Penerapan Hukum II Termodinamika

Hukum I termodinamika menyatakan bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan teori ini, Anda dapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkan memenuhi hukum kekekalan energi. Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi tidak dapat diubah sekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi dari suatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah, sebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dan sebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya Anda balik, yaitu bola besi Anda panaskan sehingga memiliki energi panas sebesar energi panas ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energi ini akan berubah menjadi energi kinetik, dan kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwa ini tidak mungkin terjadi walau bola besi Anda panaskan sampai meleleh sekalipun. Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.

Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor: “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

1.             Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).

2.             Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).

3.             Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

a. Pengertian Entropi

Dalam menyatakan Hukum Kedua Termodinamika ini, Clausius memperkenalkan besaran baru yang disebut entropi (S). Entropi adalah besaran yang menyatakan banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan

ΔS = Q/T

tersebut berlaku pada sistem yang mengalami siklus reversibel dan besarnya perubahan entropi (ΔS) hanya bergantung pada keadaan akhir dan keadaan awal sistem. Ciri proses reversibel adalah perubahan total entropi ( ΔS = 0) baik bagi sistem maupun lingkungannya. Pada proses irreversibel perubahan entropi semesta ΔS_semestea > 0 . Proses irreversibel selalu menaikkan entropi semesta.

ΔS_sistem  + ΔS_lingkungan = ΔS_seluruhnya > 0

b. Mesin Pendingin

Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator). Misalnya pendingin rungan (AC) dan almari es (kulkas). Perhatikan Gambar 9.9! Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada suhu tinggi T1. Berdasarkan hukum II termodinamika, kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap (Q1 = Q2 + W)

 

Gambar 9.9 Siklus mesin pendingin.

Hasil bagi antara kalor yang masuk (Q₁) dengan usaha yang diperlukan (W) dinamakan koefisien daya guna (performansi) yang diberi simbol K_p. Secara umum, kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna dalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai Kp, makin baik kerja mesin tersebut.

K_p = Q₂ /W

Untuk gas ideal berlaku:

Keterangan

K_p : koefisien daya guna

Q₁ : kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)

Q₂ : kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)

W : usaha yang diperlukan (J)

T₁ : suhu reservoir suhu tinggi (K)

T₂ : suhu reservoir suhu rendah (K)

Read More

Penerapan Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan dan memberikan hubungan antara kalor, energi, dan kerja (usaha). Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi. Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi.

Energi dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem. Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi dalam pada sistem akan naik. Sebaliknya, energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan oleh sistem. Secara matematis, Hukum Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W …….. (9–9)

dengan: Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem,

ΔU = U₂ — U₁ = perubahan energi dalam sistem, dan

W = usaha yang dilakukan sistem.

Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan (9-9) tersebut adalah sebagai berikut.

1. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.
2. Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif
3. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif
4. Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif

a. Proses Isotermal

Anda telah memahami bahwa proses isotermal merupakan suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhu tetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah W = nRT In (V_2/V₁). Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU= 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu. Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan ΔU=(3/2)nRΔT. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isotermal ini dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W = 0 + W

Q = W = nR T ln (V₂/V₁) …. (9-10)

b. Proses Isokhorik

Dalam proses isokhorik perubahan yang dialami oleh sistem berada dalam keadaan volume tetap. Anda telah memahami bahwa besar usaha pada proses isokhorik dituliskan W = pΔV = 0. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses ini dituliskan sebagai

Q = ΔU + W = ΔU + 0

Q = ΔU = U₂ — U₁

Dari Persamaan (9-11) Anda dapat menyatakan bahwa kalor yang diberikan pada sistem hanya digunakan untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Jika persamaan energi dalam untuk gas ideal monoatomik disubstitusikan ke dalam Persamaan (9-11), didapatkan perumusan Hukum Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut.

