Entropi & Hukum Kedua
Hukum Kedua Termodinamika
Entropi mengukur seberapa menyebar atau tidak teraturnya energi suatu sistem. Setiap kali kalor mengalir masuk ke sebuah benda, entropinya naik — dan hukum kedua menyatakan bahwa total entropi sistem terisolasi tidak pernah berkurang, hanya tetap sama atau bertambah. Itulah sebabnya kalor selalu mengalir dari panas ke dingin dengan sendirinya, dan mengapa mesin tidak pernah bisa mengubah seluruh kalornya menjadi kerja berguna.
Rumus
ΔS = Q / T
- ΔS — perubahan entropi (J/K): seberapa besar entropi sistem itu bertambah
- Q — kalor (J): energi kalor yang mengalir masuk ke dalam sistem
- T — suhu (K): suhu mutlak saat kalor itu ditambahkan
Contoh yang diselesaikan
600 joule kalor mengalir ke dalam sebuah tangki air besar yang dijaga tetap pada 300 kelvin. Berapa banyak entropi air itu bertambah?
- Q = 600 J
- T = 300 K
- ΔS = Q / T
- ΔS = 600 J / 300 K
ΔS = 2 J/K
Uji diri Anda
600 joule kalor yang sama kini mengalir ke tangki yang lebih dingin, pada 200 kelvin. Berapa perubahan entropinya?
- 1200 J/K
- Jawaban benar: 3 J/K
- 0.33 J/K
Benar! ΔS = 600 J ÷ 200 K = 3 J/K. Benda yang lebih dingin memperoleh lebih banyak entropi untuk jumlah kalor yang sama.
Mengapa kalor mengalir dari secangkir kopi panas ke udara ruangan yang lebih dingin, dan tidak pernah sebaliknya?
- Jawaban benar: Karena arah itu meningkatkan total entropi
- Karena arah itu mengurangi total entropi
- Karena kedua arah membuat entropi tepat sama
Tepat sekali — kalor yang sama menghasilkan kenaikan entropi yang lebih besar di udara yang lebih dingin dibanding entropi yang hilang dari kopi panas itu, sehingga total entropi naik.
Di mana Anda melihatnya
Kopi panas mendingin hingga suhu ruangan dan tidak pernah menghangat kembali secara spontan; mug yang terjatuh pecah berkepingan dan tidak pernah menyusun dirinya kembali; es meleleh di dalam minuman Anda dan tidak pernah membeku kembali di sana. Setiap peristiwa sehari-hari satu arah ini adalah hukum kedua yang menampakkan wajahnya — masing-masing terjadi seperti itu karena arah itulah yang menaikkan total entropi.
Kesalahan umum
Memperlakukan entropi sebagai sinonim yang kabur untuk kekacauan menyembunyikan perhitungan yang sebenarnya: perubahannya adalah kalor dibagi suhu, ΔS = Q / T, sehingga 600 J yang mengalir ke tangki 300 K menaikkan entropi sebesar 2 J/K. Lalu bagian yang melawan intuisi: 600 J yang sama masuk ke tangki yang lebih dingin, 200 K, memberikan 3 J/K — benda yang lebih dingin mendapatkan LEBIH banyak entropi dari kalor yang sama, dan justru itulah sebabnya kalor mengalir dari panas ke dingin dan tidak pernah kembali. Hukum ini mengatur total entropi sistem terisolasi; kulkas mendinginkan bagian dalamnya hanya dengan menaikkan entropi di tempat lain.
Bagaimana ini terhubung
Hukum kedua adalah 'tidak pernah' di balik dua 'tidak pernah' sebelumnya dalam modul ini: kalor hanya mengalir dari panas ke dingin (fakta pembuka kalorimetri) dan tidak ada mesin yang mencapai konversi penuh (batas Carnot) sama-sama merupakan pembukuan entropi. Hukum ini menutup unit termodinamika sebagai satu-satunya hukum fundamental fisika yang memiliki arah waktu bawaan — total entropi alam semesta terus memanjat, secara tak dapat dibalikkan.