Termodinamika

Sebuah sistem termodinamikaTermodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.Konsep dasar dalam termodinamikaPengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !Sistem termodinamikaSistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

o pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.o pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.Keadaan termodinamikaKetika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.Hukum-hukum Dasar TermodinamikaTerdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) TermodinamikaHukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum Pertama TermodinamikaHukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

Hukum kedua TermodinamikaHukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Entropi (Pernyataan umum hukum kedua termodinamika)

Dalam postingan sebelumnya kita sudah mempelajari beberapa pernyataan khusus hukum kedua termodinamika. Perlu diketahui bahwa pernyataan khusus tersebut hanya bisa menjelaskan beberapa proses ireversibel saja. Pernyataan om Clausius hanya menjelaskan perpindahan kalor dan kaitannya dengan prinsip kerja mesin pendingin. Sebaliknya pernyataan om Kelvin dan om Planck berkaitan dengan prinsip kerja mesin kalor. Walaupun tampaknya berbeda, tetapi pada dasarnya kedua pernyataan ini berhubungan dengan perpindahan kalor. Btw, masih banyak proses ireversibel lainnya tidak bisa dijelaskan menggunakan kedua pernyataan tersebut. Setelah mencium tanah, buah mangga yang lezat dan mengundang selera tidak pernah meluncur ke atas lagi. Buku yang kita dorong tidak pernah bergerak kembali ke posisinya semula. Ketika adikmu yang sangat nakal menjatuhkan gelas ke lantai hingga pecah, serpihan-serpihan

gelas yang tercecer di lantai tidak pernah ngumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula… Apalagi ya… masih banyak atuh. mikirin sendiri ya… hiks2… pisss…

Karena pernyataan khusus hukum kedua termodinamika tidak bisa menjelaskan semua proses ireversibel maka kita membutuhkan pernyataan yang lebih umum. Adanya pernyataan umum ini diharapkan bisa menjelaskan semua proses ireversibel yang terjadi di alam semesta. Pernyataan umum hukum kedua termodinamika baru dirumuskan pada pertengahan abad kesembilan belas, melalui sebuah besaran yang diberi julukan entropi (S). Entropi bisa dianggap sebagai ukuran kuantitatif dari ketidakteraturan. Mengenai hal ini akan dibahas kemudian… Besaran entropi pertama kali diperkenalkan oleh om Clausius dan diturunkan dari siklus om Carnot (mesin kalor sempurna).  Menurut om Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada suhu tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah :

Keterangan :

Delta S = Perubahan entropi (Joule/Kelvin)

Q = Kalor (Joule)

T = Suhu (Kelvin)

Entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem, karenanya tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita tinjau hanya perubahan entropi saja… Mirip seperti perubahan energi dalam pada hukum pertama termodinamika.

Untuk membantumu lebih memahami pembahasan ini, kita obok-obok latihan soal saja :

Contoh soal 1 :

Sejumlah gas dalam sebuah wadah mengalami pemuaian adiabatik. Berapakah perubahan entropi gas tersebut ?

Panduan juawaban :

Selama proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem (gas). Karena Q = 0 maka delta S = 0. Bisa disimpulkan bahwa pada proses pemuaian adiabatik, entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan…

Bagaimanakah dengan penekanan adiabatik ? Pada dasarnya sama saja. Selama penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karenanya entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan.

Contoh soal 2 :

Sebuah mesin Carnot menerima 2000 J kalor pada suhu 500 K, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 350 K. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…

Panduan jawaban :

TH = 500 K

QH = 2000 J

TL = 350 K

QL = ?

Persamaan ini datangnya dari mana-kah ? ingat pembahasan mengenai mesin carnot. Hasil yang sangat penting dari mesin Carnot adalah bahwa untuk mesin kalor yang sempurna, Kalor yang diterima (QH) sebanding dengan suhu TH dan Kalor yang dibuang (QL) sebanding dengan suhu TL. Pahami perlahan-lahan…

Ingat perjanjian tanda hukum pertama terModiNamikA. Jika sistem menerima kalor, Q bertanda positif. Sebaliknya jika sistem melepaskan kalor, Q bertanda negatif. Sistem untuk kasus ini adalah mesin carnot…

Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…

Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 2000 J pada suhu (T) 500 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif. Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :

Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 1400 J pada suhu (T) 350 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.

Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :

Perubahan entropi total = 4 J/K – 4 J/K = 0

Contoh soal 3 :

Sebuah mesin kalor menerima kalor (Q) sebanyak 600 Joule pada suhu 300 oC, melakukan kerja dan membuang sejumlah kalor pada suhu 100 oC. Tentukan jumlah kalor yang terbuang dan perubahan entropi total dalam mesin selama satu siklus…

Panduan jawaban :

TH = 300 K

QH = 600 J

TL = 100 K

QL = ?

Selama satu siklus, mesin Carnot (mesin kalor sempurna) mengalami dua proses isotermal reversibel (pemuaian isotermal + penekanan isotermal) dan dua proses adiabatik reversibel (pemuaian adiabatik dan penekanan adiabatik). Selama proses pemuaian dan penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0). Karena Q = 0 maka perubahan entropi selama proses adiabatik = 0…

Selama pemuaian isotermal, mesin menyedot kalor (Q) sebanyak 600 J pada suhu (T) 300 K. Karena mesin menyedot kalor maka Q bertanda positif. Perubahan entropi mesin selama pemuaian isotermal adalah :

Selama penekanan isotermal, mesin membuang kalor (Q) sebanyak 200 J pada suhu (T) 100 K. Karena mesin membuang kalor maka Q bertanda negatif.

Perubahan entropi mesin selama penekanan isotermal adalah :

Perubahan entropi total = 2 J/K – 2 J/K = 0

Dari contoh soal nomor 2 dan contoh soal nomor 3, tampak bahwa perubahan entropi total untuk proses reversibel = 0. Dengan kata lain, pada proses reversibel, entropi total selalu konstan…

Contoh soal 4 :

Sebongkah es batu bermassa 2 kg memiliki suhu 0 oC. Es batu tersebut diletakkan di dalam sebuah wadah dan dijemur di bawah sinar matahari. Karena mendapat sumbangan kalor dari udara dan matahari maka si es batu pun mencair… tentukan perubahan entropi es batu tersebut… (Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg)

Panduan juawaban :

Massa es batu = 2 kg

Suhu es batu = 0 oC + 273 = 273 K

Kalor lebur air = 3,34 x 105 J/Kg

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 2 kg es batu menjadi air adalah :

Q = mL

Q = (2 Kg)(3,34 x 105 J/Kg)

Q = 6,68 x 105 J

Q = 668 x 103 J

Ingat ya, selama proses peleburan (es batu berubah menjadi air), suhu selalu konstan. Karena suhu selalu konstan maka perubahan entropi es batu dihitung dengan suangat guampang :

Entropi es batu bertambah sebanyak 2,45 x 103 J/K. Perhatikan bahwa entropi lingkungan (wadah, udara, etc) tidak kita hitung…

Perhitungan di atas tampaknya mudah karena suhu air konstan. Apabila suhu tidak

konstan maka perhitungannya menjadi lebih beribet Seandainya perubahan suhu cukup besar maka perubahan entropi bisa diooprek menggunakan kalkulus. Sebaliknya jika perubahan suhu tidak terlalu besar, kita bisa menggunakan suhu rata-rata (lihat contoh soal 5).

Contoh soal 5 :

Segelas air bersuhu 26 oC dicampur dengan segelas air yang bersuhu 22 oC. Jika massa

air dalam gelas = 2 kg (gelas raksasa ), tentukan perubahan entropi air… Anggap saja air dicampur dalam sistem tertutup yang terisolasi. Ingat ya, perpindahan kalor alias panas termasuk proses ireversibel…

Panduan jawaban :

Kalor jenis air (c) = 4180 J/Kg Co

Massa air = 2 Kg (massa air sama).

Karena massa air sama, maka suhu akhir campuran = 24 oC (26 oC + 22 oC / 2 = 48 oC / 2 = 24 oC).