Q = ΔU =(3/2)nR ΔT …(9-12)

atau

Q = U₂ — U₁ =(3/2)nR (T₂ —T₁) …. (9-13)

c. Proses Isobarik

Jika gas mengalami proses isobarik, perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap. Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V₂– V₁). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W

Q = ΔU + p(V₂ – V₁) … (9-14)

Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan (9-14) dapat dituliskan sebagai

Q =(3/2)nR (T₂ — T₁) + p (V₂ – V₁) … (9-15)

d. Proses adiabatik

Dalam pembahasan mengenai proses adiabatik, Anda telah mengetahui bahwa dalam proses ini tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem sehingga Q = 0. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses adiabatik ini dapat dituliskan menjadi

Q = ΔU + W

0 = ΔU + W

atau

W = — ΔU = —(U₂— U₁) … (9-16)

Berdasarkan Persamaan (9-16) tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh sistem akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi dalam sistem di mana energi dalam tersebut dapat

bertambah atau berkurang dari keadaan awalnya. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk gas ideal monoatomik pada proses adiabatik ini dituliskan sebagai

W = — ΔU = —(3/2)nR (T₂ – T₁)

Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph Clausius, dan  Lord Kelvin  pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang  disebut pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan ilmu  thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan teknologi komputer, yang sangat membantu da lam  menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
- Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
- Pembangkit Daya Listrik
- Motor Bakar 
- Sistem pemanasan surya
- Pesawat Terbang
- Dan sebagainya

• Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap :

Energi kimia  atau  energi nuklir  dikonversikan  menjadi  energi  termal  dalam ketel uap  atau  reaktor nuklir.  Energi ini  dilepaskan  ke air, yang  berubah  menjadi  uap.  Energi uap ini  digunakan  untuk  menggerakkan turbin uap,  dan energi mekanis yang dihasilkan  digunakan untuk meng- gerakkan generator untuk menghasilkan daya listrik.

• Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air :

Energi  potensial  air  dikonversikan  menjadi  energi  mekanis  melalui penggunaan turbin air. Energi mekanis ini kemudian dikonversikan lagi Menjadi energi listrik oleh generator listrik yang disambungkan pada poros turbinnya.

• Motor pembakaran dalam 

Energi kimiawi bahan bakar dikonversikan menjadi kerja mekanis. Campuran udarabahanbakar dimampatkan dan pembakaran  dilakukan oleh busi. Ekspansi gas hasil pembakaran mendorong piston, yang menghasilkan putaran pada poros engkol.

Read More

Persamaan Clausius Clapeyron

Definisi
Persamaan Clausius Clapeyron merupakan sebuah hubungan yang penting mengenai hubungan tekanan, suhu, perubahan entalpi, dan volume jenis yang dihubungkan dengan perubahan fase. Terdapat beberapa sifat termodinamik yang tidak dapat diukur secara langsung contohnya adalah perubahan entalpi. Menurut persamaan Clausius, perubahan entalpi dapat dihitung berdasarkan pada pengukuran tekanan, suhu, dan volume jenis. Persamaan Clausius Clapeyron secara mudah dapat diturunkan dari persamaan Maxwell untuk dua fase dalam kesetimbangan.

Zat murni berubah dari keadaan cairan jenuh ke keadaan uap jenuh berlangsung pada suhu konstan karena kalor yang diserap digunakan untuk berubah fase, tidak untuk menaikkan suhu. Tekanan dan suhu tidak bergantung pada volume pada daerah jenuh.


Bentuk Persamaan

Dari hubungan-hubungan di atas, didapat suatu persamaan Clausius Clapeyron:

Terdapat beberapa perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu dan tekanan konstan.

Jadi untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan jenuh ke keadaan cairan jenuh yng berlangsung pada suhu konstan, dapat dituliskan:

Read More

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi:

"Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya."

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."

Energi dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul dalam sistem. Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi dalam pada sistem akan naik. Sebaliknya energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada linngkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan sistem.

