entropi dalam kehidupan sehari - hari

Pengertian Entropi. Entropi menggambarkan kecenderungan untuk sistem untuk pergi dari keadaan organisasi yang lebih tinggi ke keadaan organisasi terendah pada tingkat molekuler. Dalam kehidupan sehari-hari Anda, Anda secara intuitif memahami bagaimana entropi bekerja setiap kali Anda menuangkan gula dalam kopi atau melelehkan es batu dalam gelas. Entropi dapat mempengaruhi ruang di mana substansi menyebar, perubahannya fase dari padat ke cair ke gas, atau posisinya. Dalam fisika, entropi adalah pengukuran secara matematis perubahan energi potensial dari lebih besar ke yang lebih rendah, berkaitan dengan hukum kedua termodinamika.

Entropi berasal dari kata Yunani yang berarti, “transformasi.” Definisi ini memberi kita wawasan tentang mengapa hal-hal yang tampaknya berubah tanpa alasan. Sistem hanya dapat mempertahankan organisasi pada tingkat molekuler asalkan energi ditambahkan. Misalnya, air akan mendidih hanya selama Anda menempatkan panci di atas api. Anda menambahkan kalor, bentuk energi kinetik, untuk mempercepat molekul di dalam air. Jika sumber panas dipindahkan, kita semua bisa menebak bahwa air secara bertahap akan mendinginkan sekitar suhu kamar. Hal ini disebabkan entropi, karena molekul air cenderung memakai akumulasi energi potensial, pelepasan panas, dan berakhir dengan energi potensial yang lebih rendah.
Temperatur bukan satu-satunya yang terlibat dalam transformasi entropi. Perubahan selalu melibatkan pergerakan dari disequilibrium ke ekuilibrium, secara konsisten dengan pindah ke urutan yang menurun. Misalnya, molekul selalu menyebar seragam untuk mengisi wadah. Ketika kita meneteskan pewarna makanan dalam kaca bening air, bahkan jika kita tidak aduk, penurunan konsentrasi bersatu secara bertahap akan menyebar sampai setiap bagian dari air memiliki kepadatan warna yang sama.
Tipe lain dari entropi yang ada hubungannya dengan gerakan yang terlihat (sebagai lawan dari gerakan tak terlihat atau panas) melibatkan gravitasi. Kecuali kita menempatkan energi ke dalam sistem, seperti lengan dan bola, dengan mengangkat sebuah objek, itu jatuh ke tanah. Posisi tinggi memiliki energi potensial yang lebih tinggi. Ini akan dikonversi menjadi energi kinetik gerak saat benda jatuh. Tujuannya selalu berakhir dengan posisi yang memungkinkan energi potensial terendah, seperti bertumpu terhadap lantai.

Dalam istilah yang lebih teknis, entropi adalah nilai tertentu yang mengukur berapa banyak energi yang dilepaskan dalam sistem ketika mengendap menjadi energi potensial terendah. Entropi menilai jumlah gangguan, dipahami sebagai perubahan dalam panas, dari titik sebelumnya ke titik kemudian dalam waktu. Ini harus terjadi dalam sistem “tertutup”, di mana tidak ada kebocoran energi dalam atau keluar. Secara teoritis, yang dapat diukur, tetapi secara praktis sangat sulit untuk membuat skenario benar-benar tertutup. Dalam contoh pewarna makanan yang diberikan di atas, beberapa larutan pewarna makanan mungkin menguap, proses yang terpisah dari distribusi seragam zat terlarut.

Memanfaatkan energi matahari

Ebook Perpindahan Panas (Heat Transfer)

Fundamentals of Heat and Mass Transfer (6th Edition)

by Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine

Link download: click here  (62,03 MB)



Heat and Mass Transfer: A Practical Approach 2nd Edition

by Yunus A. Cengel


Link download: click here (11,28 MB)



