Ahmad Dahlan God does not play dice with the Cosmos.

Konsep Entropi dan Distribusi Energi Rata-rata

3 min read

Entropi suatu zat

AhmadDahlan.NET – Entropi adalah sebuah besaran unik dalam termodinamika dan sedikit sulit untuk dipahami. Berbeda dengan suhu dan tekanan yang bisa dengan mudah diamati atau Volume dari sebuah sistem sudah jelas besaran yang konkret, Entropi tidak dapat diukur secara langsung. Sehingga tidak mungkin dibuat alat ukur Entropi atau Entropi Meter.

Termodinamika adalah kajian yang mempelajari perpindahan energi (kalor) yang terjadi pada sistem, lingkungan dan semesta. Karakateristik termodinamika bergantung dari keadaan sistem namun tidak bergantung pada keadaan sebelumnyam, selanjutnya aspek ini disebut sebagai variable ekstensif. Selain itu karakateristik termodinamika juga dipengaruhi oleh jumlah zat dari sistem (massa atau mol) dan volume yang disebut sebagai variable intensif. Nilai dari variable tersebut diluar dari pengaruh tempertaur dan suhu.

Entropi sendiri adalah karakteristiks termodinamika seperti temperatur, tekanan dan suhu hanya saja tidak bisa divisualisasikan dengan mudah melalui pengukura.

Daftar Isi

A. Pengertian Entropi

Konsep entropi pertama kali diperkenalakan pada pertengahan abad 19 melalui kajian efektifitas mesin panas. Terutama pada hubungan antara Siklus Carnot dan pemuaian gas ideal maupun gas nyata. Pada awalnya perubahan entropi ΔS dapat dijabarkan melalui persamaan :

ΔS = \frac{Q_{reversibel}}{T}

dimana Q adalah energi panas (J) dan T adalah suhu.

Belakangan, Entropi lebih dijabarkan sebagai perubahan Entlapi H setiap kenaikan suhu yang dituliskan dalam persamaan :

ΔS = -\frac{ΔH}{T}

Pendekatan modern dalam menjabarkan Entropi punya dua kekurangan yakni : (1) Satuan entropi J/K tai derajat ketidakaturannya tidak memiliki satuan. (2) persamaan ini mendefenisikan perubahan yang tidak mendukung konsep siste dalam keadaan setimbang.

Hukum Termodinamika dan Entropi

Perhatikan III hukum utama termodinamika yakni :

  1. Hukum I Termodinamika yang menyatkan tentang kekekalan energi
  2. Hukum II Termodinamika berbicara tentang arah perpindahan kalir yang spontan dari suhu tinggi ke suhu rendah
  3. Hukum III Termodinamika yang menyatakakan bahwa semua zat murni punya entropi yang sama pada suhu 0 Mutlak.

Ketiga hukum ini lebih mengarahkan pengertian entropi suatu sistem berhubungan dengan distribusi dan energi molekul pada tingkat energi dari sistem itu sendiri.

Pandangan klasik memberikan penjelasan bahwa sistem dalam keadaan nol mutlak, atom-atom penyusun sistem tidak memiliki energi dan membuat mereka saling berdekatan. Ketika energi dalam bentuk apapun dimasukkan ke dalam sistem, maka atom-atom mulai bergerak baik itu rotasi, vibrasi dan translasi. Semakin tinggi suhu akan membuat gerakan ini semakin meningkat.

Peningkatan suhu disebabkan pemberian energi panas, namun karakteristik akan berbeda antara satu zat dengan zat yang lainnya tergantung dari kapasitas panas dari masing-masing zat.

Hal yang lain harus doperhatikan adalah titik lebih dan titik leleh dari zat juga berbeda antara satu zat dan zat lainnya. Pada akhirnya penelitian menunjukkan bahwa pada suhu 298 K, setiap zat memiliki standar entropi yang berbeda satu sama lain. Pada suhu tersebut, Entropi Grafit adalah 6 J/K namun air adalah 70 J/K sedangkan nitron 192 J/K.

B. Distribusi Energi

Bayangjan kita sedang mengamati sebuah sistem yang sangat kecil dengan jumlah partikel yang terbatas. Setelah itu, misalkan kita memberikan energi 20 satuan energi ke sistem tersebut yang hanya berisi 10 partikel yang identik. Rata-rata partikel akan memiliki 2 unit energi.

Meskipun dikatakan rata-rata namun angka ini lebih bersifat diskrit dibandingkan kontinu, dengan kata lain keadaan sistem hanya dapat berubah jika setiap partikel mendapatkan 2 unit energi. Jika salah satu partikel ini mengambil semua energi yang diberikan kepada sistem maka keadaannya akan 10 kali berbeda dengan keadaan pada saat setiap dapat 2 unit energi.

Jika energi tersebut diberikan ke dua partikel, maka prosesnya akan memiliki salah sati dari partikel akan mendapatkan 10 energi, kemudian 1 dari 9 partikel lainnya akan mendapatkan sisa 10 energi. 8 Partikel lannya tidak akan mendapatkan energi. Kombinasi dari kejadian ini bisa mengasilkan 90 kombinasi sistem. Namun karena partikel ini tidak dalam dibebedakan (identik) maka hanya akan ada 45 kombinasi. Demikian pula jika energi ini diberikan ke 4 partikel akan mengasilkan kombinasi 210 keadaan.

Cara perhitungan ini menghasilkan banyak kombinasi bahkan untuk sistem dengan 10 Partikel saja, sehingga sangat tidak mungkin untuk diaplikasikan ke sistem dengan jumlah atom yang banyak.

Ludwig Boltzmaan selanjutnya membuat percobaan dengan jumlah partikel yang banyak dan menghasilkan hasil :

Jika energi menyebar lebih luas dalam suatu sistem maka jumlah kemungkinan distribusi meningkat ke puncak seperti pada bagan di bawah. 

Disrtubusi energi berdasarkan suhu

Pada suhu rendah, ketiak sejumlah kecil energi masuk ke dalam sistem, maka jumlah energi ini tidak dapat dibagikan ke seluruh partikel yang ada ke dalam sistem. Hal ini adakan berdampak sebagain besar molekum yang mendapatkan energi sesuai dengan kedaan energi rata-rata pada suhu tersebut namuan sebagiannya lainnya tidak memiliki energi yang cukup. Semakin tinggi suhunya maka semakin banyak energi sehingga perbedaan keadaan energi antara satu partikel dan partikel lainnya lebih merata. Karakter ini sangat berdampak pada karakteristik entropi sebuah sistem.

Jika partikel yang ditinaju berada pada sistem terisolasi, maka jumlah energi dan partikel dalam sistem akan konstan. Energi yang ada partikel akan berpindah/berganti satu sama lain seiring dengan geraka acak dari partikel sehingga saling bertabrakan.

When the concept of entropy is being introduced, it is important that misconceptions should be avoided, particularly the idea that entropy represents the degree of disorder in the system. Entropy is dynamic – the energy of the system is constantly being redistributed among the possible distributions as a result of molecular collisions – and this is implicit in the dimensions of entropy being energy and reciprocal temperature, with units of J K-1, whereas the degree of disorder is a dimensionless number

Ahmad Dahlan God does not play dice with the Cosmos.

Tinggalkan Balasan