Entropi

 Entropi

          Konsep entropi

Dalam suatu sistem dengan sejulah koordinat termodinamik sebarang, semua kedadaan yang dapat dicapai dari suatu keadaan mul tertentu melalui porses adiabatik terbalikan, terletak ada suatu permukaan (atau hiperpermukaan)  (t, X, X’,…) = tetap. Seluruh ruang t, X,X’ ,… dapat dianggap dipotong oleh sejumlah permukaan yng tak berpotongan sejenis ini, masing-masing dengan harga  yang berbeda. Dalam proses nonadiabat terbalikkan yng menyankut pemindahan kalor đQ, suatu sistem dalam keadaan yang dinyatakan oleh titik yang terletak pada permukaan  akan berubah hingga titik keadaanya terletak pada permukaan lain  + d . Telah kita lihat bahwa

                                                                                                (4-16)

dengan 1/  menyatakan faktor integrasi dari đQ, yang bias dinyatakan melalui

 = (t) f ( )                                                                                             (4-17)

Sehingga đQ = (t) f ( ) .                                                                   (4-18)

Karena tempertur Kelvin T didefinisikan sedemikian sehingga T/T’ = đQ/ đQ’, dengan  sama untuk kedua pemindahan kalor itu, maka

T = k (t),                                                                                                 (4-19)

Dengan kenyatakan tetapan sembarang. Jadi,

                                                                                          (4-20)

Karena  merupakan fungsi sebenarnya dari t,X,X’,…., maka ruas kanan merupakan diferensial saksama yang akan diberi lambing dS, sehinga

dS = ,

  

                                                                                                                                                                (4-21)

Tikalas R ditulis untuk menekankan bahwa đQ harus dipindahkan secara terbalikkan. Kuantitas S disebut entropi sistem, dan dS menyatakan perubahan entropi infinitesimal dari sistem. Dalam perubahan keadaan yang berhingga dari I ke f, perubahan entropinya ialah  - , dengan

-  =

  

                                                                                                                                                                (4-22)

                                     (Zemansky Dittman, hal: 201-202)

Dalam siklus Carnot disebutkan bahwa  adalah bahang yang masuk ke dalam sistem dan  bahang yang keluar dari sistem. Apabila masing-masing diberi tanda yang berbeda. Bahang yang masuk kedalam sistem yaitu  diberi tanda positif dan bahang  yang keluar dari sistem diberi tanda negatif karena itu untuk siklus Carnot.

                                                                                           (4-23)

Atau

0                                                                                   (4-24)

Gambar 12. Proses siklis reversibel dapat didekati dengan sejumlah besar siklus Carnot.

Selanjutnya ditinjau suatu proses siklik reversibel sebarang seperti yang terlukis pada gambar 12, berupa satu kurva tertutup. Proses semacam ini dapat didekati sedekat-dekatnya oleh sejumah besar siklus carnot kecil-kecil dengan arah yang sama. Bagian-bagian adiabatik siklus-siklus itu dilalui dua kali dengan arah yang berlawanan, sehingga saling melenyapkan. Hasil keseluruhannya menjadi suatu garis bergerigi yang tertutup. Jika siklus-siklus  itu dibuat  tak terhingga  kecil, maka bagian-bagian adiabatik seluruhnya saling melenyapkan, sementara bagian-bagian isotermal tidak.

Jika suatu siklus kecil beroperasi antara suhu   dan  dengan aliran bahang yang berkaitan  dan ,  untuk maka untuk siklus itu berlaku persamaan

                                                                      (4-25)

Jika dijumlahkan untuk semua siklus, diperoleh

                                                                                               (4-26)

Indeks r digunakan untuk menunjukkan bahwa proses itu reversible. Dalam keadaan limit, jika siklus siklus itu dibuat tak terhingga kecil, maka proses yang terbentuk seperti gigi gergaji itu menjadi sangat dekat dengan proses siklik aslinya. Tanda sigma di atas boleh diganti dengan tanda integral tertutup. Jadi

                                                                                                        (4-27)        

