METABOLISME SEBAGAI KONVERSI ENERGI

Metabolisme berarti “change” ialah kata yang dipakai untuk mengidentifikasi perubahan yang terjadi dalam kehidupan organisme yang bernyawa.

Dalam arti luas metabolisme sinonim dengan jumlah total reaksi kimia atau fisika yang diperlukan untuk kehidupan.  Metabolisme juga dipakai dalam batasan untuk menunjukkan serangkaian reaksi dari tipe-tipe makanan  (food stuff) atau derivatnya.  Turunannya metabolisme karbohidrat misalnya metabolisme karbohidrat atau  beberapa kompound partikel seperti metabolisme glukosa.  Kadang-kadang menyatakan  suatu objek seperti “water metabolisme” dimana substansi masuk ke dalam badan, bergerak ke berbagai bagian tubuh dan meninggalkan ginjal, kulit atau rute yang lain.  Ada dua kata yang terkandung dalam metabolisme yaitu anabolisme dan katabolisme.  Anabolisme dipergunakan untuk menunjukkan reaksi sintesis menjurus ketempat penyimpanan energi di dalam tubuh.  Katabolisme menggambarkan kerusakan jaringan dan penggunaan dari sumber energi.  Kedua kat itu luas dalam pemakaian tetapi sering sulit diartikan dan sering pula dan tercampur dalam pengertian.  Suatu contoh :  sintesis dan penyimpanan lemak tubuh.  Ketika lemak dibentuk dari karbohidrat dan disimpan dalam jaringan lemak tampak proses ini pengertian anabolisme, katabolisme dapat terjadi pada saat yang sama dalam proses penggunaan energi dalam sintesis.  Tetapi jelas dalam proses reaksi metabolisme akan tampak panas.  Tubuh walaupun bukan mesin panas yang dapat membakar makanan seperti api yang membakar makanan namun energi yang dihasilkan merupakan suatu substansi yang dioksidasi di dalam badan serupa dengan material yang dibakar di luar tubuh.  Berdasarkan hal ini para ahli telah mengkonstruksi “bom kalori meter” (oleh Richard & Barry).  Untuk mencari beberapa kalori apabila suatu bahan dibakar.

Hasil pembakaran dengan kalori meter pada bahan-bahan hewan :

a)  Untuk karbohirat :

       -  Sukrose menghasilkan 3,94 Kcal per gram

       -  Glukose menghasilkan 3,74 Kcal per gram

       -  Glikogen menghasilkan 4,19 Kcal per gram

       -  Tepung menghasilkan 4,18 Kcal per gram

b)   Untuk lemak :

       -  Rata-rata menghasilkan 9,3 Kcal per gram

c)   Untuk protein :

       -  Rata-rata menghasilkan 5,6 Kcal per gram

Untuk manusia diperoleh nilai :

a)   Protein dan Karbohidrat masing-masing 4,1 Kcal/gram

b)   Lemak : 9,3 Kcal/gram

Berdasarkan hukum termodinamika I, total energi dalam suatu sistem berhubungan erat dengan pertukaran energi :

Food intake = Head Loss + Work output + Energi storage

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa metabolisme merupakan konversi energi.

Hukum Ketiga Termodinamika

Interprestasi statistik dari entrophy adalah suatu pengukuran yang menyimpang dari suatu sistem.  Jjika suhu diturunkan lebih lanjut segala sistem masuk ke dalam status orde besar.  Vibrasi suatu kristal secara graduil akan mati (berhenti) seraya atom-atom berada pada temperatur absolut nol.  Demikian pula kemungkinan vibrasi suatu zat padat akan berhenti.

Nernst (1906) telah melakukan eksperimen pada temperatur absolut nol, beliau mengambil dua kesimpulan dari percobaan ini yang kemudian diberi nama hukum termodinamika ketiga atau disebut hukum Nernst.

Kesimpulan yang diambil dari percobaan itu :

              s

Lim   ( ^{__­­­­­__}  )  T = 0

              p

T   =  0

Pada T = 0 K  (nol absolut) perubahan entropy (zat homogen yang isotropic) adalah sama dengan konstan.

              ¶V

Lim   (  ^{__­­­­­__}   )

              ¶T

T   =  0

Pada T = 0 mutlak maka koefesien dari seluruh substansi cenderung pada nol.

Hal ini dapat ditunjukkan melalui grafik.

