Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| entropy/ˈentrəpi/ | entropi |
| second law of thermodynamics/ˈsekənd lɔː ɒv ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪks/ | hukum termodinamika kedua |
Cangkir pecah tidak pernah melompat kembali menyatu
- Jatuhkan cangkir dan ia pecah. Tunggu selamanya dan potongan-potongan itu tidak akan otomatis menyatu kembali.
- Susu yang diaduk ke kopi tidak akan terpisah sendiri. Kalor tidak mengalir dari dingin ke panas secara mandiri.
- Alam memiliki arah preferensi: segala sesuatu bergerak dari keteraturan menuju ketidakteraturan.
- Ukuran ketidaktersatan itu adalah entropi, dan selalu bertambah.
Entropi mengukur ketidaktersatan
- Entropi adalah ukuran seberapa tersebar dan tidak teratur energi sistem.
- Susunan yang rapi dan teratur memiliki entropi rendah; susunan yang berantakan dan tersebar memiliki entropi tinggi.
- Ada jauh lebih banyak susunan tidak teratur daripada yang teratur, jadi ketidaktersatan sangat mungkin terjadi.
- Ditinggalkan sendirian, sistem cenderung menuju keadaan paling mungkin (paling tidak teratur).
Entropi adalah ukuran dari:
Entropi mengukur seberapa tersebar dan tidak teratur energi sistem.
Hukum Kedua
- Hukum termodinamika kedua: total entropi alam semesta selalu bertambah.
- Itulah sebabnya kalor mengalir dari panas → dingin, bukan sebaliknya — karena menyebarkan energi.
- Anda bisa menurunkan entropi secara lokal (kulkas, sel hidup), tetapi hanya dengan menambahkannya lebih banyak di tempat lain.
- Hukum kedua memberikan arah pada waktu — "anak panah waktu".
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa total entropi alam semesta:
Total entropi alam semesta selalu meningkat — hukum kedua.
Panas mengalir dari panas ke dingin karena itu menyebarkan energi dan meningkatkan total entropi.
Menyebarkan energi meningkatkan entropi, itulah mengapa aliran alami adalah panas → dingin.
Tidak ada mesin sempurna
- Karena entropi harus naik, tidak ada mesin kalor yang dapat mengubah semua kalornya menjadi usaha.
- Sebagian energi selalu menyebar sebagai limbah kalor berkualitas rendah.
- Inilah mengapa mesin mobil dan pembangkit listrik tidak pernah $100\%$ efisien.
- Hukum kedua menetapkan batas mutlak yang tidak bisa dilampaui oleh desain canggih apa pun.
Hukum kedua termodinamika
Proses alami meningkatkan total entropi. Urutkan setiap proses.
Karena entropi harus naik, tidak ada mesin panas yang bisa efisien sampai ____%.
Beberapa energi selalu menyebar sebagai panas buangan, jadi efisiensi $100\%$ mustahil.
Pilih semua konsekuensi dari hukum kedua termodinamika.
Hukum kedua memberikan arah aliran panas, batasan mesin, dan panah waktu. Cangkir yang merakit sendiri akan menurunkan total entropi — dilarang.
Hukum kedua berkaitan dengan total entropi suatu sistem dan lingkungannya. Anda dapat menciptakan keteraturan secara lokal — lemari pembeku membuat es, sel membangun struktur — tetapi selalu dengan memindahkan lebih banyak ketidakteraturan (panas buangan) ke lingkungan. Total entropi alam semesta tetap meningkat.
Kulkas yang membuat es melanggar hukum kedua karena menurunkan entropi.
Menurunkan entropi secara lokal tetapi membuang lebih banyak ketidakteraturan (panas buangan) ke ruangan, sehingga total entropi tetap naik.
Mengapa secangkir teh panas tidak pernah secara spontan menjadi lebih panas dengan menyerap panas dari ruangan yang lebih dingin?
- Hal itu akan menurunkan total entropi (memusatkan energi), yang dilarang oleh hukum kedua.
- Sebaliknya, panas mengalir dari teh → ruangan, menyebarkan energi dan meningkatkan total entropi.
Entropi mengukur ketidakteraturan, dan hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa total entropi alam semesta selalu meningkat. Ini menetapkan arah proses alami (panas → dingin), melarang mesin sempurna, dan memberikan waktu panahnya. Keteraturan lokal membutuhkan lebih banyak ketidakteraturan di tempat lain.