Besaran Q seperti sudah dijelaskan, bukanlah fungsi keadaan, sehingga  bukan differensial eksak. Tetapi   / T adalah differensial eksak yang untuk selanjutnya akan diberi lambang dS. Besaran S inilah yang disebut entropi dan merupakan fungsi keadaan. Jadi

                                                                                                 (4-28)

Persamaan (4-27) dapat ditulis menjadi

                                                                                                (4-29)

Satuan S dalam sistem SI atau MKS adalah . Entropi adalah besaran ekstentif yang bila dibagi dengan jumlah massa m atau jumlah mol n menjadi entropi jenis s.

 atau 

Satuan entropi jenis s menjadi J .  atau J .  dalam sistem SI dan J .  dalam satuan MKS.

(Dimsiki Hadi, 1993: 193-195)

Gambar 13. Proses reversibel sebarang (garis penuh dan mulus), di tumpangi oleh sederet siklus Carnot (garis putus-putus).

Dalam Gambar 13 terlukis proses reversible sebarang (garis penuh dan mulus), diumpangi oleh sederet siklus carnot (garis putus – putus). Jika siklus itu dibuat makin halus dan makin banyak, maka sederet siklus itu hasilnya makin mendekati siklus semula. Dalam limitnya bolehlah dikatakan siklus semula itu digantikan oleh sederet siklus Carnot.

Untuk sebuah siklus Carnot yang menerima kalor  pada temperetur   dan memberikan kalor  pada temperatur   berlakulah

                                                                                       (4-30)

Karena  = -  (sebab  < 0), maka

                                                                                         (4-31)

Atau    +  = 0.                                                                        (4-32)

Untuk sederet siklus Carnot diperoleh   = 0 

Jika siklus Carnot diperhalus dan diperbanyak, maka  dan penjumlahan dapat diganti oleh integrasi:

                                                                                       (4-33)

Dalam ungkapan ini menyatakan bahwa integrasi dilakukan dalam siklus (ialah siklus semula). Siklus itu dapat dianggap terjadi dari dua bagian: dan    mengikuti arah anak panah terlukis. Dengan demikian integral itu juga dapat dianggap terjadi dari dua bagian:

                                                                      (4-34)

Karena  

Kita peroleh

                                                                            (4-35)

Gambar 15. Berbagai proses reversibel antara keadaan 1 dan 2.

Gambar 14. Integral dalam siklus

Atau .                                                                           (4-36)

Bagian B pada siklus B dapat diganti oleh proses lain, misalnya C, asalkan C ini reversibel pula (gambar 15). Dengan penalaran yang sama kita peroleh

 = .                                                                                    (4-37)

Penalaran ini dapat diteruskan, sehingga kita peroleh

   =  = …                                                          (4-38)

Maka dapatlah kita simpulkan bahwa harga , hanya bergantung pada titik awal (keadaan 1) dan titik akhir (keadaan 2) tidak pada proses khusus, asalkan proses reversibel. Dengan demikian dapat dituliskan

 = S (2) – S (1).                                                                             (4-39)

R menyatakan proses reversibel sebarang. Karena   = S (2) – S (1).

Dapat dituliskan pula = dS.                                                            (4-40)

Besaran S merupakan fungsi keadaan, disebut entropi; dS merupakan diferensial eksak. Dalam matematika dikatakan 1/T sebagai faktor integrasi, ialah faktor yang membuat diferensial tidak eksak ( ) menjadi diferensial eksak (dS). Perlu ditekankan lagi bahwa hal ini berlaku  hanya untuk proses reversibel. Untuk proses irevesibel, berlaku

 .                                                                                               (4-41)

Contoh: Kita tinjau sistem yang bertemperatur T- dT bersentuhan dengan reservoir yang bertemperatur T. maka sistem menerima kalor Q secara reversible, entropinya berubah dengan  = Q/T. Reservoir kehilangan kalor , berarti menerima – Q, entropinya berubah dengan  d  = -  Q/T. Dalam proses ini dalam alam terjadi perubahan entropi

   =  +  =   -  = 0                                    (4-42)

Bagaimana halnya jika beda temperatur antara sistem dan reservoir itu finit? misalkan temperatur reservoir , temperatur sistem mula-mula  > . Misalkan pula sistem mempunyai kapasitas termal C (tetap). Maka sistem menerima kalor sebesar

Q =   = C (  -  .                                                           (4-43)

Reservoir menerima kalor sebesar –Q = - C (  - ). Karena reservoir itu mempunyai sifat temperatur tetap, walaupun  menerima kalor (berarti kapasitas termalnya besar sekali) maka proses dalam reservoir itu reversibel (sebab quastitatik dan tidak ada gesekan).