Jumlah kalor yang dilepaskan oleh air panas ketika suhunya menurun dari 26 oC – 24 oC :

Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(26 oC – 24 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J

Jumlah kalor yang disedot oleh air dingin ketika suhunya meningkat dari 22 oC – 24 oC :

Q = mc(delta T) = (2 Kg)(1 kkal/kg Co)(24 oC – 22 oC) = (2 Kg)(4180 J/kg Co)(2 oC) = 16720 J

Perubahan entropi total = Perubahan entropi air panas + perubahan entropi air dingin

Suhu rata-rata air panas = (26 oC + 24 oC) / 2 = 50 oC / 2 = 25 oC —- 25 + 273 = 298 K

Suhu rata-rata air dingin = (22 oC + 24 oC) / 2 = 46 oC / 2 = 23 oC —- 23 + 273 = 296 K

Air panas melepaskan kalor, karenanya Q bertanda negatif. Sebaliknya air dingin menyedot kalor, karenanya Q bertanda positif. Ingat lagi perjanjian tanda Q (hukum pertama termodinamika)

Entropi air panas menurun sebesar 56,107 J/K

Entropi air dingin bertambah sebesar 56,486 J/K

Entropi total bertambah sebesar 0,379 J/K

Dari hasil pengoprekan ini, tampak bahwa walaupun entropi sebagian sistem berkurang (-56,107 J/K), entropi sebagian sistem bertambah dalam jumlah yang lebih besar (+ 56,486 J/K) sehingga entropi total selalu bertambah (+ 0,379 J/K). Bertambahnya entropi total sistem tertutup yang terisolasi akibat adanya proses ireversibel ternyata tidak hanya berlaku pada perpindahan kalor antara campuran air panas dan air dingin yang kita analisis di atas, tetapi berlaku juga untuk semua kasus yang diteliti oleh para ilmuwan. Jadi entropi total suatu sistem tertutup yang terisolasi hanya bisa tetap atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang… Entropi total selalu tetap jika proses terjadi secara reversibel. Apabila proses terjadi secara ireversibel maka entropi total selalu bertambah…

Pada dasarnya semua proses alamiah dalam kehidupan kita setiap hari bersifat ireversibel sehingga entropi total pasti bertambah. Kenyataan ini disimpulkan dalam sebaris kalimat gaul di bawah :

Entropi total sistem dan lingkungan selalu bertambah akibat adanya proses ireversibel.

Kalimat yang dicetak miring ini merupakan pernyataan umum hukum kedua termodinamika. Hukum kedua termodinamika agak berbeda dengan hukum-hukum fisika lainnya… Biasanya hukum fisika dinyatakan dalam bentuk persamaan (misalnya hukum kakek Newton) atau berupa hukum kekekalan (misalnya hukum kekekalan energi). Hukum kedua termodinamika hanya dinyatakan dalam sebaris kalimat yang bikin mumet. Sialnya lagi, hukum kedua malah mengatakan kepada kita bahwa entropi selalu bertambah. Pada dasarnya proses ireversibel terjadi setiap saat, karenanya entropi juga selalu bertambah seiring berlalunya waktu. Kalau entropi selalu bertambah seiring berlalunya waktu berarti suatu saat nanti entropi akan bernilai maksimum dunk. Wah,

apa jadinya dunia nanti

Btw, entropi tuh sebenarnya apa sich ? Dari tadi bahas entropi melulu tapi gak ngerti2 entropi tuh artinya apa… hiks2… Dari pada pusink seribu keliling lebih baik kita langsung menuju ke sasaran saja…

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. Makna ketidakteraturan di sini mungkin kurang jelas, karenanya gurumuda jelaskan menggunakan contoh proses ireversibel yang terjadi dalam kehidupan sehari. Sebelum melangkah lebih jauh, baca terlebih dahulu pesan-pesan berikut ini :

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 alias panas yang timbul akibat gesekan berubah menjadi energi kinetik.