Koefisien muai dari logam (Gb. 111) dikutip dari R. Kroning “Texbooks of Physics” London 1959.  Penerapan hukum ketiga termodinamika pada penggunaan suhu rendah pada bidang kedokteran.

soal soal termodinamika

1. Selama proses isokhorik (v = 1 m³), gas menerima kalor 1000 kalori sehingga tekanan berubah sebesar 814 N/m². Hitunglah perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ?

Jawab:

Proses isokhorik: DV = 0 sehingga DW = P . DV = 0

DQ = DU + DW ® 1000 = DU + 0

Jadi perubahan energi dalam gas = 1000 kalori =1000 x 4.186 J = 4186J

2. Gas diatomik pada suhu sedang 200ºC dan tekanan 105 N/m² bervolume 4 lt. Gas mengalami proses isobarik sehingga volumenya 6 liter kemudian proses isokhorik sehingga tekanannya 1.2 x 10⁵N/m². Berapakah besar perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ?

Jawab:

PV = n R T ® P DV + V DP = n R DT

Proses A - B (DP = 0):

P DV = n R DT = 10⁵ . 2.10^-3 = 200 J

DUBC = 5/2 n R DT = 500 J (diatomik 200ºC)

Proses :B - C (DV = 0): 

V DP = n R DT = 6.10^-3.0,2. 10⁵ = 1120 J

DUBC = 5/2 n R DT = 300 J (diatomik 200ºC)

Jadi DU total = DUAB + DUBC = 800 J

3. Bila suatu gas dimampatkan secara isotermik maka tentukanlah tekanan, energi dalam danusaha yang dilakukan oleh gas!

Jawab:

Gas dimampatkan berarti volume gas bertambah kecil (AV < 0)

Proses gas secara isotermik berarti DT = 0

Jadi: PV = C ® P = C/V

Karena volume gas bertambah kecil maka tekanan gas akan bertambah besar. Kenaikan tekanan gas ini disebabkan oleh makin seringnya molekul-molekul gas menumbuk dinding tempatnya (jarak tempuh molekul gas makin pendek) bukan karena kecepatannya yang bertambah.

DU=3/2 n R DT

Karena proses isotermik (DT= 0), maka perubahan energi dalam sama dengan nol (DU - 0). Berarti energi dalam gas tidak berubah.

DQ = DU + DW ® DW = P DV

Karena DU = 0 maka DQ = DW, berarti kalor yang diserap gas seluruhnya diubah menjadi usaha gas.

Karena volume gas bertambah kecil (DV < 0) maka usaha yang dilakukan gas negatif( DW < O), berarti gas menerima kerja dari luar.

3. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi sebesar 1000ºK mempunyai efisiensi sebesar 50%. Agar efesiensinya naik menjadi 60%, berapakah reservoir suhu tinggi harus dinaikkan ?

Jawab:

h = 1-T₂/T₁ ® 0,5 = 1 T₂/1000 ® T₂ = 500ºK

Apabila efesiensinya dijadikan 60% (dengan T₂ tetap), maka

h = 1 - T₂/T₁ ® 0,6 =1 - 500/T₂ ® T₁= 12.50 ºK

SKALA TEMPERATUR

Di Amerika banyak menggunakan skala Fahrenheit (0˚C).  Dalam pembuatan skala tersebut dibuatkan titik referensi, yang disebut titik tetap yang kemudian dibuat skala sekehendak kita.  Sebelum tahun 1954 ditentukan dua titik sebagai titik acuan baku, yaitu titik es dan titik uap.

Titik es yaitu suatu titik di mana terdapat campuran air yang jenuh udara dengan es yang bertekanan 1 atmosfir.  Titik uap adalah suhu di mana terdapat air mendidih pada tekanan 1 atmosfir.

Fahrenheit pada tahun 1724 telah menentukan skala temperatur di mana pada 32˚F adalah titik es, pada 212˚F  merupakan titik uap serta temperatur rectal berkisar 98,6˚F. Dalam bidang kedokteran banyak menggunakan skala Celcius, titik es diberi harga 0˚C suhu pada titik uap diberi 100˚C.  Untuk keperluan bidang ilmu pengetahuan diperlukan skala lain yaitu skala Kelvin.