∆U = Q – W         atau            Q = ∆U + W

dengan

∆U  : Perubahan energi dalam (J)

Q     : Kalor yang diterima/dilepas (J)

W    : Usaha (J)

Read More

Perubahan Fase Zat

Definisi

Perubahan wujud zat adalah perubahan termodinamika dari satu fase benda ke keadaan wujud zat yang lain.zat ini bisa terjadi karena peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor.Perubahan wujud zat terjadi ketika titik tertentu tercapai oleh atam/senyawa zat tersebut yang biasanya dikuantitaskan dalam angka suhu. Semisal air untuk menjadi padat harus mencapai titik bekunya dan air menjadi gas harus mencapai titik didihnya.

Jenis Perubahan

Membeku

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu air yang dimasukkan dalam freezer akan menjadi es batu, lilin cair yang didinginkan.

Mencair

Peristiwa perubahan wujud zat dari padat menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contoh peristiwa mencair yaitu pada batu es yang berubah menjadi air, lilin yang dipanaskan.

Menguap

Peristiwa perubahan wujud dari cair menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contohnya air yang direbus jika dibiarkan lama-kelamaan akan habis, bensin yang dibiarkan berada pada tempat terbuka lama-lama juga akan habis berubah menjadi gas.

Mengembun

Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi cair. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengembun adalah ketika kita menyimpan es batu dalam sebuah gelas maka bagian luar gelas akan basah, atau rumput di lapangan pada pagi hari menjadi basah padahal sore harinya tidak hujan

Menyublim

Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa ini zat memerlukan energi panas. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper) yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.

Mengkristal

Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengkristal adalah pada peristiwa berubahnya uap menjadi salju.

Read More

Hukum Kenol Termodinamika

Hukum ke 0 termodinamika berbunyi : 
” Jika 2 buah benda berada dalam kondisi kesetimbangan termal dengan benda yang ke 3, maka ketiga benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu dengan lainnya” . 

Untuk lebih memahami tentang isi hukum ke 0 termodinamika, maka bunyi hukum ini dapat ditulis ulang dengan kata-kata yang lebih sederhana yaitu  Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada dalam kondisi kesetimbangan termal.

Jika 2 benda yang berbeda temperatur bersentuhan, maka dikatakan ke dua benda itu berada dalam kondisi kontak termal. Permukaan tempat kedua benda bersentuhan disebut permukaan kontak termal. Panas atau dinginnya suatu benda ditentukan oleh banyaknya energi panas (kalor) yang diserap oleh molekul benda. Besarnya derajat panas benda ini disebut temperatur benda atau suhu benda.

bagaimanakah temperatur benda terbentuk ?

Temperatur adalah ukuran energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul penyusun suatu benda. Benda-benda di alam tersusun oleh molekul-molekul dan atom-atom. Molekul yang menyusun benda tidak berada dalam keadaan diam, tetapi molekul-molekul ini bergetar atau bergerak secara acak sesuai dengan besarnya energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul. Benda dalam bentuk padat, molekul-molekul penyusunnya tidak dapat bergerak bebas, tetapi terikat erat dan kaku antara satu dengan lainnya. Molekul – molekul dalam benda padat hanya dapat bergetar. Ini terjadi karena energi yang dimiliki oleh molekul dalam benda padat relatif kecil sehingga tidak dapat melepaskan diri dari ikatan antar molekul.

Bila benda padat ini dipanaskan, maka sejumlah energi panas (kalor) akan diserap oleh molekul sehingga molekul dapat bergetar lebih cepat, ini ditunjukan dengan naiknya derajat panas benda. Panas benda naik karena getaran molekul bertambah besar menyebabkan molekul lebih banyak bertumbukan dan bergesekan. Semakin banyak kalor dari luar yang diserap oleh molekul maka molekul akan semakin memiliki energi untuk bergetar dan bergesekan lebih cepat hingga suatu saat molekul ini tidak lagi saling terikat tetapi bebas bergerak. Molekul yang bebas bergerak ini masih saling terikat satu dengan lainnya, inilah yang disebut fase cair benda. Kalor yang diberikan kepada benda diserap oleh melekul untuk dapat bergetar lebih cepat sehingga bebas dan dapat bergerak sehingga mengubah fase benda dari benda padat menjadi benda cair.

