Keteraturan Menjadi Ketidakteraturan

Konsep entropi mungkin tampak agak abstrak. Untuk mendapatkan rasa konsep entropi tersebut, dapat dihubungkan dengan konsep keteraturan dan ketidakteraturan. Pada kenyataannya, entropi sistem dapat dianggap sebagai ukuran ketidakteraturan sistem. Maka, hukum termodinamika kedua dapat dinyatakan dengan sederhana sebagai: Proses Alamiah Cenderung Menuju Keadaan yang Lebih Tidak Teratur.

Apa yang tepatnya dimaksud dengan ketidakteraturan mungkin tidak selalu jelas, sehingga sekarang dapat dilihat beberapa contoh. Beberapa diantaranya akan menunjukkan bagaimana pernyataan yang sangat umum mengenai hukum kedua ini berlaku di luar batas apa yang biasanya dianggap termodinamika.

Sebuah botol yang berisi lapisan terpisah dari garam dan marica lebih teratur dari saat ketika garam dan marica dicampur. Pengocokan botol yang berisi lapisan-lapisan yang berbeda akan menghasilkan campuran, dan tidak peduli berapa lama dikocok ulang, lapisan-lapisan tersebut tidak akan kembali. Proses alami adalah dari keadaan teratur yang relatif (lapisan-lapisan) menjadi ketidakteraturan yang relatif (campuran). Yaitu, ketidakteraturan bertambah. Dengan cara yang sama, cangkir kopi yang padat merupakan benda yang lebih “teratur” dari potongan-potongan cangkir yang pecah. Cangkir pecah ketika jatuh, tetapi tidak langsung memperbaiki diri sendiri lagi. Kembali, urutan normal peristiwa merupakan penambahan ketidakteraturan.

Ketika sebuah benda yang panas disentuhkan dengan benda yang dingin, kalor mengalir dari temperatur tinggi ke rendah sampai kedua benda mencapai temperatur pertengahan yang sama. Di awal proses bisa dibedakan dua kelas molekul: yang mempunyai energi kinetik rata-rata yang tinggi dan yang rendah. Setelah proses, semua molekul berada dalam kelas yang sama dengan energi kinetik rata-rata yang sama, dan tidak lagi memiliki keteraturan susunan molekul dengan dua kelas. Keteraturan telah menjadi ketidakteraturan. Lebih jauh lagi, perhatikan bahwa benda-benda terpisah yang panas dan dingin dapat berlaku seperti daerah temperatur panas dan dingin pada mesin kalor, dan dengan demikian dapat digunakan untuk mendapatkan kerja yang berguna. Tetapi begitu dua benda disentuhkan dan mencapai temperatur yang sama, tidak ada kerja yang bisa didapat. Ketidakteraturan telah bertambah, karena sistem yang memiliki kemampuan untuk melakukan kerja tentunya harus dianggap mempunyai keteraturan yang lebih tinggi dari sistem yang tidak lagi bisa melakukan kerja.

Contoh-contoh ini mengilustrasikan konsep umum bahwa penambahan entropi berhubungan dengan penambahan ketidakteraturan. Pada umumnya, dihubungkan ketidakteraturan dengan keadaan acak: garam dan marica dalam bentuk lapisan, lebih teratur dari campuran yang acak; tumpukan halaman yang diberi nomor dan rapi lebih teratur dari lembar-lembar yang berserakan secara acak dilantai. Dapat juga dikatakan bahwa susunan yang lebih teratur adalah susunan yang membutuhkan lebih banyak informasi untuk menyatakan atau mengklasifikasikannya. Ketika kita memiliki satu benda yang panas dan satu yang dingin, kita mempunyai dua kelas molekul dan dua macam informasi. Ketika garam dan marica dicampur, hanya ada satu kelas (yang serba sama); ketika dalam lapisan-lapisan, ada dua kelas. Dengan pemikiran ini, informasi dihubungkan dengan keteraturan, atau entropi yang rendah. Hal ini merupakan dasar dimana bidang modern tentang teori informasi dibangun.

Contoh yang lain adalah mengenai batu yang jatuh ke tanah, mengenai energi kinetiknya yang diubah menjadi energi thermal. (kita perhatikan bahwa keadaan sebaliknya tidak pernah terjadi: sebuah batu tidak pernah menyerap energi thermal dan kemudian terbang dengan sendiriya). Ini merupakan contoh lain dari keteraturan yang berubah menjadi ketidakteraturan. Karena walaupun energi thermal dihubungkan dengan gerak acak yang tidak teratur dai molekul-molekul, molekul-molekul pada batu yang jatuh semuanya memiliki kecapatan ke bawah yang sama sebagai tambahan atas kecepatan acak mereka sendiri. Dengan demikian, energi kinetik batu yang lebih teratur diubah menjadi energi thermal yang tidak teratur ketika menimpa tanah. Ketidakteratudan dalam proses ini bertambah, sebagaimana pada semua proses yang terjadi pada alam.

Referensi:

Giancoli, C.Douglas. 1998. Fisika Dasar I. Erlangga: Jakarta.

Zemansky, Mark W. dan Richard H. Dittman. 1986. Kalor dan Termodinamika. ITB: Bandung

Reynolds, W.C., dan H.C.Perkins. 1977. Engineering Thermodinamics. McGraw-Hill Book Company: New York.

Baca Lainnya:
Entropi
Tidak Tersedianya Energi; Kematian Kalor