ENTROPI DAN HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA

TERMODINAMIKA

 

ENTROPI DAN HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA

 

 

 

OLEH :

     MUTIARA SABAR

        PEND. FISIKA 2018  

 

 

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SULAWESI BARAT

2020

 

 

BAB I

PENDAHULUAN

A.           Latar Belakang

   Thermodinamika memainkan peran penting dalam analisis sistem dan piranti yang ada didalamnya terjadi perpindahan formasi energi. Implikasi thermodinamika bercakupan jauh, dan penerapannya membentang ke seluruh kegiatan manusia. Bersamaan dengan sejarah teknologi kita, perkembangan sains telah memperkaya kemampuan kita untuk memanfaatkan energi dan menggunakan energi tersebut untuk kebutuhan masyarakat. Kebanyakan kegiatan kita melibatkan perpindahan energi dan perubahan energi.  

Thermodinamika merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi.

 

B.            Rumusan Masalah

1.      Apa itu entropi?

2.      Apa itu hokum ketiga termodinamika ?

 

C.           Tujuan Penulisan

1.      Agar mengetahui entropi

2.      Agar mengetahui hokum ketiga termodinamika

 

D.           Manfaat Penulisan

Secara teoritis paper ini bermanfaat untuk pengembangan wawasan  tentang entropi dan hokum ketigabtermodinamika, secara praktis paper ini bermanfaat untuk tambahan informasi bagi pembaca.

BAB II

PEMBAHASAN

1.        Entropi

Entropi merupakan sebuah konsep dalam ilmu kimia dan fisika yang juga termasuk ke dalam ilmu termodinamika kimia ataupun dalam kimia fisika. Konsep entropi ini penting untuk menjelaskan terjadinya perubahan dalam suatu sistem termodinamika.

Jika kita melihat peristiwa di kehidupan seperti proses ketika es mencair dari bentuk padat menjadi bentuk cair. Dalam peristiwa tersebut terjadi perubahan pada sistem yaitu dari zat padat yang memiliki keteraturan tinggi menjadi zat cair dengan keteraturan yang rendah. Zat cair pun dapat berubah menjadi zat gas dengan keteraturan yang lebih rendah lagi. Tingkat keteraturan dan perubahan tersebut akan dipelajari dengan menggunakan ukuran entropi.

 

 

 

 

 

 

                                             Gambar 1. Proses entropi

Entropi merupakan suatu ukuran derajat ketidakteraturan suatu sistem termodinamika. Entropi juga merupakan definisi dari energi yang tersedia dalam suatu sistem dengan bentuk tertentu. Dalam persamaan, entropi dilambangkan dengan huruf “S” dan memiliki satuan joule per kelvin. Jika kita contohkan dalam peristiwa mencairnya es, dalam bentuk padat es cenderung memiliki derajat ketidakteraturan yang rendah sehingga memiliki nilai entropi yang kecil. Sedangkan ketika es tersebut mencair dan berubah wujud menjadi bentuk cair, nilai entropinya akan naik karena fasa cair memiliki ketidakteraturan yang lebih tinggi dibandingkan fasa padat. Jika air tersebut menguap menjadi bentuk gas, derajat ketidakteraturannya juga akan naik sehingga nilai entropi juga akan naik karena bentuk gas memiliki derajat ketidakteraturan yang paling tinggi. Berdasarkan gambar tersebut ditunjukkan bentuk keteraturan dari molekul es dan air. Molekul diwakilkan oleh bola yang membentuk pola bunga pada fasa es yang menunjukkan keteraturan tinggi pada sistem.

Sedangkan untuk gambar kedua yaitu mewakili molekul air yang ditampilkan sebagai bola kecil yang acak dan bergerak bebas (ditandai dengan anak panah yang acak) menunjukkan sistem yang tidak teratur. Perubahan entropi ditandai dengan anak panah dimana nilai perubahan entropi lebih besar dari nol.

·         Rumus Entropi dan Cara Menghitungnya

1.      Entropi dari Proses Reversibel

Untuk suatu proses yang dapat balik atau disebut dengan reversibel, kita dapat mengasumsikan besaran entropi dari sistem tersebut. Dengan probabilitas yang sama, entropi sama dengan konstanta Boltzmann dikalikan dengan logaritma natural dari jumlah kemungkinan state yang terbentuk.

S = kB x ln W

Dimana konstanta Boltzman (kB) adalah 1.38065 × 10−23 J / K.

2.      Entropi dari Proses Isotermal

Cara lain yang dapat dilakukan adalah dengan menghitung perubahan entropi (S) menggunakan perubahan panas yang terjadi (Q) dan juga adanya temperatur absolut (T).

ΔS = ΔQ / T

Berdasarkan persamaan tersebut, masuk akal jika entropi meningkat untuk perubahan temperatur dari panas ke dingin.