Perubahan entropi reservoir:

 = -  =  -C                                                   (4-44)

Untuk menghitung perubahan entropi sistem, haruslah dibayangkan suatu proses reversibel yang mengubah temperatur sistem dari  menjadi . Hal ini dilakukan misalnya dengan sederet reservoir (Gb.3.10), sebab dalam proses ireversibel kita tidak dapat menghitung entropi, tetapi bahwa keadaan awal dan akhir sistem itu seimbang telah diketahui. Maka

 =  = C  .                                                                (4-45)

Dalam alam terjadi perubahan entropi

  =  +  = C .                                   (4-46)

Dapat dituliskan  =  = 1 +  .

Kalau  /  kecil, dapat dituliskan pula

 /  )  /  .

Maka

   C ( -  +  ) > 0 sebab  >                                            (4-47)

Demikian pula jika  <  ,  < 0,  > 0 juga.

(kalau  /  tidak kecil,  lebih besar lagi!)

Dari contoh ini tampak bahwa bila terjadi pross ireversibel, entropi dalam alam ini bertambah.

Kalau proses yang terjadi itu benar-benar reversibel, misalnya sederet reservoir itu dan

   =  +  = - C  +- C  = 0.                        (4-48)

Jadi dalam perjalanan proses reversible ini, dalam alam tidak terjadi perubahan entropi.

Dapat ditunjukkan (tetapi tidak disini) bahwa tiap proses yang terjadi dalam alam timbul perubahan entropi S  0.

Tanda“ = “ dalam ungkapan ini berlaku untuk proses reversibel, dan tanda “ > “ untuk proses ireversibel. Ini disebut azas entrop , azas ini merupakan perumusan Hukum II Termodinamika pula.

Untuk sistem yang dilingkupi oleh dinding adiabatik, lingkupan sistem tidak terpengaruh oleh proses yang terjadi dalam sistem.

Untuk proses dalam sistem itu

  =  

Gambar 16. Benda berbeda temperatur, bersentuhan dan terisolasi

Jika dalam sistem yang tertutup ini mula-mula terdapat ketidakseimbangan, maka terjadilah proses yang menuju keseimbangan. Selama proses ini terjadi, sebab proses ini ireversibel.

Setelah keseimbangan tercapai, proses itu berhenti dan tiada perubahan entropi lagi, ini berarti bahwa dalam proses menuju keseimbangan itu entropi sistem menuju ke harga maksimumnya. Untuk latihan dapatlah kita menghitung perubahan entropi yang terjadi bila dua buah benda yang semula berbeda temperaturnya bersentuhan. Lingkupi kedua benda itu dengan dinding adiabatik (gambar 17) walaupun secara keseluruhan Q = 0.

(Sutrisno dan Tan Ik Gie, 1983: 213-217)

2.      Perubahan Entropi

Gambar 17. Pemuaian bebas dari suatu gas ideal. (a) Gas tersebut dibatasi ke sebelah kiri dar wadah yang diisolasi oleh keran tertutup. (b) Pada saat keran dibuka, gas berdesakan mengisi seluruh wadah. Proses ini disebut ireversibel yaitu tidak terjadi dalam arah sebaliknya. Gas mengumpul secara spontan di sebelah kiri dari wadah.

Gambar 17 (a) menunjukkan gas dalam keadaan setimbang awalnya idibatasi oleh keran tertutup disebelah kiri dari wadah yang terisolasi secara termal. Apabila kita membuka keran tersebut, gas akan berdesakan untuk mengisi seluruh wadah, pada akhirnya mencapai keadaan kesetimbangan akhir f seperti yang di tunjukkan digambar 17 (b). Hal ini adalah sebuah proses ireversibel.