Heat Transfer, 10th Edition

by Jack P. Holman


Link download: click here   (25,13 MB)

lebih lengkapnya lihat di:
https://labtermodinamikaunsyiah.wordpress.com/2012/01/24/ebook-termodinamika-perpindahan-panas/

radiasi benda hitam

Ketika gas berada dalam keseimbangan termodinamika (KT), laju penyerapan dan pemancaran gas itu seimbang. Nah, situasi ini dapat dibuat dengan memakai kotak yang memiliki dinding dalam bersuhu tetap, katakanlah suhunya T. Kalau gak ada materi atau radiasi atau materi yang keluar dari kotak, maka partikel gas, dan semua radiasi di dalamnya, ujung-ujungnya akan nyampe ke kondisi keseimbangan dalam suhu ini. Gak peduli apa jenis bahan pembuat kotak atau kayak apa bentuknya. Bisa ditunjukkan kalau medan radiasi yang dihasilkan akan bersifat isotropik dan kalau spektrumnya (pancaran yang merupakan fungsi dari frekuensi atau panjang gelombang) hanya tergantung pada T. Radiasi demikian disebut radiasi benda hitam (bisa juga disebut ‘radiasi rongga’ soalnya sejarah penelitian radiasi ini memakai ‘pemandian termal’ dalam sebuah rongga). Intensitas (kekuatan) khas yang dihasilkan dinyatakan oleh fungsi khusus yang disebut fungsi Planck atau Kurva Planck.

Fungsi ini dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi pada frekuensi dan panjang gelombang, lewat persamaan sebagai berikut:

Dimana satuan yang digunakan adalah cgs. Plot dari Bv(T) dalam berbagai suhu ditunjukkan dalam gambar berikut.

Gambar 1. Kurva Planck untuk suhu dari 2 ribu hingga 10 ribu Kelvin. Sumbu tegak dalam satuan erg/(detik.cm persegi. Hz. sr). Perhatikan kalau puncak kurvanya bergeser ke frekuensi yang tinggi (panjang gelombang pendek) saat suhu meningkat, dan juga kalau benda yang lebih panas memiliki intensitas khas yang lebih tinggi daripada benda dingin dalam semua frekuensi.

Kedua rumus di atas itu saling berhubungan lewat persamaan :

Jadi, integral kedua kurva tersebut, dari nol hingga tak hingga, itu sama. Tapi, fungsinya sendiri beda. Mereka punya maksima berbeda, dan juga ada aturan yang dipakai untuk mengkonversi satu bentuk ke bentuk lainnya.

Karena T dalam persamaan pertama dan kedua adalah nilai yang memberikan intensitas khas radiasi, dia bisa disebut ‘suhu radiasi’. Tapi, perlu diingat kalau suhu radiasi itu sama dengan suhu kinetik gas. Jadi, T dalam persamaan di atas bila ditulis tanpa indeks, akan menyajikan suhu kinetik. Karena harus ada interaksi yang cukup antara radiasi dan materi supaya suhu keseimbangan tercapai, maka gas tersebut harus buram..

Usaha Dan energi

Bentuk Energi dan Perubahannya
Energi (disebut juga tenaga) adalah kemampuan untuk melakukan usaha.

Bentuk-Bentuk Energi
a) Energi Mekanik
Benda yang bergerak atau memiliki kemampuan untuk bergerak, memiliki energi mekanik. Air terjun yang berada di puncak tebing memiliki energi mekanik yang cukup besar, demikian juga dengan angin.

b) Energi Bunyi
Energi bunyi adalaj energi yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara disekitar sebuah sumber bunyi. Contoh : Ketika radio atau televisi beroperasi, pengeras suara secara nyata menggerakkan udara didepannya. Caranya dengan menyebabkan partikel-partikel udara itu bergetar. Energi dari getaran partikel-partikel udara ini sampai ditelinga, sehingga kamu dapat mendengar.

c) Energi kalor
Energi kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat. Contoh : apabila kedua tanganmu digosok-gosokkan selam beberapa detik maka tanganmu akan terasa panas. Umumnya energi kalor dihasilkan dari gesekan. Energi kalor menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud.

d) Energi Cahaya
Energi Cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik

e) Energi Listrik

Energi Listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel.

f) Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif. Ada dua jenis energi nuklir yaitu energi nuklir fisi dan fusi. Energi nuklir fisi terjadi pada reaktor atom PLTN. Ketika suatu inti berat (misal uranium) membelah (fisi), energi nuklir cukup besar dibebaskan dalam bentuk energi kalor dan energi cahaya. Energi nuklir juga dibebaskan ketika inti-inti ringan (misalnya hidrogen) bertumbukan pada kelajuan tinggi dan bergabung (fusi). Energi matahari dihasilkan dari suatu reaksi niklir fusi dimana inti-inti hidrogen bergabung membentuk inti helium.

Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Ada dua macam energi mekanik yaitu ; energi kinetik dan energi potensial.
a. Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik dirumuskan :

EK = energi kinetik (joule atau J), m = massa (kg), v = kelajuan

b. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena posisinya. Energi potensial dapat dirumuskan:

EP = energi potensial gravitasi (joule atau J), m = massa (kg), g = percepatan gravitasi (m/s2), h = ketinggian benda dari acuan (m).

Konsep Energi dan Perubahannya dalam keseharian
a. Konversi energi
Konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Contoh

b. Konverter energi
Konverter energi adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi. Beberapa konverter energi yaitu:
1. Setrika listrik mengubah energi listrik menjadi kalor
2. Ayunan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial energi potensial menjadi energi kinetik
3. Rem mobil mengubah energi kinetik menjadi energi kalor.

ENERGI

Jika sebuah benda menempuh jarak sejauh S akibat gaya F yang bekerja pada benda tersebut maka dikatakangaya itu melakukan usaha, dimana arah gaya F harus sejajar dengan arah jarak tempuh S.
USAHA adalah hasil kali (dot product) antara gaya den jarak yang ditempuh.

W = F S = |F| |S| cos q

q = sudut antara F dan arah gerak

Satuan usaha/energi : 1 Nm = 1 Joule = 10⁷ erg

Dimensi usaha energi: 1W] = [El = ML2T-2

Kemampuan untuk melakukan usaha menimbulkan suatu ENERGI (TENAGA).

Energi dan usaha merupakan besaran skalar.

Beberapa jenis energi di antaranya adalah:

1. ENERGI KINETIK (E_k)
   E_{k trans} = 1/2 m v²
   E_{k rot} = 1/2 I w²
   m = massa
   v = kecepatan
   I = momen inersia
   w = kecepatan sudut
2. ENERGI POTENSIAL (E_p)
   E_p = m g h
   h = tinggi benda terhadap tanah
3. ENERGI MEKANIK (E_M)E_M = E_k+ E_p
   Nilai E_M selalu tetap/sama pada setiap titik di dalam lintasan suatu benda.

Pemecahan soal fisika, khususnya dalam mekanika, pada umumnya didasarkan pada HUKUM KEKEKALAN ENERGI, yaitu energi selalu tetap tetapi bentuknya bisa berubah; artinya jika ada bentuk energi yang hilang harus ada energi bentuk lain yang timbul, yang besarnya sama dengan energi yang hilang tersebut.

E_k + E_p = E_M = tetap

E_k1 + E_p1 = E_k2 + E_p2

ENERGI POTENSIAL PEGAS (E_p)

E_p = 1/2 k D x² = 1/2 F_p Dx

F_p = - k Dx

Dx = regangan pegas
k = konstanta pegas
F_p = gaya pegas

Tanda minus (-) menyatakan bahwa arah gaya F_p berlawanan arah dengan arah regangan x.

2 buah pegas dengan konstanta K₁dan K₂ disusun secara seri dan paralel:

seri	paralel
1 = 1 + 1  Ktot K1 K2	Ktot = K1 + K2

Note: Energi potensial tergantung tinggi benda dari permukaan bumi. Bila jarak benda jauh lebih kecil dari jari-jari bumi, maka permukaan bumi sebagai acuan pengukuran. Bila jarak benda jauh lebih besar atau sama dengan jari-jari bumi, make pusat bumi sebagai acuan.

Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial ini berpotensi untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggian. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan, semakinbesar pula energy potensial gravitasinya. Usaha untuk mengangkat benda setinggi h adalah

W = Fs = mgh

Dengan demikian, pada ketinggian h benda mamiliki energy potensial gravitasi, yaitu kemampuan untuk melakukan usaha sebesar W = mgh. Jadi, energy potensial gravitasi dapat dirumuskan sebagai

EP = mgh

Dengan,

EP = energy potensial gravitasi (Joule)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = ketinggian benda dari bidang acuan (m)

Kekekalan Energi

Bunyi hukum kekekalan energy, Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energy lain.

E_bensin <!–[if gte msEquation 12]>?<![endif]–>E_kimia <!–[if gte msEquation 12]>_?<![endif]–>E_gerak

E_mekanik = EK +EP

E_mekanik = konstan (kekal), selama tidak ada gaya dari luar.

USAHA

Dalam fisika, usaha berkaitan dengan suatu perubahan. Seperti kita ketahui, gaya dapat menghasilkan perubahan. Apabila gaya bekerja pada benda yang diam , benda tersebut bisa berubah posisinya. Sedangkan bila gaya bekerja pada benda yang bergerak, benda tersebut bisa berubah kecepatannya.