Btw, 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 dirimu 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 n bagus ? Tidak pernah… Setelah dipakai, handphone menjadi kusam dan rusak. Mobil juga demikian… Ini adalah beberapa contoh proses ireversibel yang tidak ada hubungannya dengan perubahan bentuk energi dan perpindahan energi…. Nah, 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. Tataplah gambar di bawah dengan penuh semangat

Misalnya dirimu punya 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 dirimu 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 kelerengmu menjadi teratur seperti semula ? tidak mungkin terjadi… Silahkan dibuktikan kalau tidak percaya. Kelereng tidak mungkin menjadi teratur seperti semula… Ini merupakan sebuah contoh proses ireversibel alias 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… Nah, 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). Nah, 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… Istilah gaulnya, 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 dan statistik

Sebelumnya kita sudah membahas bahwa entropi merupakan ukuran dari ketidakteraturan. Setiap proses ireversibel pada dasarnya menuju ke keadaan yang memiliki ketidakteraturan yang tinggi. Btw, gagasan ini mungkin tampak abstrak dan tidak terlalu jelas. Untuk lebih memahami konsep entropi, kita bisa menggunakan pendekatan statistik. Pemahaman akan konsep entropi menggunakan pendekatan statistik pertama kali digunakan oleh om Ludwig Boltzmann (1844-1906).

Pada awal tulisan ini gurumuda sudah menjelaskan bahwa entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan

makroskopis bisa diketahui secara langsung tetapi besaran yang menyatakan keadaan mikrokopis tidak bisa diketahui secara langsung. Untuk mengetahui keadaan mikroskopis, kita bisa meninjau keterkaitan antara keadaan makroskopis dan keadaan mikroskopis.

Punya uang receh seratus rupiah ? Uang receh seratus rupiah punya dua sisi, pada salah satu sisi terdapat gambar burung garuda dan sedangkan di sisi yang lain terdapat tulisan 100 rupiah. Nah, misalnya dirimu punya 4 uang receh seratus rupiah… kalau dirimu melempar keempat uang receh seratus rupiah di atas lantai, dalam sekali lemparan akan ada lima kemungkinan yang berbeda :

pertama, muncul gambar burung garuda semua (4 gambar);

kedua, muncul 3 gambar burung garuda, 1 tulisan seratus rupiah (3 gambar, 1 tulisan);

ketiga, muncul 2 gambar burung garuda, 2 tulisan seratus rupiah (2 gambar, 2 tulisan);

keempat, muncul 1 gambar burung garuda, 3 tulisan seratus rupiah (1 gambar, 3 tulisan);

kelima, muncul tulisan seratus rupiah semua (4 tulisan)…

Lima kemungkinan munculnya gambar atau tulisan ini kita sebut sebagai keadaan makroskopis (makro = besar). Sebaliknya, jika kita menyatakan keempat uang logam sebagai gambar atau tulisan, berarti kita menyatakan keadaan mikroskopis (mikro = kecil)… Biar paham, tataplah tabel di bawah dengan penuh kelembutan… pahami perlahan-lahan ya…

Keadaan makroskopis

Keadaan mikroskopis yang mungkin (G = gambar, T = tulisan)

Jumlah keadaan mikroskopis

4 gambar GGGG 1

3 gambar, 1 tulisan GGGT, GGTG, GTGG, TGGG 4

2 gambar, 2 tulisan GGTT, GTGT, TGGT, GTTG, TGTG, TTGG 6

1 gambar, 3 tulisan TTTG, TTGT, TGTT, GTTT 4

4 tulisan TTTT 1

16

Dalam sekali lemparan, terdapat 16 keadaan mikroskopis yang mungkin (Setiap uang receh mempunyai dua peluang. Empat uang receh mempunyai 16 kali peluang = 2 x 2 x 2 x 2 = 24 = 16). Peluang yang paling besar adalah muncul 2 gambar dan 2 tulisan (Terdapat 6 keadaan mikroskopis yang mungkin dari total 16 keadaan mikroskopis — 6/16 x 100 % = 37,5 %). Sebaliknya peluang yang paling kecil adalah muncul 4 gambar atau 4 tulisan (Masing-masing memiliki 1 keadaan mikroskopis yang mungkin — 1/16 x 100% = 6,25 %). Yang kita bahas ini hanya peluang alias probabilitas… Kalau kita melempar uang receh sebanyak 16 kali, belum tentu muncul 2 gambar dan 2 tulisan sebanyak 6 kali. Tapi kalau kita melempar uang receh sebanyak ribuan kali, peluang munculnya 2 gambar dan 2 tulisan bisa mendekati 37,5 %. Sebaiknya dibuktikan saja… Silahkan melempar empat uang receh seratus rupiah sebanyak 100 kali (1000 kali kalau

