Formulasi Hukum Termodinamika II

Menurut Hukum Termodinamika I, Kalor yang diberikan pada suatu sistem akan digunakan untuk perubahan energi dalam dan kerja luar atau sebaliknya kerja mekanik yang dikenakan pada suatu sistem akan merubah energi dalam dan menghasilkan kalor. secara matematis d’q = dU + d’W.

Contoh hukum termodinamika I pada kehidupan sehari-hari ialah memasak air. Terlihat bahwa kalor yang diberikan akan mengubah energi dalam dan kerja luar (penutup wadah yang digunakan untuk memasak air akan bergerak-gerak ketika air mendidih). Namun, ada beberapa fenomena yang tidak dapat dijelaskan menggunakan hukum termodinamika I secara jelas. Misalnya peristiwa gelas pecah. Ketika gelas pecah, pada saat itu dihasilkan sejumlah kalor ke lingkungan. Namun, ketika kita memberikan sejumlah kalor yang hilang tersebut kepada gelas, gelas tersebut tidak dapat kembali ke kondisi awal.

Dengan demikian apakah ada yang salah dengan hukum termodinamika I?

Tentu saja tidak, Hukum termodinamika I tetap benar, namun perlu perjelasan lebih lanjut mengapa proses tersebut tidak dapat dibalik.

Oleh karena itu, muncullah formulasi hukum termodinamika II.

“Dalam suatu sistem tertutup, tanpa campur tangan dari luar ketidakteraturan akan selalu bertambah”. (Secara alamiah, proses akan cenderung ke arah tidak teratur).

Untuk kasus tadi, sudah jelas terlihat bahwa gelas yang pecah lebih tidak teratur dari pada gelas yang belum pecah sehingga untuk proses membuat gelas yang pecah ke kondisi awal akan lebih sulit dibandingkan dengan proses ke arah gelas yang pecah.

Ada berbagai versi mengenai ketidakteraturan di antaranya:

Versi yang paling sederhana (Clausius) : “Panas secara alamiah akan mengalir dari suhu yang tinggi ke suhu rendah; panas tidak akan mengalir secara spontan dari suhu rendah ke tinggi”. Penjelasan mengapa suhu mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah ialah karena suhu tinggi lebih tidak teratur daripada suhu rendah. Oleh karena itu, Suhu yang tinggi yang lebih tidak teratur akan mempengaruhi suhu rendah untuk menjadi tidak teratur sehingga proses menuju ketidakteraturan.

Tidak mungkin dalam suatu siklus terdapat efisiensi 100%. Penjelasan: Panas atau kalor lebih tidak teratur dari daripada kerja atau usaha sehingga pada saat kita memberikan kalor pada suatu sistem, misalnya mesin kalor. Kalor yang diberikan tersebut sulit menjadi kerja sehingga ada kalor yang terbuang pada sistem tersebut. Kalor sulit menjadi kerja karena kerja lebih teratur sehingga proses tersebut sulit untuk ke arah yang teratur. Secara pengertian Kalor merupakan energi yang mengalir secara tidak teratur ke lingkungan. Sedangkan kerja besaran fisika yang mengubah besaran fisika lain. Dalam termodinamika d’W = P dV (didefinisikan tekanan yang merubah Volume yang perubahannya terjadi secara teratur).

Dalam Fisika dan Kimia, Besaran yang menunjukkan ketidakteraturan disebut Entropi. Bagaimana Kaitan Entropi dengan Termodinamika? Besaran ini harus menjadi sifat sistem (menjadi variabel keadaan). Nilai besaran ini cenderung bertambah pada suatu proses, jadi besaran ini tidak terkonservasi. Jelas Besaran ini pasti bukan energi karena energi terkonservasi.