Pernyataan-Pernyataan Mengenai Hukum Kedua Termodinamika

Seperti halnya hukum-hukum dasar lainnya yang diberikan, kita tidak menurunkan suatu hukum dasar tapi hanya mengamati bahwa suatu hukum yang demikian tidak pernah dilanggar. Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan dalam berbagai macam cara. Disebutkan dua: pernyataan clausius dan pernyataan kelvin-planck. Tidak satupun dinyatakan dalam bentuk matematis. Akan tetapi, kita tetap akan memberikan suatu properti dari sistem, entropi, yang dapat digunakan untuk menentukan apakah hukum kedua termodinamika dilanggar dalam suatu situasi tertentu. Pernyataan pertama dari hukum kedua termodinamika adalah:

Pernyataan clausius adalah tidak mungkin untuk membuat suatu alat yang beroperasi berdasarkan suatu siklus yang efek satu-satunya adalah perpindahan kalor dari suatu benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas.

Pernyataan ini berlaku untuk sebuah refrigerator (atau sebuah pompa kalor). Dinyatakan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat suatu refrigerator yang memindahkan energi dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya masukan usaha.

Pernyataan kelvin-planck adalah tidak mungkin untuk membuat suatu alat yang beroperasi berdasarkan suatu siklus dan tidak menghasilkan efek lain selain terciptanya usaha dan perpindahan kalor dari suatu benda tunggal.

Dengan kata lain, adalah tidak mungkin untuk membuat suatu mesin kalor yang mengambil enrgi dari sebuah penampung, melakukan usaha dan tidak memindahkan kalor ke sebuah penampung temperatur rendah. Ini menutup kemungkinan terhadap mesin kalor yang memiliki efisiensi 100%.

Dari kedua pernyataan hukum kedua termodinamika ini merupakan penyataan-pernyataan negatif. Tidak satupun pernah dibuktikan; ini adalah ekspresi-ekspresi dari hasil pengamatan-pengamatan eksperimental. Tidak ada bukti eksperimental pernah diperoleh yang melanggar satupun dari pernyataan hukum kedua tersebut. Perlu juga dicatat bahwa kedua pernyataan tersebut ekuivalen. Ini akan ditunjukkan melalui sebuah contoh.

Contoh :

Tunjukkanlah bahwa pernyataan clausius dan kelvin planck mengenai hukum kedua termodinamika adalah ekuivalen.

Penyelesaian:

Kita akan menunjukkan bahwa suatu pelanggaran terhadap pernyataan clausius perupakan pelanggaran terhadap pernyataan kelvin planck dan sebaliknya sehingga menunjukkan bahwa kedua pernyataan tersebut adalah ekuivalen. Perhatikan sistem yang ditunjukkan dalam Gbr. 5-5a. Alat disebelah kita memindahkan kalor dan melanggar pernyataan clausius karena tidak terdapat masukan usaha. Anggaplah mesin kalor memindahkan jumlah kalor yang sama Q_L. Maka Q_H lebih besar dari Q_L sebanyak w. Jika kita pindahkan kalor Q_L langsung dari mesin ke alat seperti yang ditunjukkan dalam Gbr. 5-5b tidak lagi diperlukan adanya penampung temperatur rendah dan hasil nettonya adalah terjadi konversi energi (Q_H-Q_L) dari penampung temperatur tinggi menjadi usaha dengan nilai yang ekuivale, yang  merupakan suatu pelanggaran terhadap pernyataan kelvin planck mengenai hukum kedua termodinamika.

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.