mampu ). Catat data yang diperoleh dalam satu kali lemparan… Setelah melempar uang receh sebanyak 100 kali, dirimu akan menemukan bahwa 2 gambar dan 2 tulisan paling sering muncul. Semakin banyak jumlah lemparan, peluang munculnya 2 gambar dan 2 tulisan mendekati 37,5 % dari total jumlah lemparan.

Sebelumnya kita hanya meninjau 4 uang receh. Apabila kita menambah jumlah uang receh maka jumlah keadaan mikroskopis semakin banyak. Misalnya kita punya 100 uang receh… Dalam sekali lemparan, terdapat 2100 = 1,27 x 1030 keadaan mikroskopis yang mungkin… Peluang yang paling besar adalah muncul 50 gambar dan 50 tulisan (Terdapat 1,01 x 1029 keadaan mikroskopis yang mungkin dari total 1,27 x 1030 keadaan mikroskopis). Sebaliknya peluang yang paling kecil adalah muncul 100 gambar atau 100 tulisan (Masing-masing hanya memiliki 1 keadaan mikroskopis yang mungkin dari total 1,27 x 1030 keadaan mikroskopis). Sangat kecil dan nyaris tidak mungkin… Jika uang receh kita sebanyak 1000 keping, peluang munculnya 1000 gambar atau 1000 tulisan tentu saja semakin kecil dan semakin tidak mungkin.

Untuk menghubungkan dengan konsep entropi, kita bisa menganggap semua gambar atau semua tulisan merupakan susunan yang teratur, sedangkan separuh gambar dan separuh tulisan merupakan susunan yang tidak teratur. Semakin banyak jumlah uang receh, probabilitas atau peluang untuk mendapatkan susunan yang teratur (semua gambar atau semua tulisan) menjadi semakin kecil dan nyaris tidak mungkin… Sebaliknya susunan yang tidak teratur (separuh gambar dan separuh tulisan) memiliki probabilitas atau peluang yang jauh lebih besar. Dari hasil ini tampak bahwa ketidakteraturan berkaitan erat dengan probabilitas. Keadaan yang paling mungkin adalah keadaan yang tidak teratur, sedangkan keadaan yang nyaris tidak mungkin adalah keadaan yang teratur.

Pernyataan umum hukum kedua termodinamika yang telah kita bahas sebelumnya mengatakan bahwa entropi atau ketidakteraturan selalu bertambah pada setiap proses ireversibel. Pernyataan hukum kedua termodinamika ini bisa kita pahami sebagai pernyataan probabilitas. Artinya setiap proses yang terjadi di alam semesta adalah proses yang memiliki probabilitas atau peluang yang paling besar. Hukum kedua termodinamika tidak melarang penurunan entropi pada setiap proses ireversibel, tetapi peluangnya sangat kecil bahkan nyaris tidak mungkin terjadi. Sebaliknya bertambahnya entropi memiliki peluang yang jauh lebih besar. Jumlah uang receh yang kita tinjau sebelumnya cuma 100… dalam kenyataannya dalam satu mol saja terdapat 6,02 x 1023 molekul… ini jumlah yang sangat besar. Keadaan mikroskopis yang mungkin dari jumlah ini tentu saja sangat besar, sehingga keteraturan memiliki peluang yang sangat kecil dan nyaris tidak mungkin…

