Proses Reversible dan Irreversible
22.3 Proses Reversible dan irreversible
Pada bagian berikutnya, kita akan membahas mesin kalor teoritis yang mungkin
paling efisien. Untuk memahami sifatnya, kita harus terlebih dahulu meneliti
makna proses reversible dan irreversible. Dalam proses reversible, sistem menlintasani proses yang dapat
dikembalikan ke kondisi awal sepanjang lintasan yang sama pada diagram PV, dan
setiap titik di sepanjang lintasan ini dalam keadaan setimbang.
Sebuah proses yang tidak memenuhi persyaratan tersebut adalah irreversible.
Semua proses alami yang dikenal merupakan proses irreversible. Mari
kita mengkaji
pemuaian adiabatik bebas dari gas, yang sudah dibahas dalam
Bagian 20.6, dan menunjukkan bahwa hal itu tidak dapat reversible.
Pertimbangkan gas dalam wadah termal terisolasi seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 22.7. Membran memisahkan gas dari ruang hampa. Ketika membran ditusuk,
gas mengembang bebas ke vakum. Sebagai hasil dari tusukan, sistem telah berubah
karena menempati volume yang lebih besar setelah pemuaian. Karena gas tidak
mengerahkan gaya selama perpindahan, ia tidak
melakukan usaha pada lingkungan ketika mengembang. Selain itu, tidak ada energi
yang ditransfer ke atau dari gas oleh kalor karena wadah terisolasi dari
lingkungannya. Oleh karena itu, dalam proses adiabatik,
sistem telah berubah tapi lingkungan tidak.
Untuk proses ini menjadi reversible, kita harus mengembalikan
gas ke volume dan suhu aslinya tanpa mengubah lingkungan. Bayangkan mencoba
untuk membalikkan proses dengan memanpatkan gas ke
volume aslinya. Untuk melakukannya, kita ganti wadah dengan piston
dan menggunakan mesin untuk memaksa piston ke dalam. Selama proses ini,
lingkungan berubah karena usaha yang sedang dilakukan oleh pelaku dari luar terhadap sistem. Selain itu, sistem berubah karena tekanan meningkatkan temperatur gas. Suhu gas dapat diturunkan dengan membiarkan
gas kontak dengan reservoir energi eksternal. Meskipun langkah ini
mengembalikan gas ke kondisi aslinya, lingkungan lagi yang
terpengaruh karena energi yang ditambahkan ke lingkungan dari gas. Jika energi
ini dapat digunakan untuk menggerakkan mesin yang memanpatkan gas, transfer energi total ke lingkungan akan menjadi
nol. Dengan cara ini, sistem dan sekitarnya bisa dikembalikan ke kondisi awal
mereka dan kita bisa mengidentifikasi sebagai proses reversible. Pernyataan
Kelvin-Planck dari hukum kedua, bagaimanapun, menentukan bahwa energi
dikeluarkan dari gas mengembalikan suhu ke nilai aslinya tidak dapat sepenuhnya
diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk usaha yang dilakukan oleh mesin
dalam memampatkan gas. Oleh karena itu, kita harus menyimpulkan bahwa proses irreversible.
Kita juga bisa berpendapat bahwa pemuaian bebas adiabatik merupakan proses irreversible dengan mengandalkan bagian dari definisi proses reversible
yang mengacu pada keadaan ekuilibrium. Sebagai contoh, selama pemuaian (pemuaian) mendadak, variasi yang signifikan dalam tekanan terjadi di seluruh
gas. Oleh karena itu, tidak ada nilai yang jelas dari tekanan untuk seluruh
sistem pada setiap saat antara keadaan awal dan akhir. Kenyataannya, proses bahkan tidak dapat direpresentasikan sebagai sebuah lintasan pada diagram PV. Diagram PV untuk pemuaian bebas adiabatik
akan menunjukkan kondisi awal dan akhir sebagai titik, tetapi titik-titik ini
tidak akan dihubungkan oleh lintasan. Oleh karena itu, karena kondisi penengah
antara keadaan awal dan akhir tidak menyatakan keseimbangan, proses irreversible.
Meskipun semua proses nyata bersifat irreversible,
beberapa
diantaranya hampir reversible. Jika proses nyata terjadi
sangat lambat sehingga sistem selalu sangat mendekati keadaan setimbang, proses
dapat diperkirakan sebagai proses reversible.
Misalkan gas dimampatkan secara isotermal dalam sebuah susunan piston silinder dimana gas berada dalam kontak termal dengan
cadangan energi dan kita terus mentransfer
energi yang
cukup dari gas ke reservoir untuk menjaga suhu konstan.
Sebagai contoh, bayangkan bahwa gas yang dimampatkan sangat lambat dengan
menjatuhkan butiran pasir ke sebuah piston gesekan seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 22.8. Ketika setiap butir tanah pada piston dan menekan gas dalam jumlah kecil, sistem menyimpang dari keadaan setimbang,
namun sangat dekat dengan salah satu yang mencapai keadaan keseimbangan baru
dalam interval waktu yang relatif singkat. Setiap butir yang ditambahkan
merupakan perubahan ke keadaan keseimbangan baru, namun perbedaan antara keadaan
sangat kecil bahwa seluruh proses dapat diperkirakan terjadi melalui keadaan
keseimbangan terus menerus. Proses ini dapat dibalik dengan perlahan-lahan
menghilangkan
butiran dari piston.
Karakteristik umum dari proses reversible adalah bahwa tidak ada efek
disipatif (seperti turbulensi atau gesekan) yang mengubah energi mekanik
menjadi energi internal. Akibat dapat mungkin untuk
menghilangkan sepenuhnya. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa proses riil
di alam merupakan
proses irreversible (Serway, 2010:631-632).
Post a comment for "Proses Reversible dan Irreversible"