Kurva p-V dari proses dalam gambar 18 menunjukkan tekanan dan volume dari suatu gas dalam keadaan awalnya i dan keadaan akhir f. Tekanan dan volume adalah sifat keadaan, sifat yang bergantung hanya pada kondisi gas dan tidak pada bagaimana gas mencapai kondisi itu. Sifat keadaan yang lain adalah suhu dan energi. Sekarang kita menganggap bahwa gas masih memilki sifat keadaan yang lain entropinya. Lebih dari itu, kita definisikan perubahan dalam entropi  dari suatu sistem selama suatu proses yang membuat sistem dari keadaan awal i ke keadaan akhir f sebagai

 =  -  =                                                                               (4-49)

Gambar 18. Diagram p – V menunjukkan keaadan awal i keadaan akhir f dari pemuaian bebas dari Gambar 17. Keadaan intermediat dari gas tidak dapat ditunjukkan karena gas-gas tersebut tidk berada dalam keaadan setimbang.

Disini Q adalah energi yang dipindahkan sebagai kalor ke atau dari sistem dalam satuan Kelvin. Jadi, perubahan entropi tidak bergantung hanya pada perindahan kalor, tetapi juga pada suhu dimana perpindahan terjadi. Karena Tselalu bernilai positif, tanda  sama seperti Q. kita lihat dari pers. (4-49) bahwa satuan SI untuk entropi dan perubahan entropi adalah joule per Kelvin.

Namun terdapat masalah dalam menerapkan pers. (4-49) untuk pemuaian bebas dari gambar 17. Pada saat gas berdesakan untuk mengisi seluruh wadah, maka tekanan, suhu, dan volume dari gas akan berfluktuasi tanpa dapat diduga. Artinya, gas-gas itu tidak memiliki urutan nilai kesetimbangan yang didefinisikan dengan baik selama keadaan intermediate dari perubahan dari keadaan kesetimbangan awal i ke keadaan kesetimbangan akhir f. Jadi, kita tidak dapat mengikuti lintasan tekanan volume untuk pemuaian bebas pada kurva p- V dari gambar 18 dan lebih penting lagi, kita tidak dapat menemukan hubungan antara Q dan T yang memungkinkan kita untuk mengintegrasikan sebagai pers (4-49) yang diperlukan.

Namun, apabila entropi sungguh-sungguh suatu sifat keadaan, perbedaan dalam entropi antara keadaan i dan f  harus bergantung hanya pada keadaan itu dan bukan pada semua cara sistem berubah dari suatu keadaan ke keadaan yang lain. Misalnya, kita mengganti pemuaian bebas ireversibel dari gambar 17 dengan proses reversible yang menghubungkan keadaan i dan f. dengan proses reversible, kita dapat mengikuti lintasan tekanan – volume pada kurva p-V dan kita dapat menemukan hubungan antara Q dan T yang membuat kita dapat menggunakan pers 17 untuk mendapatkkan perubahan entropi.

Telah diketahui bahwa suhu dari suatu gas ideal tidak berubah selama pemuaian bebas;  =  = T. jadi, titik i dan f dalam gambar 18 harus berada pada isotermal yang sama. Proses penempatan yang sesuai dengan keadaan ike keadaan f, yang sebenarnya berjalan sepanjang isotermal tersebut. Selanjutnya, karena T adalah konstan diseluruh pemuaian isotermal reversibel, integral dari Pers. (4-49) adalah penyederhanaan yang sangat baik.

Gambar 19 menunjukkan bagaimana menghasilkan pemuaian isotermal reversibel seperti demikian. Kita membatasi gas pada suatu tabung terisolasi yang diam pada reservoir termal yang dijaga pada suhu T. Kita mulai dengan menempakan peluru timah secukupnya pada piston penggerak sehingga tekanan dan volume dari gas berada dalam keadaan awal i dari gambar 17 (a). Kemudian kita menggerakkan peluru secara perlahan (sepasang demi sepasang) hingga tekanan dan volume gas berada pada keadaan akhir f dari gambar 17 (b). Suhu dari gas tidak berubah, karena gas masih dalam kontak termal dengan reservoir sepanjang proses tersebut.

