Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
makalah_fisika_dasar_proses_termodinamik
Typology: Study Guides, Projects, Research
1 / 16
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I yang dibimbing oleh Rianita Puspasari, ST.,
Termodinamika mempelajari bagiamana kalor atau biasa disebut panas yang menimbulkan perubahan dan dapat diubah menjadi beberapa bentuk seperti halnya mekanika. Pemanfaatan energi yang dihasilkan akibat adanya proses dalam gas untuk menghasilkan kerja. Banyak sekali contoh penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari, seperti halnya Air Conditioner (AC), Dispenser, dll. Dengan dibuatnya makalah ini, saya berharap dapat membantu dalam memahami konsep Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari.
1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan Penulisan BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Definisi Hukum Termodinamika 2.2 Proses Termodinamika 2.2.1 Hukum I Termodinamika 2.2.2 Hukum II Termodinamika BAB III PEMBAHASAN 3.1 Hasil dan Pengaplikasian Hukum Termodinamika BAB III PENUTUP 4.1 Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA
1.1 Latar Belakang Semua mahluk hidup melakukan pekerjaan. Tumbuh-tumbuhan melakukan pekerjaan ketika mengangkat air dari akar ke cabang-cabang, hewan melakukan pekerjaan ketika berenang, merayap, dan terbang. Kerja juga terjadi ketika pemompaan darah melalui pembuluh darah dalam tubuh dan pada pemompaan ion-ion melewati dinding sel. Semua kerja ini diperoleh dari pengeluaran energi kimia yang disimpan dalam makanan yang dikonsumsi oleh mahluk hidup. Termodinamika berasal dari dua kata yaitu thermal (yang berkenaan dengan panas) dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan). Termodinamika adalah kajian mengenai hubungan, panas, kerja, dan energi dan secara khusus perubahan panas menjadi kerja. Hukum termodinamika pertama dan kedua dirumuskan pada abad ke-19 oleh para ilmuan mengenai peningkatan efisiensi mesin uap. Bagaimanapun hukum ini merupakan dasar seperti hukum fisika lainnya. Mereka membatasi efisiensi amuba atau ikan paus seperti mereka membatasi efisiensi mobil atau tenaga nuklir tumbuhan. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, maka yang menjadi rumusan masalah dalam makalah ini adalah :
2.2 Proses Termodinamika Beberapa proses dalam termodinamika antara lain, proses isotermal, proses isokhorik, proses isobarik, dan proses adiabatik. a. Proses isotermal Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan sistem pada P1 suhu tetap. Proses ini mengikuti hukum Boyle, yaitu : PV = konstan. Hal ini dilakukan dengan menempatkan silinder yang dihubungkan dengan sumber air pada suhu yang di inginkan. Silinder mempunyai dinding yang tipis yang terbuat dari bahan yang dapat menghantarkan panas,misalnya tembaga, sehingga panas dengan mudah mengalir secara bolak-balik antara sumber air dan gas. Sumber air cukup besar dengan suhu yang tidak dapat dipengaruhi oleh jumlah perubahan panas dan gas. Selama ekspansi isothermal, panas mengalir ke gas untuk menjaga suhu agar konstan (ingat, suhu gas menurun jika panas terhalangi untuk mengalir ke gas selama ekspansi terjadi). Untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh sistem, P2 kita tentukan dahulu persamaan tekanan sebagai fungsi volume berdasarkan persamaan keadaan V1 V2 V gas ideal, yaitu: P = nRT Dengan menggunakan rumus umum usaha yang dilakukan oleh gas diperoleh. b. Proses Isokhorik Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada P1 volume tetap. Karena gas tidak mengalami perubahan volume, maka usaha P2 yang dilakukan oleh gas sama dengan nol. c. Proses Isobarik Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap. Usaha yang dilakukan oleh gas adalah sesuai dengan persamaan. d. Proses Adiabatik Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0. Hali ini karena dikelilingi oleh silinder dengan bahan-bahan penyekat seperti asbes atau streafoam jika gas ideal di kembangkan secara adiabatic, 8 suhu dan tekanan menurun. Sistem tersebut ditunjukan oleh garis penuh AB pada Kurva adiabatik lebih curam dibanding kurva isotermal. Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) hanya mengubah energi dalam, sebab sistem tidak menerima ataupun melepas kalor. Besarnya usaha yang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan dengan menerapkan persamaan sehingga menghasilkan hubungan. Selain itu, dengan menggunakan hukum termodinamika I (akan dibahas kemudian), usaha yang dilakukan oleh gas pada proses adiabatik.
