Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika Pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa sebuah kolam tidak membeku di musim panas. Jika sebuah benda panas berinteraksi dengan benda dingin, maka tak terjadi bahwa benda panas tersebut semakin panas dan benda dingin semakin dingin, meskipun proses-proses tersebut tidaklah melanggar hukum kekekalan energi yang dinyatakan sebagai hukum pertama termodinamika. Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, �Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi". Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut. Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar". Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar. Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2". Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): S = k log w dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati. Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2): W1 = c V dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3): w = w1N = (cV)N. Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar. Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin. Mengapa manusia dapat beroperasi pada suhu tubuh 37 c ? Selama ini banyak orang menganggap suhu tubuh normal manusia berada pada titik 37 derajat Celcius. Benar, rata-rata suhu tubuh normal manusia memang berada pada kisaran tersebut. Tapi kenyataannya suhu tubuh normal tidak selalu pada titik 37 derajat Celcius. Suhu tubuh yang normal bisa berada di antara 36,5-37,2 derajat Celcius.Suhu tubuh normal bisa berubah sepanjang hari. Aktivitas yang Anda lakukan sehari-hari juga bisa memengaruhi suhu tubuh. Biasanya, suhu akan naik hingga 0,6 derajat Celcius sepanjang hari. Contohnya, ketika Anda berolahraga di hari yang panas maka suhu tubuh dapat naik 0,6 derajat Celcius. Suhu tubuh normal juga bisa berbeda, entah lebih tinggi atau lebih rendah, ketika seorang wanita berovulasi atau saat siklus menstruasi. Suhu tubuh rendah Suhu tubuh rendah bisa disebut sebagai hipotermia. Suhu tubuh yang terlalu rendah dapat mengancam jiwa karena memperlambat sistem kerja saraf dan berujung pada kegagalan fungsi organ jantung dan pernapasan, serta kematian.Seseorang dikatakan mengalami hipotermia jika suhu tubuh berada di bawah 35 derajat Celcius, ketika tubuh kehilangan panas lebih cepat dari menghasilkannya. Kondisi ini terjadi ketika seseorang terkena paparan cuaca dingin seperti terlalu lama berada di tempat dingin, tidak memakai pakaian hangat saat di tempat dingin, atau terjatuh ke dalam air yang sangat dingin. Pada orang dewasa, gejala yang akan dirasakan antara lain menggigil, bicara tidak jelas, pernapasan yang pendek dan pelan, serta perlahan-lahan hilang kesadaran. Sementara gejala yang terjadi pada bayi adalah kulit dingin dan berwarna merah. Suhu tubuh tinggi Hipertermia adalah kondisi ketika suhu tubuh berada pada titik lebih dari 40 derajat Celcius. Hipertermia terjadi ketika tubuh gagal mengatur suhu sehingga suhu tubuh pun terus meningkat. Sengatan panas akan dirasakan oleh pengidap hipertemia.Demam berbeda dari hipertermia. Seseorang dikatakan mengalami demam ketika suhu tubuhnya berada di atas 37,5 derajat Celcius dan bisa kembali ke titik suhu normal ketika Anda mengonsumsi obat penurun panas, seperti aspirin atau paracetamol. Demam adalah peningkatan suhu tubuh dalam tingkat yang sepenuhnya terkendali oleh sistem pengaturan suhu tubuh, sedangkan hipertermia adalah meningkatnya suhu tubuh di luar kendali sistem tersebut.Sengatan panas umumnya berkembang ketika seseorang berada di lingkungan yang panas dan tubuh tidak mampu mendinginkan diri secara efektif.Suhu tubuh yang tinggi dan berkelanjutan dapat menyebabkan dehidrasi parah dan merusak organ tubuh secara permanen, seperti otak. Oleh karena itu, kondisi ini memerlukan penanganan medis secepatnya. Kebanyakan orang menganggap suhu tubuh normal manusia sudah pasti harus berada di angka 37ºC. Namun, konsep ini agak menyesatkan dan telah dibantah oleh banyak studi medis. Sebuah studi yang diterbitkan bertahun-tahun yang lalu di Journal of American Medical Association menemukan suhu normal rata-rata untuk orang dewasa adalah 36,7°C, bukannya pas 37°C. Secara umum, dunia medis menyepakati bahwa suhu tubuh normal berkisar antara 36,1°C sampai 37,2°C. Meski standar tersebut juga akan banyak bergantung pada: Kondisi fisik orang tersebut. Usia. Aktivitas apa saja yang telah mereka lakukan. Waktu di hari tersebut. Bagian mana dari tubuh Anda yang diukur suhunya — Misalnya, pembacaan suhu dari ketiak biasanya menunjukkan 0.5°C lebih rendah dari suhu inti tubuh. Sementara itu, suhu