Gambar 19. Pemuaian isotermal dari gas ideal dilakukan dalam cara reversibel. Gas tersebut memiliki keadaan awal i yang sama dan keadaan akhir f yang sama seperti di dalam proses ireversibel dari Gambar 17 dan 18.

Pemuaian isotermal reversibel dari gambar 19 sangat berbeda secara fisik dari pemuaian bebas ireversibel dari gambar 17. Bagaimanapun, kedua proses ini memiliki keadaan awal yang sama dan keadaan akhir yang sama maka harus memiliki perubahan entropi yang sama. Karena kita memindahkan peluru timah secar perlahan, keadaan intermediate dari gas merupakan keadaan kesetimbangan. Jadi, kita dapat memplotkan pada diagram p-V

Untuk menerapkan persamaan (4-49) pada pemuaian isotermal, kita mengambi suhu konstan T di luar integral sehingga diperoleh

  = 

Karena  = Q. dengan Q adalah energi total yang dipindahkan sebagai kalor selama proses, kita memiliki

 =  -  =                                                                                               (4-50)

Untuk mempertahankan suhu T dari gas konstan selama pemuaian isotermal dari gambar 19, kalor Q harus sudah dipindahkan dari reservoir ke gas. Jadi, Q bernilai positif dan entropi dari gas betambah selama proses isotermal dan selama pemuaian bebas dari Gambar 17.

Apabila perubahan suhu  dari suatu sistem relatif kecil untuk suhu (dalam Kelvin) sebelum dan sesudah proses, perubahan entropi dapat dihampirkan sebagai:

 =  -                                                                                                  (4-51)

Dengan  adalah suhu rata-rata dari sistem selama proses.

(Halliday Resnick, 2010: 35-37)

3.      Asas kenaikan entropi

Dari pembahasan proses-proses ireversibel dalam pasal terdahulu, didapatkan bahwa entropi semesta (universe) selalu naik. Hal ini juga benar untuk semua proses ireversibel yang sudah dapat dianalisis. Kesimpulan ini dikenal sebagai asas kenaikan entropi dan dianggap sebagai bagian dari Hukum Kedua Termodinamika. Asas ini dapat dirumuskan sbb.

Entropi semesta selalu naik pada tiap proses ireversibel.

Jika semua system berinteraksi di dalam suatu proses dilingkungi dengan bidang adiabatik yang tegar, maka semua itu membentuk sistem yang terisolasi sempurna dan membentuk dunianya sendiri. Karena itu dapat dikatakan bahwa entropi dari suatu sistem yang terisolasi sempurna selalu naik dalam tiap proses ireversibel yang terjadi dalam sistem itu. Sementara itu entropi tetap tidak berubah dalam sistem yang terisolasi jika sistem itu menjalani proses reversibel. Karena itu secara lengkap Hukum Kedua Termodinamika dapat dirumuskan sbb.

Pada setiap proses yang terjadi di dalam sistem yang terisolasi, entropi sistem tsb, selalu naik atau tetap tidak berubah.

(Dimsiki Hadi, 1993: 200-201)

4.      Menghitung perubahan entropi dalam proses reversibel

Dalam proses adiabatik, 6Q = 0, dan dalam proses adiabatik reversibel  = 0. Oleh karena itu dalam setiap program adiabatik reversibel dS = 0 atau ini berarti bahwa entropi S tetap. Proses demikian ini disebut pula sebagai proses isentropik. Jadi

 = 0 dan dS = 0

Dalam proses isotermal reversibel, suhu T tetap, sehingga perubahan entropi

 -  =  =    =                                                                        (4-52)

Untuk melaksanakan proses semacam ini maka sistem dihubungkan dengan sebuah reservoir yang suhunya berbeda. Jika arus bahang mengalir masuk ke dalam sistem, maka  positif dan entropi sistem naik. Jika arus bahang keluar dari sistem,  negatif dan entropi sistem turun.

