Menurut Kelvin, perbandingan temperatur dua reservoir akan sama dengan perbandingan kalornya;
=
Dengan demikian, efisiensi mesin Carnot dapat diungkapkan dalam bentuk :
η = 1 - 4
c. Mesin Pendingin
Saripudin, 2009 Prinsip kerja mesin pendingin atau lemari es berkebalikan dengan mesin kalor. Mesin pendingin
menyerap kalor dari reservoir dingin Q
2
. Kompresor melakukan usaha mekanik W untuk membuang kalor ke
reservoir panas. Dalam kasus ini juga berlaku persamaan Q
1
= W + Q
2
atau W = Q
1
– Q
2
5 Jika mesin kalor menghasilkan kerja positif, pada mesin
pendingin terjadi sebaliknya; mesin pendingin menghasilkan kerja negatif. Mesin pendingin dapat berupa refrigerator
maupun AC air conditioner. Tujuan setiap mesin pendingin adalah mengambil sebanyak
mungkin kalor dari reservoir dingin Q
2
dengan kerja W sekecil mungkin. Jadi, dalam hal ini outputnya adalah kalor
dari reservoir dingin, sedangkan inputnya adalah kerja W.
Kerja yang diperlukan dapat diperoleh dari energi listrik yang kita bayar setiap bulan. Kita perlu memilih mesin pendingin
yang efisien agar kita dapat mengehemat biaya listrik. Tingkat efektivitas mesin pendingin dinyatakan dengan
koefisien kerja K. Untuk sejumlah kerja W yang diberikan untuk mengalirkan kalor sebanyak Q
c
dari reservoir dingin, koefisien kinerjanya dirumuskan dengan
K = 6
atau K
= atau
K
=
7 Pada lemari pendingin refrigerator, reservoir dinginnya
adalah ruang di dalam refrigerator, sedangkan reservoir panasnya adalah ruang di luar refrigerator. Kalor dari reservoir
dingin Q
2
adalah kalor dari bahan makanan atau benda di dalam lemari pendingin yang akan dikeluarkan. Kalor pada
reservoir panasnya Q
1
adalah kalor yang dilepas ke udara di luar lemari pendingin. Kerja W diperoleh dari energi listrik.
d. Entropi
Foster, 2011: 199 Hukum II Termodinamika dinyatakan dalam bentuk entropi:
“Total entropi jagat raya tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel
” Proses termodinamika yang berlangsung secara alami
seluruhnya adalah proses ireversibel. Proses ireversibel
adalah proses yang berlangsung secara spontan ke satu arah, tetapi tidak ke arah sebaliknya. Aliran kalor dari benda panas
ke benda dingin adalah ireversibel. Buku yang meluncur di meja mengubah energi mekanik menjadi kalor melalui
gesekan. Proses ini ireversibel karena proses yang sebaliknya tidak pernah terjadi buku yang semula diam di meja tiba-tiba
meluncur dan buku serta meja menjadi dingin kembali. Selain proses ireversibel, terdapat juga proses ideal yang
dapat berlangsung secara bolak-balik yang disebut proses reversibel
, yaitu perubahan keadaan apapun yang dapat terjadi dapat dibalik dibuat berlangsung pada arah sebaliknya hanya
dengan membuat perubahan sangat kecil pada sistem. Contoh proses reversibel adalah kalor yang mengalir diantara dua
benda dengan perbedaan suhu yang sangat kecil. Proses ini dapat dibalik hanya dengan membuat perubahan sangat kecil
pada salah satu suhu atau yang lainnya. Aliran panas ireversibel menaikkan ketidakteraturan karena
molekul yang pada awalnya tersusun pada daerah panas dan dingin menjadi hilang karena sistem mencapai keseimbangan
termal. Penambahan panas dalam suatu benda akan meningkatkan ketidakteraturannya karena akan menambah
kecepatan molekul rata-rata serta keacakan gerakan molekul. Entropi
adalah suatu
ukuran kuantitatif
dari ketidakteraturan. Untuk mengenal konsep ini, tinjau suatu
ekspansi pemuaian isotermal yang sangat kecil pada gas ideal. Kita tambahkan panas dQ dan kita biarkan gas
berekspansi secukupnya untuk menjaga suhu agar konstan. Karena energi dalam suatu gas ideal hanya bergantung pada
suhu, maka energi dalam juga akan konstan. Dari hukum pertama, dW yang dilakukan gas setara dengan panas dQ yang
ditambahkan, yaitu : dQ
= dW = p dV = dV
maka :
=
Gas berada dalam keadaan lebih tidak teratur setelah berekspansi karena molekul bergerak dalam volume yang lebih
besar dan memiliki keacakan posisi. Fraksi perubahan volume dVV
adalah ukuran naiknya ketidakteraturan dan persamaan di atas menunjukkan bahwa hal itu berbanding lurus dengan
dQT. Kita memakai lambang S untuk entropi sistem dan
mendefinisikan perubahan entropi yang sangat kecil dS selama
proses reversibel yang sangat kecil pada suhu T sebagai berikut
dS =
8 Jika jumlah panas total Q ditambahkan selama proses isotermal
reversibel pada suhu mutlak T, perubahan entropi total ∆S = S
2
– S
1
dinyatakan dengan ∆S = S
2
– S
1
= 9
E. Penelitian yang Relevan