tubuh cenderung menurun seiring bertambahnya usia. Satu studi milik para periset di Rumah Sakit Universitas Winthrop di New York menemukan bahwa orang lanjut usia memiliki suhu tubuh normal yang lebih rendah daripada “standar” di atas. Dari 150 orang lanjut usia dengan usia rata-rata sekitar 81 tahun, periset menemukan bahwa suhu rata-rata tubuh mereka tidak pernah mencapai 37°C. Temuan ini menunjukkan bahwa bahkan ketika lansia sakit sekalipun, suhu tubuh mereka mungkin tidak naik hingga mencapai suhu yang dikenali orang sebagai demam (lebih dari 37ºC). Di sisi lain, suhu tubuh yang terlalu rendah (di bawah 35ºC) pada umumnya menjadi pertanda penyakit tertentu. Dengan demikian, batasan suhu tubuh agar bisa dibilang demam juga akan berbeda untuk setiap orang berdasarkan waktu di hari tersebut. Intinya adalah, untuk bisa mengetahui suhu tubuh normal seseorang, setiap variasi faktornya harus ikut diperhitungkan. Tubuh mengubah suhunya untuk menyesuaikan diri dengan perubahan di sekitar. Anda akan berkeringat saat berada di lingkungan yang panas untuk membantu menjaga tubuh tetap dingin. Di sisi lain, tubuh Anda akan berusaha membuatnya tetap hangat saat suhu di sekitar Anda rendah. Untuk melakukan itu, otak akan mengirim sinyal ke seluruh tubuh agar memasok lebih banyak darah dari pembuluh kapiler menuju bagian tubuh yang hangat. Respon ini akan membuat Anda gemetar menggigil. Menggigil bisa menghasilkan panas sehingga tubuh Anda bisa menjaga suhu tubuhnya. Suhu tubuh juga bisa mengalami perubahan saat Anda merokok, minum alkohol, dan bahkan saat Anda berbohong. Berikut adalah beberapa alasan umum lainnya di balik naik-turunnya suhu tubuh normal: 1. Pertumbuhan badan Suhu tubuh yang naik-turun umum dialami oleh bayi. Alasannya tak lain dan tak bukan adalah karena mereka masih berada dalam masa tumbuh kembangnya, sehingga sistem internal tubuh belum mencapai fungsi yang paling optimalnya. Suhu tubuh bayi bisa meningkat dalam beberapa hari kelahiran tapi akan turun sedikit saat bayi sampai usia pertengahan. 2. Perubahan hormon Suhu tubuh sangat sensitif terhadap kadar hormon. Jadi, suhu seorang wanita mungkin lebih tinggi atau lebih rendah saat berovulasi atau mengalami menstruasi. Hal yang sama akan terjadi setelah menopause. Sebaliknya, perubahan metabolisme selama kehamilan menyebabkan peningkatan suhu tubuh. 3. Ritme sirkadian Suhu tubuh mungkin berubah-ubah mengikuti perubahan jam biologis (ritme sirkadian) tubuh. Suhu tubuh terendah biasanya terjadi di 2 jam terakhir sebelum Anda bangun. Anda juga bisa merasa lebih dingin pada waktu-waktu tertentu terlepas dari suhu sekitar yang stabil. 4. Demam Demam adalah gejala umum, bukan sebuah penyakit mandiri. Anda akan demam jika ada infeksi dalam tubuh yang disebabkan oleh virus atau bakteri. Pada bayi dan anak-anak, demam biasanya muncul saat suhu tubuh lebih dari 37 derajat Celsius. Sementara itu, orang dewasa akan demam ketika suhu tubuh mencapai 38-39°C. Demam merupakan pertanda bahwa tubuh sedang melawan infeksi, karena biasanya virus dan bakteri berkembang biak dengan cepat dalam tubuh di suhu 37º Celsius. Maka dari itu, tubuh akan meningkatkan suhunya untuk mempertahankan diri dan mencegah patogen jahat ini semakin memperbanyak diri. Penyakit yang umum menyebabkan demam adalah flu, radang tenggorokan, sinusitis, radang paru, tuberkulosis, dan infeksi saluran kencing. Beberapa penyakit berbahaya lain yang bisa mengakibatkan demam adalah demam berdarah, malaria, radang selaput otak (meningitis), dan HIV. Demam juga bisa muncul ketika anak selesai imunisasi atau mau tumbuh gigi. Jika Anda atau anak Anda demam, sebaiknya segera periksakan ke dokter untuk mencari tahu sumber penyakitnya sehingga bisa ditangani dengan baik. 5. Hipotiroidisme Hipotiroidisme adalah salah satu dari banyak alasan naik-turunnya suhu tubuh Anda. Kelenjar tiroid mengatur bagaimana sel tubuh Anda memanfaatkan energi yang diterima dari makanan — prosesnya disebut metabolisme. Metabolisme Anda mungkin melambat karena penyakit tertentu atau faktor lainnya. Ini adalah sebuah kondisi yang disebut hipotiroidisme. Suhu tubuh Anda akan turun saat metabolisme Anda lambat dan Anda akan merasa kedinginan. Gejala hipotiroidisme yang paling umum adalah kelelahan, sembelit, nyeri otot, dan mood depresif. 6. Diabetes Diabetes juga memiliki hubungan dengan suhu inti tubuh Anda. Para ilmuwan menemukan bahwa ketika insulin disuntikkan ke area otak tertentu pada tikus, hal itu dapat menyebabkan peningkatan suhu tubuh dan tingkat metabolismenya. Ini menunjukkan diabetes dapat sedikit banyak memengaruhi suhu tubuh Anda dan menyebabkan perubahan.