Contoh proses isotermal reversibel ialah perubahan fase pada tekanan tetap. Arus bahang yang masuk kedalam per satuan massa atau per mol sama dengan bahang transformasi 1, sehingga perubahan entropi jenisnya menjadi

 -  =                                                                                                        (4-53)

Dalam kebanyakan proses suatu arus bahang yang masuk kedalam sistem secara reversibel umumnya disertai oleh perubahan suhu, sehingga perhitungan perubahan entropi dari pers. (4-52) suhu T tidak boleh dikeluarkan dari tanda integral. Jika proses terjadi pada volume tetap, maka 6q =  dT, sehingga

 -  =                                                                                           (4-54)

Jika proses terjadi pada tekanan tetap, 6q = dT dan

 -  =                                                                                           (4-55)

Pada umumnya  dan  berubah dengan suhu sehingga tak boleh dikeluarkan dari tanda integral dalam pers. (4-54) dan (4-55). Untuk menghitung integral tersebut. Harus diketahui  dan sebagai fungsi suhu. Jika  dan  boleh dianggap tetap, maka hasil integral itu menjadi

 =                                                                                                    (4-56)

 =                                                                                                   (4-57)

Jika dalam proses terdapat arus bahang antara sistem dengan lingkungannya secara reversibel, maka pada hakekatnya suhu sistem dan suuhu lingkungan adalah sama. Besar arus bahang ini yang masuk kedalam lingkungan yang disetiap titik adalah sama, tetapi harus diberi tanda yang berlawanan. Karena itu perubahan entropi lingkupan sama besar tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi sistem dan jumlahnya menjadi nol. Karena sistem bersama dengan lingkungannya membentuk dunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia adalah tetap. Hendaknya diingat bahwa pernyataan ini hanya berlaku untuk proses reversibel saja.

                                                                        (Dimsiki Hadi, 1993; 195-197)

Entropi berbeda dengan energi, yaitu tidak mematuhi hukum kekekalan. Energi dari suatu sistem tertutup adalah kekal; energi selalu tetap. Untuk proses ireversibel, entropi dari suatu sistem tertutup selalu bertambah. Karena sifatnya ini, perubahan entropi kadang-kadang disebut “panah waktu”.

Terdapat dua cara yang ekuivalen untuk mendifinisikan perubahan entropi pada suatu sistem.

a.         Dalam istilah dari suhu sistem dan energi, perubahan entropi akan mendapat atau kehilangan kalor.

b.        Dengan menghitung cara atom atau molekul yang membentuk sistem dapat disusun ulang.

5.      Entropi merupakan ukuran dari ketidakteraturan

Entropi dapat dianggap sebagai ukuran dari ketidakteraturan. Jika dikaitkan dengan pernyataan umum hukum kedua termodinamika, bisa dikatakan bahwa pada proses ireversibel, ketidakteraturan cenderung bertambah. Dengan kata lain, setiap proses ireversibel pada dasarnya menuju ke keadaan yang tidak teratur.

Perlu diketahui bahwa konsep entropi pada mulanya hanya dihubungkan dengan proses ireversibel yang berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah terlepas dari tangkainya dan jatuh bebas hingga mencium tanah, buah mangga tidak pernah meluncur ke atas lagi. Buku yang kita dorong lalu berhenti tidak pernah bergerak kembali ke arah kita. Ini adalah beberapa contoh proses ireversibel yang berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi dari satu benda ke benda yang lain. Proses tersebut hanya berlangsung pada satu arah saja, tetapi tidak pernah berlangsung pada arah sebaliknya. Buah mangga tidak pernah meluncur ke atas dengan sendirinya karena energi dalam berubah menjadi energi kinetik.Buku tidak pernah meluncur ke arah kita karena kalor atau panas yang timbul akibat gesekan berubah menjadi energi kinetik.