Bila kalor terus diberikan, maka gerak molekul dalam zat cair akan semakin acak, dan tumbukan antar molekul semakin sering terjadi. Kondisi ini bila berlangsung terus, maka suatu saat molekul akan benar-benar bebas dan tidak terikat satu dengan lainnya, Kondisi ini disebut zat cair berubah menjadi gas. Pada fase gas, molekul penyusun gas tidak saling terikat satu dengan lainnya dan dapat bergerak bebas. Jadi besar kecilnya temperatur benda ditentukan oleh tingkat energi kinetik yang dimiliki oleh molekul penyusun benda.

Read More

Kalor dan Jenisnya

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor

1. massa zat
2. jenis zat (kalor jenis)
3. perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis

• Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
• Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik disini.

Hubungan antara kalor dengan energi listrik

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.

Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.

W = Q

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t

Keterangan :

W adalah energi listrik (J)

P adalah daya listrik (W)

t adalah waktu yang diperlukan (s)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;

P.t = m.c.(t2 – t1)

Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.

Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :

Q lepas = Q terima

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :

Q lepas = Q terima

m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.

dikutip dari

Read More

Kuantitas Panas

Energi Termal adalah energy kinetic acak dari partikel-partikel (biasanya electron, ion, atom dan molekul) yang menyusun suatu system.

Panas (Q) adalah energy termal yang berpindah dari suatu system (atau kumpulan electron, ion, dan atom) pada suatu temperature ke suatu system lain yang mengalami kontak (bersentuhan) dengannya, tetapi berada pada temperature yang lebih rendah. Satuan SI nya adalah joule. Satuan-satuan lain yang digunakan untuk panas adalah kalori ( 1 kal = 4,184 J) dan satuan panas inggris atau British thermal unit (1 Btu = 1054 J). “kalori” yang digunakan oleh para ahli gizi disebut “Kalori besar” dan sebenarnya merupakan satu kilokalori (1 Kal = 1kkal = 10³ kal).

Panas Spesifik (atau kapasitas panas spesifik, c) suatu zat adalah kuantitas panas yang di butuhkan untuk mengubah temperature dari satu satuan massa zat sebesar satu derajat celcius atau ekuivalen dengan satu Kelvin. Jika kuantitas panas  dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan temperature   bagi satu massa zat m, maka panas spesifiknya adalah c = delta Q / m delta T .

Dalam SI, c memiliki satuan J/kg.  K yang ekuivalen dengan J/kg . selain itu satuan yang sering digunakan adalah kal/g derajat C, dimana 1 kal/g derajat C = 4184 J/kg derajat C.

Panas yang diperoleh (atau hilang dari)suatu benda (yang fasenya tidak berubah) ketika mengalami perubahan temperature  ditentukan berdasarkan : delta Q = mc delta T.

Panas Fusi (Lebur) (L_f)dari suatu zat padat Kristal adalah kuantitas panas yang dibutuhkan untuk melelehkan satu satuan massa zat padat pada temperature konstan. Ini juga setara dengan kuantitas panas yang dilepaskan oleh satu satuan massa lelehan zat padat saat terkristalisasi pada temperature yang sama. Panas fusi air pada 0 derajat C adalah sekitar 335 kJ/kg atau 80 kal/g.

Panas penguapan (L_v)suatu zat cair adalah kuantitas panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu satuan massa zat cair pada temperature konstan. Untuk air pada 100 derajat C, L_v adalah sekitar 2,26 MJ/kg atau 540 kal/g.

Panas Sublimasi suatu zat padatadalah kuantitas panas yang dibutuhkan untuk mengubah satu satuan massa zat dari padat menjadi bentuk gas pada temperature konstan.

Kelembaban Absolut adalah massa uap air yang ada per satuan volume gas (biasanya atmosfer), satuan yang umum adalah kg/m³ dan g/cm³.