3.      Entropi dan Energi Dalam

Dalam kimia fisik dan termodinamika, salah satu persamaan yang paing berguna dan berkaitan dengan entropi adalah energi dalam (U) yang menyertai suatu sistem termodinamika.

dU = T dS – p dV

Dalam hal ini, perubahan energi dalam (dU) sama dengan suhu absolut dikalikan dengan perubahan entropi yang dikurangi dengan tekanan eksternal (p) dan juga perubahan volume (V).

2.             Hokum Ketiga Termodinamika

Hukum ketiga dikembangkan oleh ahli kimia Walther Nernst selama tahun 1906-12, dan oleh karena itu sering disebut sebagai teorema Nernst atau postulat Nernst. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi sebuah sistem pada nol mutlak adalah konstanta yang didefinisikan dengan baik. Ini karena sistem pada suhu nol berada dalam keadaan dasarnya, sehingga entropinya ditentukan hanya oleh degenerasi dari keadaan dasar.

Secara sederhana, hukum ketiga menyatakan bahwa entropi kristal sempurna suatu zat murni mendekati nol karena suhu mendekati nol. Penyelarasan kristal sempurna tidak meninggalkan ambiguitas terhadap lokasi dan orientasi setiap bagian kristal. Seiring dengan berkurangnya energi kristal, vibrasi individual atom berkurang hingga tiada, dan kristal menjadi sama di mana-mana.  Hukum ketiga memberikan titik acuan mutlak untuk penentuan entropi pada suhu lainnya. Entropi suatu sistem, yang ditentukan relatif terhadap titik nol ini, adalah entropi mutlak dari sistem itu. Secara matematis, entropi mutlak setiap sistem pada suhu nol adalah log natural dari jumlah keadaan dasar dikalikan konstanta Boltzmann k_B = 6977137999999999999♠1,38×10⁻²³ J K⁻¹.  

Entropi kisi kristal sempurna seperti yang didefinisikan oleh teorema Nernst adalah nol asalkan keadaan dasarnya unik, karena ln(1) = 0. Jika sistem terdiri dari satu miliar atom, semuanya sama, dan terletak di dalam matriks kristal yang sempurna, jumlah permutasi dari satu miliar hal identik yang dikurangi satu miliar pada satu waktu adalah Ω = 1. Maka:

S − S 0 = k B ln ⁡ Ω = k B ln ⁡ 1 = 0 {\displaystyle S-S_{0}=k_{\text{B}}\ln \Omega =k_{\text{B}}\ln {1}=0}  Perbedaannya adalah nol, maka entropi awal S₀ dapat berupa nilai berapapun yang dipilih asalkan semua perhitungan lainnya dimasukkan sebagai entropi awal. Akibatnya, nilai entropi awal nol yang dipilih adalah S₀ = 0 untuk kenyamanan.

S − S 0 = S − 0 = 0 {\displaystyle S-S_{0}=S-0=0} S = 0 {\displaystyle S=0} Sebagai contoh, misalkan sebuah sistem terdiri dari 1 cm³ materi dengan massa 1 g dan 20 g/mol. Sistem terdiri dari 7022300000000000000♠3×10²² atom identik pada 0 K. Jika satu atom harus menyerap foton dengan panjang gelombang 1 cm maka atom itu unik dan permutasi dari satu atom unik di sekitar 7022300000000000000♠3×10²² adalah N = 7022300000000000000♠3×10²². Entropi, energi, dan suhu sistem meningkat dan dapat dihitung. Perubahan entropi adalah:

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

 

Entropi merupakan sebuah konsep dalam ilmu kimia dan fisika yang juga termasuk ke dalam ilmu termodinamika kimia ataupun dalam kimia fisika. Konsep entropi ini penting untuk menjelaskan terjadinya perubahan dalam suatu sistem termodinamika.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi sebuah sistem pada nol mutlak adalah konstanta yang didefinisikan dengan baik. Ini karena sistem pada suhu nol berada dalam keadaan dasarnya, sehingga entropinya ditentukan hanya oleh degenerasi dari keadaan dasar.

 

 

 

REFERENSI

[1] uknown.2019. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Hukum_ketiga_termodinamika. Diakses pada tanggal 1 Mei 2020

[2] Pangestu, Aji. 2019. Pengertian Entropi, Rumus, dan Contoh Soal Serta Jawabannya. https://www.pakarkimia.com/entropi/. Diakses pada tanggal 1 Mei 2020

[3] Melinda, Susi.2014. Contoh Makalah Termodinamika. http://susimelindah23.blogspot.com/2014/11/contoh-makalah-termodinamika.html?m=1, Diakses pada tanggal 1 Mei 2020