 Proses ireversibel yang terjadi di alam semesta ternyata tidak hanya berkaitan dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah dilahirkan, kita bertumbuh menjadi bayi, anak-anak, remaja, dewasa lalu menjadi tua lapuk dan akhirnya mati dimakan cacing. Apakah kamu pernah melihat seorang tua berubah menjadi bayi? Tidak pernah.  Handphone yang kita pakai lama kelamaan menjadi kusam dan rusak, mobil baru yang pada mulanya licin dan bertenaga menjadi kurang licin dan lemas tak bertenaga setelah dirimu pakai selama beberapa tahun. Apakah dirimu pernah lihat mobil tua tiba-tiba saja menjadi baru lagi? Atau Handphone kesayanganmu setiap hari semakin licin dan bagus? Tidak pernah. Setelah dipakai,handphone menjadi kusam dan rusak, begitu juga mobil. Ini adalah beberapa contoh proses ireversibel yang tidak ada hubungannya dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi. Setelah menyadari bahwa semua proses alamiah yang terjadi di alam semesta bersifat ireversibel maka konsep entropi menjadi meluas. Pembahasannya tidak hanya meliputi proses termodinamika saja tetapi mencakup banyak proses ireversibel lainnya di alam semesta.

Sekarang mari kita bahas beberapa proses ireversibel yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Terlebih dahulu kita tinjau sebuah proses ireversibel sederhana berikut. Ini hanya pengantar saja, biar dirimu paham dengan konsep entropi serta kaitannya dengan proses ireversibel. Lihat gambar berikut

Gambar 21. Proses ireversibel sederhana

Terdapat sejumlah kelereng berwarna merah dan biru. Kelereng tersebut dimasukkan ke dalam sebuah wadah. Kelereng yang berwarna biru disusun secara rapi di bagian dasar, sedangkan kelereng berwarna merah disusun secara rapi di bagian atas (gambar kiri).Susunan kelerengmu dalam wadah tampak sangat teratur… Sebelah bawahnya biru semua, sebelah atasnya merah semua. Selanjutnya mengocok atau mengguncangkan wadah naik turun. Karena wadah digerakkan naik turun maka susunan kelereng yang pada mulanya sangat teratur berubah menjadi tidak teratur lagi (gambar kanan). Kelereng berwarna merah dan biru campur aduk menjadi satu Semakin diguncang, susunan kelereng menjadi semakin tak teratur. Mungkin-kah setelah diguncang-guncang, susunan kelereng menjadi teratur seperti semula? Kelereng tidak mungkin menjadi teratur seperti semula.  Ini merupakan sebuah contoh proses ireversibel atau tidak dapat balik. Setelah mengalami proses ireversibel, susunan kelereng yang pada mulanya sangat teratur berubah menjadi tidak teratur. Keteraturan telah berubah menjadi ketidakteraturan.

Hal yang sama terjadi pada proses ireversibel lainnya. Ketika kita menyentuhkan benda panas dan benda dingin, kalor akan mengalir dengan sendirinya dari benda panas menuju benda dingin.  Kalor berhenti mengalir setelah kedua benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Proses ini bersifat ireversibel. Pada mulanya kita mempunyai dua susunan molekul, yakni molekul yang mempunyai energi kinetik rata-rata yang besar (molekul-molekul penyusun benda panas) dan molekul yang mempunyai energi kinetik rata-rata yang kecil (molekul-molekul penyusun benda dingin). Setelah benda panas dan benda dingin mencapai suhu yang sama (molekul-molekul telah mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama), dua susunan molekul tadi tidak bisa kita bedakan lagi. Susunan molekul-molekul yang pada mulanya teratur berubah menjadi tidak teratur. Mirip seperti susunan kelereng di atas, setelah kedua benda mencapai suhu yang sama, keteraturan susunan molekul berubah menjadi ketidakteraturan (ketidakteraturan bertambah akibat adanya perpindahan kalor yang bersifat ireversibel).

Lebih jauh lagi, aliran kalor dari benda panas menuju benda dingin bisa dianggap seperti aliran kalor dari daerah bersuhu tinggi menuju daerah bersuhu rendah pada mesin kalor. Adanya aliran kalor dari daerah bersuhu tinggi menuju daerah bersuhu rendah membuat mesin kalor bisa melakukan kerja. Mesin kalor tidak bisa melakukan kerja apabila tidak ada aliran kalor. Dengan demikian, kita bisa membuat hubungan antara ukuran ketidakteraturan dengan kemampuan melakukan kerja. Setelah mencapai suhu yang sama, tidak ada lagi aliran kalor dari benda panas menuju benda dingin (ketidakteraturan bertambah). Karena tidak ada aliran kalor membuat mesin kalor tidak bekerja maka kita bisa mengatakan bahwa sistem yang tidak bisa melakukan kerja memiliki ketidakteraturan yang tinggi, sebaliknya sistem yang bisa melakukan kerja memiliki ketidakteraturan yang rendah.