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya adalah hasil kali antara komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan. Usaha juga bisa didefinisikan sebagai suatu besaran scalar yang di akibatkan oleh gaya yang bekerja sepanjang lintasan.

Misalkan suatu gaya konstan F yang bekerja pada suatu benda menyebabkan benda berpindah sejauh s dan tidak searah dengan arah gaya F, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Komponen gaya yang segaris dengan perpindahan adalah F_x = F cos ?.

W = F_x . s = (F cos ?) . s = Fs cos ?

dengan :

W = Usaha (joule = J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

? = sudut antara F dan s (derajat atau radian)

HUBUNGAN USAHA DAN ENERGI

Usaha dan Energi Kinetik

Usaha yang dilakukan suatu gaya dapat mengubah energy kinetik benda.

W = ?EK = mv_akhir mv_awal

Catatan : Benda bergerak pada bidang datar atau ketinggian benda tetap.

Pembuktian rumus di atas:

Jika gaya F selalu tetap, maka percepatan a akan tetap juga, sehingga untuk a yang tetap

W_1>2 = ?₁ F(s) . ds

= ?₁ m dv/dt . ds

= ?₁ mdv . ds/dt

= ?₁ mv . dv

= ?₁ mvdv

= mv² |₁² > menggunakan perhitungan integral

= mv²_akhir - mv²_awal

GERAK HARMONIK

Gerak harmonic adalah gerak periodic yang memiliki persamaan gerak sebagi fungsi waktu berbentuk sinusoidal. Gerak harmonic sederhana didefinisikan sebagai gerak harmonic yangdipengaruhi oleh gaya yang arahnya selalu menuju ke titik seimbang dan besarnya sebanding dengan simpangannya.

Periode dan Frekuensi

Periode menyatakan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu siklus gerak harmonic, sedangkan frekuensi menyatakan jumlah siklus gerak harmonic yang terjadi tiap satuan waktu.

?F = ma

ky = mw²y

k = mw²

mengingat bahwa w = 2?/T, maka

k = m (2?/T)²

T = 2? ?m/k

Karena f = 1/T, maka diperoleh :

F = 1/2? ?k/m

Dari persamaan di atas menyatakan bahwa periode dan frekuensi gerak harmonic pada pegas hanya bergantung pada massa benda dan konstanta gaya pegas.

Konsep Usaha dan Energi
Dalam fisika usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan perpindahan benda yang searah dengan gaya. Dapat dirumuskan :

Satuan usaha dalam SI adalah joule. Satu joule adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan suatu benda searah gaya sejauh satu meter.
Kaitan usaha dan energi yaitu besar usaha yang dilakukan oleh suatu gaya dalam proses apa saja adalah sama dengan besar energi yang dipindahkan.

Usaha oleh Beberapa Gaya
Apabila usaha yang dilakukan oleh orang pertama dan orang kedua untuk memindahkan suatu benda ke kanan sejauh s adalah

W1 = F1 s (*) dan W2 = F2 s (**)

Telah diketahui bahwa resultan dua gaya searah adalah F =F1 + F2, sehingga usaha total yang dilakukan oleh kedua benda tersebut adalah

W = F s, W = (F1 + F2) s

Dengan memasukkan F1 s = W1 (lihat *) dan F2 s =W2 (lihat **), maka diperoleh

W = W1 + W2

Secara umum dapat disimpulkan sebagai berikut :
Usaha ynag dilakukan oleh resultan gaya-gaya searah dan berlawanan arah, yang menyebabkan benda berpindah sejauh s, sama dengan jumlah usaha oleh tiap-tiap gaya.

proses terjadinya petir ^ ^

Prinsip Ekuipartisi Energi

Pada subbab A, Anda telah mempelajari hubungan antara variabel-variabel yang menyatakan keadaan suatu gas dalam ruangan tertutup. Untuk mengamati keadaan gas tersebut, dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu cara makroskopis dan mikroskopis. Jika Anda mengamati keadaan suatu gas dalam ruang tertutup berdasarkan besaran-besaran yang dapat dilihat atau diukur secara langsung, Anda dikatakan melakukan pengamatan secara makroskopis. Namun, jika pengamatan yang Anda lakukan berdasarkan pada variabel atau besaran yang tidak dapat dilihat atau diukur secara langsung, Anda dikatakan melakukan pengamatan secara mikroskopis.