Kalau kita menjatuhkan gelas ke lantai, serpihan-serpihan gelas yang tercecer di lantai bisa saja berkumpul lagi dan membentuk gelas hingga utuh seperti semula. Tetapi peluang kejadiannya sangat kecil sehingga tidak mungkin terjadi…  ketika gelas masih utuh, posisi molekul-molekul lebih teratur. Ketika gelas jatuh hingga pecah sehingga serpihan-serpihan gelas tercecer di tanah, posisi molekul menjadi tidak teratur. Peluang untuk kembali ke posisi yang teratur sangat kecil sehingga mengharapkan bahwa molekul-molekul gelas tersebut ngumpul lagi adalah sesuatu yang mustahil. Apabila kita menyentuhkan benda panas dan benda dingin, kalor akan mengalir dengan sendirinya dari benda panas menuju benda dingin… benda panas memiliki molekul-molekul yang bergerak secara acak dan cepat, sebaliknya gerakan molekul-molekul penyusun benda dingin tidak terlalu cepat. Peluang molekul-molekul yang bergerak cepat tersebut untuk numbuk temannya atau nyebrang ke benda dingin jauh lebih besar daripada peluang

molekul-molekul yang gerakannya lambat… siapa cepat dia dapat kalor bisa saja berpindah dari benda dingin ke benda panas, tetapi peluang kejadiannya jauh lebih kecil. Kelereng biru dan merah pada ilustrasi di atas bisa saja kembali ke susunannya semula yang teratur. Tetapi peluang untuk kembali ke susunan yang teratur jauh lebih kecil. Susunan yang tidak teratur memiliki peluang yang jauh lebih besar. Demikian juga dengan pemuaian bebas yang dialami oleh gas dalam sebuah wadah tertutup. Wadah memiliki dua ruang, di mana kedua ruang dipisahkan oleh pembatas. Mula-mula gas berada dalam ruang sebelah kiri. Ketika pembatas dilepas, molekul-molekul gas akan berbondong-bondong nyebrang ke ruang sebelah kanan. Ruang sebelah kanan kosong, sedangkan ruang sebelah kiri berisi molekul-molekul yang sedang bergerak secara acak.

Ketka pembatas di buka, molekul-molekul tersebut mempunyai peluang yang besar untuk nyebrang ke ruang kosong. Setelah molekul-molekul tersebut memenuhi seluruh volume wadah yang punya dua ruang tadi, mungkinkah semua molekul-molekul tersebut mengisi kembali ruang sebelah kiri ? bisa terjadi tetapi kemungkinannya sangat kecil. Dalam satu mol saja terdapat 6,02 x 1023 molekul… peluang yang mungkin bahwa semua molekul berada di ruang sebelah kiri adalah 1 dari jutaan kemungkinan yang ada. Satu berbanding jutaan adalah peluang sangat kecil dan nyaris mustahil…

Dari uraian panjang lebar dan bertele-tele sebelumnya, tampak bahwa hukum kedua termodinamika mengatakan kepada kita bahwa setiap proses yang terjadi di alam semesta adalah proses yang paling mungkin terjadi. Arah di mana proses di alam terjadi (menuju entropi yang tinggi) ditentukan oleh peluang atau probabilitas… ketidakteraturan memiliki probabilitas yang jauh lebih besar sehingga lebih mungkin terjadi…

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 ngumpul 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…

Hukum ketiga TermodinamikaHukum 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.

Usaha LuarUsaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.W = pMateri yang sudah dibahas (coba jelaskan )

1. Proses proses pada gas: isotermis, isobarik, isokorik, adiabatic2. Grafik hubungan antara tekanan gas dan volume gas (grafik p-V) untuk berbagai

proses.

3. hubungan antara jumlah mol-jumlah partikel , dengan N = jumlah

partikel, n=jumlah mol, dan NA=bilangan Avogadro =6,022.1023 molekul/mol

4. hubungan antara jumlah mol-massa zat dengan m=massa zat (gram), M=massa molekul atau massa atom (gram/mol)

5. persamaan gas ideal dengan p=tekanan gas (pascal), V=volum gas (m3), n=jumlah mol (mol), R= konstanta gas umum =8,314 J mol -1K-1, T=suhu mutlak gas (K)

6. energi dalam gas monoatomik = , gas diatomic

7. hubungan antara perubahan energi dalam dengan perubahan suhu gas

monoatomik dan gas diatomic

Usaha yang dilakukan gas pada berbagai prosesUsaha yang dilakukan gas yang mengalami proses isobaric

W = p = p( )