Dari hasil ini, kita bisa membuat kesimpulan mengenai hubungan antara bentuk energi dengan ukuran ketidakteraturan. Pada dasarnya bentuk energi yang bisa digunakan untuk melakukan kerja adalah energi potensial.Energi potensial gravitasi air bisa digunakan untuk menggerakan turbin.Energi potensial kimia pada minyak bisa digunakan untuk menggerakan kendaraan. Energi potensial kimia dalam tubuh bisa kita gunakan untuk melakukan kerja, jalan-jalan, belajar. Energi potensial gravitasi buah mangga bisa digunakan untuk membocorkan atap rumah.Karena bentuk energi yang berguna bisa digunakan untuk melakukan kerja maka kita bisa mengatakan bahwa bentuk energi yang berguna tersebut lebih teratur, sebaliknya bentuk energi yang tidak berguna lebih tidak teratur. Bentuk energi yang tidak berguna adalah energi dalam dan kalor alias panas. Setelah mencium tanah, buah mangga tidak pernah meluncur ke atas lagi karena energi dalam berubah menjadi energi kinetik. Setelah kita mendorong buku, buku tersebut bergerak. Adanya gaya gesekan membuat buku berhenti bergerak. Untuk kasus ini, energi kinetik buku telah berubah menjadi kalor alias panas (panas timbul akibat adanya gesekan). Dalam kenyataannya buku yang sedang diam tidak meluncur kembali ke arah kita karena kalor alias panas berubah menjadi energi kinetik. Dua contoh ini menunjukkan bahwa kalor alias panas merupakan dua bentuk energi yang tidak berguna. Bentuk energi yang tidak berguna tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja. Dengan demikian kita bisa mengatakan bahwa kalor alias panas dan energi dalam memiliki ketidakteraturan yang tinggi.

Pada dasarnya proses perubahan bentuk energi, dari bentuk energi yang berguna menjadi bentuk energi yang tidak berguna selalu menaikkan ketidakteraturan. Lebih mudahnya, entropi selalu bertambah selama proses perubahan bentuk energi, karena entropi selalu bertambah seiring berlalunya waktu maka semua bentuk energi yang berguna tersebut akan berubah bentuk menjadi tidak berguna. Energi akan selalu kekal dalam proses perubahan bentuk energi, tetapi bentuk energi yang teratur dan bisa digunakan untuk melakukan kerja berubah bentuk menjadi tidak teratur dan tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja.

 Entropi = panah waktu

Entropi disebut juga sebagai panah waktu, karena bisa mengatakan kepada kita mengenai arah berjalannya waktu. Arah proses pada setiap proses alami adalah menuju ke keadaan yang tidak teratur. Apabila kita melihat kejadian yang sebaliknya, yakni keadaan tidak teratur dengan sendirinya berubah menjadi teratur, kita bisa mengatakan bahwa kejadiannya terbalik. Jika kita melihat serpihan-serpihan gelas yang tercecer di lantai mengumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula, kita bisa mengatakan bahwa peristiwa tersebut terbalik. Hal tersebut tidak pernah terjadi dalam kehidupan kita setiap hari dan jika terjadi maka itu melangggar hukum kedua termodinamika.Dalam hal ini, waktu tidak pernah berjalan mundur dan ketidakteraturan tidak pernah berubah dengan sendirinya menjadi keteraturan. Hal yang paling mungkin terjadi dan selalu terjadi dalam kehidupan kita adalah keteraturan selalu bergerak menuju ketidakteraturan, waktu selalu berjalan maju, tidak mundur. Jika seorang tua berubah menjadi bayi, hal tersebut kita anggap tidak normal dan melanggar hukum kedua termodinamika. Atau tiba-tiba saja seseorang mengatakan bahwa ia datang dari tahun 2036 (Jhon Titor) adalah sesuatu yang aneh dan melanggar arah proses alami.