Sekarang ini titik tripel dipakai sebagai titik acuan baku yaitu 0,01˚C (273,16 K).  Untuk mendapatkan gambaran jelas tentang hubungan ini, dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Skala Rankin digunakan di Inggris.  Hubungan skala suhu itu dapat dinyatakan dalam persamaan :

             

  9

T_R  =           T

              5

  9

T_F   =           t  + 32

              5

T_F   =  T_R  - 459,67

PERSAMAAN TERMODINAMIKA I

1. Pada proses isobarik (tekanan tetap) ® DP = 0; sehingga,
   
   
   DW = P . DV = P (V₂ - V₁) ® P. DV = n .R DT

DQ = n . Cp . DT	® maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)
DU-= 3/2 n . R . DT

2. Pada proses isokhorik (Volume tetap) ® DV =O; sehingga,
   
   
   DW = 0 ® DQ = DU

DQ = n . Cv . DT	® maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)
AU = 3/2 n . R . DT

3. Pada proses isotermik (temperatur tetap): ® DT = 0 ;sehingga,
   
   
   DU = 0 ® DQ = DW = nRT ln (V₂/V₁)
4. Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem dengan sekelilingnya) ® DQ = 0 Berlaku hubungan::
   
   
   PV^g = konstan ® g = C_p/C_v ,disebut konstanta Laplace
   
   
5. Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah garis proses.
6. Usaha pada proses a ® b adalah luas abb*a*a
   
   
   Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik ® penurunan adiabatik lebih curam dan mengikuti persamaan PV^g= C.
   
   
   Jadi:
   1. jika DP > DV, maka grafik adiabatik.
   2. jika DP = DV, maka grafik isotermik.

Catatan:

1. Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan naik. SehinggaDQ, DW ® (+).
2. Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi dalam akan turun. Sehingga DQ, DW ® (-).
3. Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah
   
   
   U = E_k = 3/2 nRT ® g = 1,67
4. Untuk gas diatomik (H₂, N₂, dll), energi dalam (U) gas adalah

Suhu rendah (T £ 100ºK)	U = Ek = 3/2 nRT	® g = 1,67	® Cp-CV=R
Suhu sedang	U = Ek =5/2 nRT	® g = 1,67
Suhu tinggi (T > 5000ºK)	U = Ek = 7/2 nRT	® g = 1,67

Tidak mungkin membuat suatu mesin yang bekerja secara terus-menerus serta rnengubah semua kalor yang diserap menjadi usaha mekanis.

T1 > T2, maka usaha mekanis: W = Q1 - Q2 h = W/Q1 = 1 - Q2/Q1 = 1 - T2/T1

T₁ = reservoir suhu tinggi 

T₂ = reservoir suhu rendah

Q₁ = kalor yang masuk

Q₂ =kalor yang dilepas 

W = usaha yang dilakukan 

h = efesiensi mesin

Untuk mesin pendingin: h = W/Q2 = Q1/Q2 -1 = T1/T2 - 1 Koefisien Kinerja = 1/h

ENTROPI DAN HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

Pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa sebuah kolam tidak membeku di musim panas. Jika sebuah benda panas berinteraksi dengan benda dingin, maka tak terjadi bahwa benda panas tersebut semakin panas dan benda dingin semakin dingin, meskipun proses-proses tersebut tidaklah melanggar hukum kekekalan energi yang dinyatakan sebagai hukum pertama termodinamika.

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".

Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.

Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".

Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.

Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T₁ dan T₂ berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T₁ dan benda B bersesuaian dengan temperatur T₂".

Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): 

S = k log w 

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati. 

Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):

W₁ = c V 

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volumeV adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari Nmolekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3): 

w = w₁^N = (cV)^N. 

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

Termodinamika II

Definisi Hukum Termodinamika

Pada umumnya hukum termodinamika sangat berkaitan dengan energi dan lingkungan yang kita ditinggali. Hal ini berkaitan dengan asal kata termodinamika yang diambil dari bahasa Yunani. Thermos yang artinya panas dan dinamic yang berarti perubahan. Sehingga bisa disimpulkan bahwa hukum termodinamika adalah hukum yang berkaitan dengan kekekalan energi. Dan menentukan bahwa adanya peristiwa perpindahan panas merupakan suatu bentuk lain dari perpindahan energi tersebut.