W = Usaha…joulep = tekanan…paskal

= volume awal…m3

= volume akhir…m3

Usaha yang dilakukan gas yang mengalami proses isokhorikW = 0

Usaha yang dilakukan gas yang mengalami proses isotermik

W = nRT ln

Usaha yang dilakukan gas yang mengalami proses adiabatic

Gas monoatomik W= nR( )

Gas diatomic W = nR( )

Contoh soalSuatu gas dalam wadah yang memiliki volum 2 m dan tekanan 4 atm. Hitung usaha yang dilakukan gas jikaa. gas memuai pada tekanan tetap sehingga volumnya menjadi 4 m

b. gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga volumnya menjadi 0,5 mMenghitung Usaha yang dilakukan gas dari grafik p-VJika grafik p-V diketahui maka usaha yang dilakukan dapat dihitung dengan cara menghitung luas daerah di bawah grafik tersebut

Contoh Soal

Perhatikan grafik p-V di samping. Jika V =0,5 m3, V =2 m3, p1 =

4.105 Pa, p2=2.105 Pa, berapa usaha yang dilakukan gas tersebut?

Penyelesaian:Usaha dapat ditentukan dengan cara menghitung luas daerah di bawah grafik p-V. Karena gas memuai (proses ke kanan ) maka usaha bernilai positip.W = luas trapezium

=1/2x jumlah sisi sejajar x tinggi=1/2.(4+2).105.(2-0,5)= 4,5.105 joule

Menghitung usaha yang dilakukan gas yang mengalami proses siklusJika gas mengalami proses siklus A-B-C-D-A, maka usaha yang dilakukan selama satu siklus tersebut sama dengan luas siklus.W = luas bidang ABCD

Contoh SoalHitunglah usaha yang dilakukan jika gas melakukan proses A-B-C seperti terlihat pada grafik p-V di bawah ini.

Penyelesaian:Usaha = luas siklusW = luas segitigaW = ½ x alas x tinggiW = ½ (4-0,5)(450000-200000)W =½ x3,5x250000

W = 437500 J

HUKUM I TERMODINAMIKAKalor yang diserap system, sebagian digunakan untuk menaikkan energi dalam dan sisanya untuk melakukan usaha luar

kalor yang diserap system…joule= kenaikan energi dalam system…jouleusaha yang dilakukan system…joule

CatatanSistem menyerap kalorSystem melepas kalorSuhu system naikSuhu system turunSistem memuaiSystem menyusutContoh SoalGas dalam suatu ruangan tertutup menyerap kalor 2500 joule dan dalam waktu yang bersamaan melakukan usaha sebesar 3000 joule. Berapa perubahan energi dalamnya, bagaimana suhu gas itu setelah proses?PenyelesaianQ = 2500 J, W = 3000 JQ =U + W2500 = U + 3000U =-500 JU = negative suhu turunPenerapan Hukum I termodinamika pada berbagai proses gas

1. Proses isotermis suhu tetap tidak ada perubahan energi dalam U = 0 Q = W (kalor yang diserap seluruhnya digunakan untuk melakukan usaha)

2. Proses isobaris Q = U + W3. Proses isokhorik volume tetap tidak melakukan usaha W = 0 Q =U

( kalor yang diserap hanya digunakan untuk menaikkan energi dalam gas )

4. Proses adiabatik Q = 0 U + W = 0 W = -U (usaha yang dilakukan gas sama dengan penurunan energi dalam gas)

Latihan Soal (Tugas I)1. Dalam suatu wadah yang tertutup terdapat 2,5 mol gas oksigen. Hitunglah

banyaknya molekul gas oksigen tersebut.2. Tabung gas yang volumnya 200 liter berisi 1,5 mol gas hydrogen yang bersuhu

270C. Berapa tekanan gas hydrogen tersebut.3. Gas ideal dalam ruangan tertutup volumnya 0,5 m3, bertekanan 300.000 Pa, dan

bersuhu 470C, kemudian memuai secara isotermis hingga volumnya menjadi 2m3. Berapa usaha yang dilakukan gas tersebut? Berapa pula kalor yang diserap gas itu?

