Perubahan Entropi dalam Ekspansi Isotermal yang Dapat Dibalik
1 · Memprediksi
Suatu gas memuai secara isotermal dan reversibel hingga volumenya lebih besar. Apakah entropinya bertambah, berkurang, atau tetap sama?
- Entropi berkurang ketika gas menyebar.
- Entropi tetap konstan karena prosesnya dapat dibalik.
- Entropi meningkat — gas memiliki kemungkinan susunan mikroskopis yang lebih besar pada volume yang lebih besar.
2 · Pengaturan
- Buka preset entropi-isotermal dan tekan Reset. 1 mol argon dimulai pada 20 L, 300 K.
- Aktifkan pembacaan pertukaran panas dan perubahan entropi.
- Tetapkan volume target (akhir) untuk setiap percobaan, dan catat pertukaran panas dan perubahan entropi.
3 · Kumpulkan Data
| Volume akhir V₂ (L) | Pertukaran panas Q (J) | Perubahan entropi ΔS (J/K) |
|---|---|---|
| 30.00 | ||
| 40.00 | ||
| 60.00 |
Plot perubahan entropi ΔS (sumbu y) terhadap ln(V₂/V₁) (sumbu x) untuk ketiga percobaan Anda, menggunakan V₁ = 0.02 m³.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung Q = nRT·ln(V₂/V₁) menggunakan n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, lalu ΔS = Q/T (ekuivalen ΔS = nR·ln(V₂/V₁) secara langsung). Bandingkan keduanya dengan tabel.
- Jelaskan mengapa ΔS positif pada setiap percobaan di sini, dan mengapa ekspansi yang lebih besar (V₂ yang lebih besar) menghasilkan peningkatan entropi yang lebih besar.
5 · Perluas
- Eksperimen ini mengasumsikan perluasan yang dapat dibalik (sangat lambat). Pemuaian bebas (tidak terkendali) ke dalam ruang hampa hingga volume akhir yang sama akan menghasilkan ΔS yang sama untuk gas, meskipun tidak ada panas yang ditukar sama sekali (Q = 0) dan tidak ada usaha yang dilakukan. Jelaskan mengapa entropi adalah fungsi keadaan yang tidak peduli bagaimana gas berpindah dari V₁ ke V₂.
- Hukum kedua mengatakan entropi total (gas ditambah lingkungan) tidak akan pernah berkurang untuk proses nyata. Untuk ekspansi isotermal yang dapat dibalik ini, lingkungan (reservoir panas yang memasok Q) kehilangan entropi yang sama besarnya dengan perolehan gas. Jelaskan mengapa hal ini membuat perubahan entropi total menjadi nol — tanda dari proses yang dapat dibalik.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Perubahan Entropi dalam Proses Isotermal Reversibel
Untuk ekspansi isotermal reversibel, perubahan entropi sama dengan panas yang ditukar dibagi suhu konstan, yang menghasilkan ΔS = nR·ln(V₂/V₁) untuk gas ideal — entropi bertambah seiring dengan logaritma rasio volume.