Sistem Termodinamika

Sejak ditemukan hukum termodinamika, hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam lingkup ilmu fisika. Sehingga hukum ini sering dikaitkan dengan konsep – konsep yangbersifat universal. Hal ini dikarenakan hukum termodinamika memiliki kebenaran yang bersifat umum. Dan tidak dibatasi dengan adanya rincian dari konsep atau sistem yang mengacu pada penggunaan hukum termodinamika. Untuk sistem termodinamika sendiri telah diklasifikasikan menjadi 3 jenis sistem yang didasarkan pada pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungannya.

Jenis – jenis sistem termodinamika adalah :

• Sistem terbuka : dimana pada sistem ini terjadi pertukaran benda, energi (panas dan kerja) dengan lingkunganya. Contoh dari sistem ini adalah samudra

• Sistem tertutup : yaitu keadaan di mana terjadi pertukaran energi (panas  dan kerja) namun tidak ada pertukaran yang terjadi antara benda dan lingkungannya, contoh dari sistem ini adalah rumah hijau

• Sistem terisolasi : sistem isolasi bisa dikatakan merupakan kebalikan dari sistem terbuka, karena dalam sistem ini tidak terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) ataupun pertukaran benda dengan lingkungannya.

Walaupun pada kenyataannya sebuah sisten tidak mungkin terisolasi sepenuhnya dari pertukaran energi, bahkan dalam wadah terisolasi seperti tabung gas. Karena pada dasarnya tetap ada gaya gravitasi bumi dalam wadah tersebut. Dalam analisisnya, pada sistem isolasi biasanya energi yang masuk sama dengan energi yang keluar. Sehingga energi yang tersisa dalam sistem ini adalah nol, atau bisa dikatakan seperti tidak ada pertukaran benda, energi dengan ligkungannya.

HUKUM TERMODINAMIKA 2

            Hukum ini sangat berkaitan dengan entropi atau keseimbangan termodinamis, yang menyatakan bahwa pada umumnya energi hanya bisa berpindah dari tempat yang mengandung banyak energi ke tempat yang kurang mengandung energi.
Hukum kedua ini bisa digambarkan dengan terjadinya angin.

 Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel. Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi.  Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”;  hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor: “

Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”. 

Penerapan Hukum II Termodinamika

Hukum I termodinamika menyatakan bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan teori ini, Anda dapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkan memenuhi hukum kekekalan energi. Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi tidak dapat diubah sekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi dari suatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah, sebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dan sebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya Anda balik, yaitu bola besi Anda panaskan sehingga memiliki energi panas sebesar energi panas ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energi ini akan berubah menjadi energi kinetik, dan kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwa ini tidak mungkin terjadi walau bola besi Anda panaskan sampai meleleh sekalipun. Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.

Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor: “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

1. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).
2. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).
3. Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

a. Pengertian Entropi

Dalam menyatakan Hukum Kedua Termodinamika ini, Clausius memperkenalkan besaran baru yang disebut entropi (S). Entropi adalah besaran yang menyatakan banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan

ΔS = Q/T

tersebut berlaku pada sistem yang mengalami siklus reversibel dan besarnya perubahan entropi (ΔS) hanya bergantung pada keadaan akhir dan keadaan awal sistem. Ciri proses reversibel adalah perubahan total entropi ( ΔS = 0) baik bagi sistem maupun lingkungannya. Pada proses irreversibel perubahan entropi semesta ΔS_semestea > 0 . Proses irreversibel selalu menaikkan entropi semesta.

ΔS_sistem  + ΔS_lingkungan = ΔS_seluruhnya > 0

b. Mesin Pendingin

Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator). Misalnya pendingin rungan (AC) dan almari es (kulkas). Perhatikan Gambar 9.9! Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada suhu tinggi T1. Berdasarkan hukum II termodinamika, kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap (Q1 = Q2 + W)

Gambar 9.9 Siklus mesin pendingin.

Hasil bagi antara kalor yang masuk (Q₁) dengan usaha yang diperlukan (W) dinamakan koefisien daya guna (performansi) yang diberi simbol K_p. Secara umum, kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna dalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai Kp, makin baik kerja mesin tersebut.

K_p = Q₂ /W

Untuk gas ideal berlaku:

Keterangan

K_p : koefisien daya guna

Q₁ : kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)

Q₂ : kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)

W : usaha yang diperlukan (J)

T₁ : suhu reservoir suhu tinggi (K)

T₂ : suhu reservoir suhu rendah (K)