4. Gas helium dalam silinder yang tertutup piston melepas kalor 1000 joule, dan dalam waktu yang bersamaan melakukan usaha sebesar 2400 joule. Berapa perubahan energi dalamnya? Bagaimana suhu gas helium itu?

5. Ketika usaha 2000 J diberikan secara adiabatic untuk memampatkan ½ mol gas ideal mono atomik, suhu mutlaknya menjadi dua kali semula. Tentukan suhu awal gas. R = 8,31 J/(mol K)

6. Suatu system termodinamika menjalankan suatu proses di mana energi dalamnya berkurang sebesar 500 J dan serentak usaha sebesar 180 J dikerjakan pada system. Hitung banyaknya kalor yang terlibat pada proses tersebut. Apakah kalor tersebut masuk ke dalam atau keluar dari system?

Siklus CarnotSiklus Carnot adalah siklus mesin kalor ideal, terdiri dari dua proses isothermal dan dua proses adiabatic A-B pemuaian secara isothermal system menyerap kalor Q1

B-C pemuaian secara adiabaticC-D pemampatan secara isothermal system melepas kalor Q2

D-A pemampatan adiabaticKarena proses kembali ke keadaan awal, berarti suhu system dalam satu siklus tidak berubah, tidak terjadi perubahan energi dalam (U = 0). Penerapan hukum I termodinamika pada siklus Carnot menjadi

Q =U + WQ1 – Q2 = 0 + WW = Q1 – Q2

W = usaha yang dilakukan mesinQ1 = kalor yang diserap dari sumber kalor bersuhu tinggi T1

Q2 = kalor yang dilepas ke sumber kalor suhu rendah T2

Efisiensi mesin kalorEfisiensi suatu mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan (output) dengan kalor yang diserap mesin (input)

=

= efisiensi mesinW = usaha (kerja) yang dilakukan mesin (output)Q1 = kalor yang diserap mesin (input)

Karena W = Q1 – Q2 maka

=

Untuk mesin Carnot Q2/Q1 = T2/T1 maka efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan dengan

=

= efisiensi mesin carnot (efisiensi maksimum mesin kalor)T1 = suhu mutlak reservoir suhu tinggi…KT2 = suhu mutlak reservoir suhu rendah…KContoh soalSebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu 6890C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 3970C. Berapa efisiensi maksimum mesin kalor itu?PenyelesaianT1 = 689 + 273 = 962 KT2 = 397 + 273 = 660 KEfisiensi maksimum (efisiensi mesin carnot )

= =

Bagaimana caranya menaikkan efisiensi mesin carnot?Untuk menaikkan efisiensi mesin carnot caranya yaitu dengan menaikkan suhu reservoir (sumber kalor) suhu tinggi (T1) Contoh soalSebuah mesin Carrnot yang menggunakan sumber suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi 20%. Untuk menaikkan efisiensi menjadi 36%, berapakah suhu sumber tinggi harus dinaikkan?Jawab:Hitung dahulu suhu sumber rendah T2 dari data awal =20%=0,2, suhu tinggi T1= 800 K = 1 - T2/T1 0,2 = 1 – T2/800 T2/800 = 0,8 T2 = 640 KSekarang hitung suhu sumber tinggi yang baru T1’ untuk mendapatkan efisiensi ’ = 36% =0,36, dengan asumsi suhu sumber rendah tetapT2 =640 K.’ = 1 - T2/T1’ 0,36 = 1 -640/T1’ 640/T1’ = 0,64T1’ = 1000 KLatihan soal (Tugas II)

1. Dalam satu siklus, sebuah mesin Carnot mengambil kalor sebanyak 350 J dari sumber bersuhu 580 K dan melepaskan kalor ke sumber bersuhu 300 K. (a). Berapa efisiensi mesin itu? (b). berapa usaha yang dilakukan tiap satu siklus?

2. Sebuah mesin Carnot bekerja diantara dua sumber panas 4870C dan sumber dingin 1070C. Jika mesin tersebut menyerap kalor 800 J dari sumber panas, berapa jumlah kalor yang dibuang dari mesin?

3. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan sumber suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%, Berapakah suhu sumber tinggi harus dinaikkan agar efisiensinya naik menjadi 50%?