Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa
paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang
lebih rendah lagi dapat dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik
berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan magnetik semula secara
isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk
menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai
sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag
berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan semula.
Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan
temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul
pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan
zat hingga mencapai nol mutlak.
Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah
bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang
sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan
demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya
diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari
pengalaman dapat dinyatakan sebagai berikut :
Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya terhingga.Ini dikenal
sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian hukum
ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika
adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah
perubahan entropi sistem terkondensasi ketika berlangsung proses
isoterm terbuktikan. Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun,
ΔST berkurang jika sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:
Perubahan entropi yang berkaitan dengan
proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-terkondensasi mendekati nol
ketika temperaturnya mendekati nol.
Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut
Nernst-Simon. Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai
tiap proses reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi
mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi
kimia, perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang
dalam prinsip dapat dilakukan secara reversibel.
Hal ini dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :
Kemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis è Pada suhu T
à 0, bukan hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zat padat
atau cair dalam keseimbangan dakhir pada suhu nol.
Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati 0 K, perubahan entropi transisi Stmenurun.
Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika.
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi St yang berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K bernilai nol.
Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan
ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat
ketidakteraturan dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali
berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan
derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh
karena itu tidak akan ada perubahan entropi.
- B. APLIKASI HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA
Hukum ketiga termodinamika memungkinkan perhitungan perhitungan entropi
absolut dari zat murni pada tiap temperatur dari panas jenis dan panaa
transisi. Sebagai contoh, suatu benda padat pada temperatur T, akan
memeiliki entropi yang akan dinyatakan oleh :
Suatu benda cair, sebaliknya mempunyai entropi yang dinyatakan oleh :
Penerapan yang mencakup gas menjadi :
Besaran-besaran yang diperlukan untuk evaluasi numerik entropi mencakup
panas jenis. Pengukuran panas jenis zat padat di sekitar titik nol
absolut menunjukan bahwa :
Karena untuk zat padat,maka Debye dan Einstein menurunkan persamaan berikut untuk panaa jenis zat pasdat :
Dimana a adalah karakteristik yang berbeda untuk setiap zat. Bila suatu
zat sederhana dipanaskan pada tekanan konstan, pertambahan entropi
dinyatakan oleh :
Bila persamaan tersebut di integrasikan di antara titik nol absolutdengan temperatur T dimana s =0 hasilnya adalah :
- C. KONSEKUENSI SELANJUTNYA DARI HUKUM TIGA TERMODINAMIKA
Konsekuensi dari hukum ketiga termodinamika dijabarkan di bawah ini.
Untuk suatu proses temperatur konstan dekat 0ºK,perubahan entropi dinyatakan oleh :
Karena = 0 pada T = 0 dari hukumtermodinamika ketiga, persamaan menghasilkan :
Tetapi dari persamaan Maxwell. Jadi persamaan menjadi :
Hasil diatas sesuai dengan kenyataan eksperimental. Sebagai contoh,
buffington dan Latimer menemukan bahwa koefisien ekspansi dari beberapa
zat padat kristalin mendekati nol.
Konsekuensi terakhir dari hukum ketiga termodinamika adalah tidak dapat
diperolehnya titik nol absolut. Ditinjau suatu bidang penelitian pada
temperatur rendah, kenyataan eksperimental menunjukan bahwa temperatur
yang di peroleh oleh tiap proses demagenetisasi adaibatik dari
temperatur awalnya adalah setengah temperatur awal proses bersangkutan.
Jadi makin rendah temperatur yang dicapai, makin kurang kemungkinannya
untuk didinginkan lebih rendah.
Dengan kata lain diperlukan proses demagnetisasi adiabatik yag tak terbatas jumlahnya untuk mencapai titik nol absolut.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar