ENERGI BEBAS HELMHOLTZ

ENERGI BEBAS HELMHOLTZ

        Kelvin   memformulasikan   bahwa   pada   umumnya   alam   tidak memperkenankan panas dikonversikan menjadi kerja tanpa disertai oleh perubahan besaran yang lain. Kalau formulasi Kelvin ini kita bandingkan  dengan  pernyataan  Hukum  Thermodinamika  Ke-dua, maka besaran lain  yang berubah  yang  menyertai  konversi panas

menjadi kerja adalah perubahan entropi. Perubahan neto entropi, yangnselalu meningkat dalam suatu proses, merupakan energi yang tidak dapat diubah menjadi kerja, atau biasa disebut energi yang tak dapat diperoleh (unavailable energy).Sesuai Hukum Thermodinamika Pertama, jika kita masukkan energi panas ke dalam sistem dengan maksud untuk mengekstraknya menjadi kerja maka yang bisa kita peroleh dalam bentuk kerja adalah energi yang masuk ke sistem dikurangi energi yang tak bisa diperoleh, yang terkait dengan entropi. Karena mengubah energi menjadi kerja adalah proses irreversible, sedangkan dalam proses irreversible entropi selalu meningkat, maka energi yang tak dapat diperoleh adalah TS di mana S adalahentropi dan T adalah temperatur dalam kondisi keseimbangan.

Energi   yang   bisa   diperoleh   disebut   energi   bebas   yang   yang diformulasikan oleh Helmholtz sebagai



A = E − TS

A  disebut  Helmholtz  Free  Energy. E adalah energi internal.  Jika  persamaan ini

dideferensiasi diperoleh

dA ≡ dE − TdS − SdT

Penerapan hukum thermodinamika pertama memberikan persamaan dS_lingkungan   =   yang dapat kita tuliskan dE = dq − dw  sedangkan definisi entropi dinyatakan oleh persamaan  dS_sistem  =   , maka dA ≡ dE − TdS – SdT,maka dapat dituliskan



dA = dq – dw − dq_rev − SdT

Jika temperatur konstan dan tidak ada kerja yang dilakukan oleh sistem pada lingkungan maupun dari lingkungan pada sistem, maka persamaan di atas menjadi

dA│_w,T  = dq − dq _rev

                                                        

Karena   dq ≤ dq _rev  menurut hukum Thermodinamika Ke-dua, maka

dA│_{w , T}  ≤ 0

_Jadi pada proses isothermal di mana tidak ada kerja, energi bebas Helmholtz menurun dalam semua proses alamiah dan mencapai nilai minimum   setelah   mencapai   keseimbangan.   Pernyataan   ini mengingatkan kita pada peristiwa dua atom yang saling berdekatan membentuk ikatan atom. Ikatan terbentuk pada posisi keseimbangan yang merupakan posisi di mana energi potensial kedua atom mencapai nilai minimum. Demikian pula halnya dengan sejumlah atom yang tersusun menjadi susunan kristal; energi potensial total atom-atom ini mencapai nilai minimum. Melalui analogi ini, energi bebas dipahami jugasebagai potensial thermodinamik.

Membuat temperatur konstan dalam suatu proses bisa dilakukan di laboratorium. Tetapi tidaklah mudah membuat sistem tidak memuai pada waktu energi panas masuk ke dalamnya. Lagi pula sekiranya pemuaian dapat diabaikan seperti pada kasus pemanasan dielektrik, polimerisasi ataupun depolimerisasi akan terjadi di dalam dielektrik sehingga kerja selalu diperlukan.