan memakai
tendon yang sama untuk masing-masing bagian, maka ΔS≥0
17. Satu-satunya pemindahan QR dalam proses ini terjadi
selama proses isotherm k→j dengan:
QR= T(Sj– Sk)
Jumlah kerja neto W (neto) telah dilakukan dalam satu
daur dengan W (neto) = QR.
QR ≤ 0 dan T(Sj– Sk) ≤ 0. Akhirnya ΔS≥0
18. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
Perlu ditekankan diambil dua anggapan yaitu:
1. Entropi system boleh didefinisikan dengan cara
membagi system menjadi bagian-bagiannya dan
menjumlah semua entropi dari bagian system ini
2. Proses terbalikkan bisa diperoleh atau campuran
dapat dipisahkan kembali serta reaksi dapat
berlangsung dalam arah yang berlawanan.
19. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
4. Ditinjau sekumpulan system dan tendon yang ada dalam
selubung adiabat. Semua pemindahan kalor yang menyangkut
perbedaan temperature yang berhingga berhubungan dengan
pertambahan entropi neto, dan semua proses adiabat yang
menyangkut perubahan keadaan takterbalikkan, pencampuran,
reaksi kimia dan seterusnya juga disertai dengan pertambahan
entropi. Selubung adiabat merupakan semesta karena meliputi
semua system dan tendon yang beranteraksi selama proses yang
ditinjau itu berlangsung. Jadi, kelakuan entropi semesta sebagai
hasil proses jenis apapun sekarang dapat dinyatakan dalam
bentuk singat berikut :
ΔS≥0
20. PRINSIP PERTAMBAHAN ENTROPI
ΔS≥0
Tanda samadengan mengacu pada
proses terbalikkan dan tanda
taksamaan mengacu pada proses
terbalikkan.