Kelembaban Relatif adalah rasio yang diperoleh dengan membagi massa uap air per satuan volume yang ada di udara dengan massa uap air per satuan volume yang ada dalam udara jenuh pada temperature yang sama. Ketika dinyatakan didalam persen, rasio ini dikalikan dengan 100.

Titik pengembunan adalah udara yang lebih dingin pada kondisi jenuh mengandung lebih sedikit air dibandingkan udara yang lebih hangat dalam kondisi jenuh. Ketika udara didinginkan, pada akhirnya ia akan mencapai suatu temperature dimana udara tersebut akan jenuh. Temperature ini disebut titik pengembunan. Pada temperature lebih rendah dari ini, air terkondensasi keluar dari udara.

Read More

Temperatur

Pada kenyataannya temperature adalah suatu ukuran aktivitas molekul. Akan tetapi, dalam termodinamika klasik kuantitas-kuantitas yang diinginkan didefinisikan hanya melalui observasi makrospik, sehingga dengan demikian definisi temperature melalui ukuran molekuler tidak dapat dipergunakan. Jadi kita harus melanjutkan analisis tanpa mendefinisikan temperature dengar sebenarnya. Sebagai gantinya kita harus mendiskusikan kesetaraan temperature (equality of temperatures)

Kesetaraan temperature

Biarkanlah dua benda terisolasi dari lingkungannya tapi letakkan bersentuhan satu dengan yang lainnya. Jika yang satu lebih panas daripada yang lainnya, benda yang lebih panas akan menjadi lebih dingin dan benda yang lebih dingin akan menjadi lebih panas, kedua benda tersebut akan mengalami perubahan sampai semua property mereka (misalnya, tahanan listrik) berhenti berub ah. Ketika hal ini terjadi, kedua b enda tersebut dikatakan telah mencapai kesetimbangan termal. Jadi, kita menyatakan bahwa kedua system memiliki temperature yang sama jika tidak ada perubahan pada property-propertynya ketika kedua system tersebut saling bersentuhan. Dengan kata lain, jika  dua system berada dalam kesetimbangan termal temperature keduanya dipostulasikan bernilai sama.

Ada pengamatan jelas yang disebut hokum ke nol termodinamika : jika dua system memiliki temperature yang sama dengan suatu system ketiga, keduanya memiliki temperature sama.

Skala temperature Relatif

Untuk membuat suatu skala temperature, kita memilih sejumlah subsidi, yang disebut derajat, diantara dua titik yang tetap dan mudah diulangi, titik es dan titik uap. Titik es (ice point) terjadi ketika es dan air berada dalam kesetimbangan pada tekanan 101 kPa; titik uap (steam point) terjadi ketika air cair dan uapnya berada dalam kesetimbangan pada tekanan  101 kPa. Pada skala Fahrenheit terdapat 180 derajat di antara kedua titik tersebut; pada skala Celsius (yang resminya disebut centigrade), terdapat 100 derajat. Pada skala Fahrenheit titik es diberikan nilai 32 dan pada skala celcius diberikan nilai 0. Nilai-nilai ini memungkinkan kita untuk menuliskan

Skala Temperatur Absolut

Hukum kedua termodinamika memungkinkan kita untuk mendefinisikan suatu skala temperature absolute; akan tetapi, karena saat ini kita belum memiliki hokum kedua tersebut sedangkan kita perlu segera menggunakan temperature absolute, maka akan diberikan skala temperature absolute empiris.

Hubungan antara temperature absolute dan relative adalah

Dimana subskrip “F” mengacu kepada skala Fahrenheit dan subskrip “C” kepada skala Celsius. (nilai 460 dan 273 digunakan jika tingkat akurasi yang tepat tidak diperlukan). Temperature absolute pada skala Fahrenheit diberikan dalam derajat rankine, dan pada skala Celsius diberikan dalam Kelvin (K). catatan: 300 K dibaca “300 derajat Kelvin”, kita tidak menggunakan symbol derajat untuk temperature yang diukur dalam Kelvin.

(sumber: Potter, Merle C.2008.Termodinamika Teknik.Jakarta:Erlangga)

Read More