Pengamatan keadaan gas secara makroskopis telah Anda lakukan dan pelajari pada subbab A. Pada subbab B ini, Anda akan mempelajari keadaan gas yang diamati secara mikroskopis serta hubungan antara besaran makroskopis dan besaran mikroskopis.

1. Tinjauan Tekanan Secara Mikroskopis

Berdasarkan sifat-sifat gas ideal, Anda telah mengetahui bahwa setiap dinding ruang tempat gas berada, mendapat tekanan dari tumbukan partikel-partikel gas yang tersebar merata di dalam ruang tersebut. Cobalah Anda amati gerak satu partikel yang berada di dalam ruang berbentuk kubus dengan panjang rusuk kubus L. Massa partikel tersebut adalah m dan kecepatan partikel menurut arah sumbu-x dinyatakan sebagai v_x (perhatikan Gambar 7).

Gambar 6. Sebuah partikel bergerak dengan kecepatan vx dalam ruang berbentuk kubus berusuk L.

Jika partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding ruang, tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna. Oleh karena itu, jika kecepatan awal partikel saat menumbuk dinding A adalah +v_x, kecepatan akhir partikel setelah terjadinya tumbukan dinyatakan sebagai - v_x. Perubahan momentum (Dp_x) yang dialami partikel adalah Dp_x = p_akhir – p_awal = -mv_x - (mv_x) = -2mv_x.

Setelah menumbuk dinding A, partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding B. Demikian seterusnya, partikel gas tersebut akan bergerak bolak-balik menumbuk dinding A dan dinding B. Dengan demikian, Anda dapat menghitung selang waktu antara dua tumbukan yang terjadi pada dinding A dengan persamaan :

Dt = 2L / v_x                                        (1–15)

Pada saat partikel gas tersebut menumbuk dinding, partikel memberikan gaya sebesar F_x pada dinding. Pada pelajaran mengenai momentum, Anda telah mempelajari bahwa besarnya gaya yang terjadi pada peristiwa tumbukan sama dengan laju perubahan momentumnya (F = Dp / Dt). Dengan demikian, besar gaya F_x tersebut dapat diketahui sebagai berikut.

F_x = mv_x² / L                                    (1–16)

Jika di dalam ruang berbentuk kubus tersebut terdapat sejumlah N partikel gas, yang kecepatan rata-rata seluruh molekul gas tersebut dinyatakan dengan v_x, gaya yang dialami dinding dinyatakan sebagai F_total. Dengan demikian, Persamaan (1–16) dapat dinyatakan menjadi :

      (1–17)

Anda dapat mencari besarnya tekanan (p) yang dilakukan oleh gaya total (F_total) yang dihasilkan oleh N partikel gas ideal tersebut pada dinding A.

p = F_total / A

Oleh karena luas dinding adalah perkalian antara dua panjang rusuk dinding tersebtu (A = L²  maka persamaan tekanan pada dinding dapat ditulis dengan :

 (1–18)

atau ;

pV = Nmv_x²                           (1–19)

dengan: 

p = tekanan pada dinding, dan

V = volume ruang.

Dalam tinjauan tiga dimensi (tinjauan ruang), kecepatan rata-rata gerak partikel merupakan resultan dari tiga komponen arah kecepatan menurut sumbu-x (), sumbu-y (  ), dan sumbu-z (  ), yang besarnya sama. Oleh karena itu, dapat dituliskan  dengan    . Jika setiap komponen pada kedua ruas penamaan kecepatan tersebut dikuadratkan, dapat dituliskan :

sehingga diperoleh,

Dengan demikian, Persamaan (1–19) dapat diubah menjadi :

            (1–20)

atau

              (1–21)

dengan: 

N = banyaknya partikel gas,

m = massa 1 partikel gas,

v = kecepatan partikel gas, dan

V = volume gas.

Catatan Fisika :

Gelembung Udara

Penyelam. [3]

Ukuran gelembung udara di dalam air berubah seiring dengan berubahnya kedalam gelembung tersebut di dalam air. Jika seorang penyelam scuba melepaskan gelembung udara di kedalaman air, tekanan air di kedalam tersebut menentukan besarnya volume gelembung udara. Saat gelembung udara tersebut naik ke permukaan, tekanan air menurun sehingga volume gelembung udara pun membesar. (Sumber: Contemporary College Physics, 1993)