Hukum kedua termodinamika: hukum entropi
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana alam semesta terbentuk? Teori Big Bang memberi tahu kita bahwa alam semesta dimulai ketika energi dalam jumlah tak terbatas meledak dan mulai menyebar ke seluruh alam semesta seperti yang kita kenal sekarang. Baiklah, itu bagus, tapi apa itu energi? Energi hanyalah kemampuan untuk bekerja, dan kerja adalah pergerakan sesuatu dengan suatu kekuatan.
Pada awalnya, semua energi di alam semesta terkandung dalam satu lokasi yang relatif kecil. Konsentrasi energi yang intens ini menyumbang sejumlah besar dari apa yang kita sebut energi potensial , di mana energi potensial adalah energi yang tersimpan karena lokasi atau posisi Anda, dan sekarang sama dengan jumlah total energi di alam semesta saat ini. Seiring berjalannya waktu, energi telah menyebar ke hamparan luas alam semesta kita.
Dalam skala yang jauh lebih kecil, reservoir air yang tertahan oleh bendungan mengandung energi potensial, karena lokasinya memberikan potensi untuk mengalir di atas bendungan. Dalam setiap kasus, energi yang tersimpan, setelah dilepaskan, menyebar dan menyebar tanpa usaha atau kekuatan apa pun. Dengan kata lain, pelepasan energi potensial adalah proses spontan . Proses spontan hanyalah proses yang terjadi tanpa membutuhkan energi tambahan. Cara lain untuk mengatakannya adalah bahwa hal itu terjadi secara otomatis begitu Anda mencobanya. Saat energi menyebar, sebagian diubah menjadi energi yang dapat digunakan dan melakukan pekerjaan yang kita butuhkan. Sisa energi diubah menjadi energi yang tidak dapat digunakan, cukup disebut sebagai panas .
 |
| Energi potensial yang tersimpan di alam semesta atau di bendungan merambat secara spontan begitu dilepaskan. |
Saat alam semesta kita terus mengembang, ia mengandung energi yang semakin tidak berguna. Karena lebih sedikit energi berguna yang tersedia, lebih sedikit pekerjaan yang dapat dilakukan. Saat air mengalir di atas bendungan, ia juga mengandung lebih sedikit energi yang berguna. Penurunan energi berguna dari waktu ke waktu ini dikenal sebagai entropi , di mana entropi adalah jumlah energi yang tidak dapat digunakan dalam suatu sistem, dan sistem hanyalah kumpulan objek yang membentuk keseluruhan.
Entropi juga bisa disebut jumlah keacakan atau kekacauan dalam organisasi tanpa sistem. Ketika energi yang dapat digunakan menurun dari waktu ke waktu, disorganisasi dan kekacauan meningkat. Oleh karena itu, ketika energi potensial yang tersimpan dilepaskan, tidak semuanya diubah menjadi energi yang dapat digunakan. Semua sistem mengalami peningkatan entropi ini dari waktu ke waktu. Ini sangat penting untuk dipahami, dan fenomena ini dikenal sebagai hukum kedua termodinamika .
Seperti yang mungkin sudah Anda duga, hukum kedua termodinamika mengikuti hukum termodinamika pertama , yang umumnya dikenal sebagai hukum kekekalan energi , dan menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Dengan kata lain, jumlah energi di alam semesta, atau di sistem apa pun, adalah konstan. Hukum kedua termodinamika umumnya dikenal sebagai hukum entropi dan berpendapat bahwa energi menjadi kurang dapat digunakan dari waktu ke waktu. Oleh karena itu, sementara jumlah energi, berdasarkan hukum pertama, tetap sama, kualitas energi menurun dari waktu ke waktu, berdasarkan hukum kedua.
Penerapan hukum kedua termodinamika
Bagaimana memahami hukum kedua termodinamika membantu kita? Implikasi hukum kedua termodinamika seluas batas alam semesta kita. Alam semesta terus-menerus kehilangan energi yang dapat digunakan dan menjadi lebih kacau, kurang terorganisir. Ini menunjukkan bahwa alam semesta tidak abadi tetapi memiliki akhir, baik dalam ruang maupun waktu.
Pada tingkat yang jauh lebih kecil, pegas pada jam tangan tua harus diputar agar jam dapat berdetak dan mogok. Pegas berliku mengandung sejumlah besar energi potensial yang tersimpan, dan energi itu digunakan dari waktu ke waktu untuk membuat jam berdetak; itulah yang menggerakkan jarum jam. Namun, tidak semua energi potensial diubah menjadi energi yang dapat digunakan. Sebagian dari energi itu hilang sebagai panas ; panas adalah energi yang tidak dapat digunakan. Jika tidak ada yang bisa memutar jam tangan, Anda tidak akan dapat melakukan pekerjaan apa pun lagi.
Mari kita perhatikan contoh biologis. Tubuh kita adalah sistem. Selama kita dapat mengkonsumsi energi, tubuh kita dapat melakukan pekerjaan yang diperlukan untuk bertahan hidup dan bereproduksi. Namun, seiring berjalannya waktu, tubuh kita menjadi kurang teratur dan lebih kacau. Struktur dan fungsi akhirnya memberi jalan kepada entropi. Tidak ada yang hidup selamanya, dan seperti alam semesta, hidup kita memiliki akhir.
Namun, para ilmuwan terus menyelidiki cara untuk memperlambat entropi, baik dalam sistem alami maupun buatan manusia. Contoh bagusnya adalah mesin pembakaran dalam yang membuat mobil kita bergerak. Mereka jauh lebih efisien sekarang daripada saat mereka ditemukan.
Ringkasan Pelajaran
Hukum termodinamika pertama mengingatkan kita bahwa jumlah energi dalam suatu sistem adalah konstan. Sudah sama sejak awal waktu. Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Itu adalah hukum yang pertama.
Hukum kedua termodinamika memberi tahu kita bahwa entropi meningkat dalam suatu sistem ketika energi potensial diubah menjadi energi yang dapat digunakan untuk bekerja. Dengan kata lain, semua sistem, baik alam maupun buatan manusia, pada akhirnya akan rusak.
hasil pembelajaran
Setelah melihat pelajaran ini, Anda harus dapat:
- Mendefinisikan energi potensial, proses spontan, dan entropi.
- Jelaskan hukum kedua termodinamika!
- Diskusikan implikasi hukum kedua termodinamika bagi kita dan alam semesta.