Apabila keadaan awal dan keadaan akhir dari suatu proses adiabatik diketahui, usaha yang dilakukan oleh gas pada proses adiabatik tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan. Proses adiabatik sangat penting dalam bidang rekayasa. Beberapa contoh proses adiabatic adalah pemuaian gas panas dalam suatu mesin diesel, pemuaian gas cair dalam sistem pendingin, dan langkah kompresi dalam mesin diesel. 2.2.1 Hukum I Termodinamika Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum pertama termodinamika adalah konservasi energi.Secara singkat, hukum tersebut menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi hanya dapat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya. Untuk tujuan termodinamik, perlu lebih spesifik dan menguraikan hukum tersebut secara lebih kuantitatif. Termodinamika memperhitungkan hubungan antara system S, misalnya gas dalam silinder dan lingkungan ε di sekelilingnya. Lingkungan adalah segala sesuatu yang ada di luar system yang dapat mempengaruhi system, dimana pada banyak kasus termasuk pada sekeliling system. Sistem dan lingkungan merupakan semesta U. Energi sestem (Es) adalah jumlah energi kinetik molekul-molekul system ( energi termal) dan energi potensial atom-atom dalam molekul (energi kimia). Energi Es bergantung pada keadaan system, berubah ketika keadaan berubah. Sumber panas meningkatkan energi termal system. Jika sumber panas adalah bagian dari lingkungan, energi Eε lingkungan juga berubah. Hukum pertama termodinamika mengatakan bahwa energi Eu semesta Eu = Es + Eε Tidak berubah. Ini berarti, jika Es dan Eε adalah energi sistem dan lingkungan ketika sistem berada pada satu keadaan dan E’s dan E’ε adalah energi ketika system berada pada keadaan lain, maka E’s + E’ε = Es + Eε atau (E’s – Es ) + ( E’ε - E ε ) Seperti sebelumnya, delta digunakan sebagai awalan yang berati “perbedaan dalam” atau “perubahan dari”. Secara spesifik ΔES adalah energi dari keadaan akhir, sistem dikurangi energi dari keadaan awal, ΔES = E’S – ES Dan ΔES adalah energi akhir lingkungan dikurangi energi awal ΔEε = E’ε – Eε Hubungan simbol-simbol persamaan 11.2 dapat dituliskan ΔES + ΔEε = 0 atau ΔES = - ΔEε hukum pertama Ini adalah ungkapan matematika yang sesuai untuk hukum pertama termodinamika. Persamaan tersebut digunakan untuk menghitung perubahan energi sistem jika perubahan energi lingkungan diketahui, dan sebaliknya.
pertama, bagaimanapun jika terdapat hubungan penurunan energi termal semesta. Hukum pertama tidak menjelaskan mengapa benda tidak pernah meloncat ke udara secara spontan. Proses benda meloncat ke udara secara spontan adalah kebalikan dari proses benda jatuh ke tanah secara spontan. Satu proses terjadi dengan mudah. Sedangkan proses kebalikannya tidak akan pernah terjadi sama sekali. Banyak proses irreversible yang lain yang dapat terjadi hanya dalam satu arah. Sebagai contoh, ketika benda yang dingin dan benda panas bersentuhan, kalor selalu mengalir dari benda panas ke benda yang dingin, dan tidak pernah dari benda dingin ke benda yang panas. Akibatnya suhu benda yang panas menurun, sedangkan suhu benda yang dingin meningkat.Jika proses kebalikan yang terjadi, benda yang dingin akan menjadi lebih dingin sedangkan benda yang panas akan lebih panas. Contoh lain, tinta diteteskan kedalam segelas air, menyebar hingga tinta tersebut dalam air. Proses kebalikannya, dimana campuran air dan tinta secara spontan memisah menjadi air murni dan tinta murni, tidak akan pernah terjadi Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor. Kapasitas Kalor Kapasitas kalor C suatu zat adalah banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 kelvin. Secara matematis ditulis : Q = m C ΔT Kapasitas kalor untuk gas ada dua macam, yaitu untuk volume tetap (CV) dan untuk tekanan tetap (CP). Kapasitas kalor untuk proses isokhorik diperoleh dari persamaan sebagai berikut. Q = nR(ΔT) Kapasitas kalor untuk proses isobarik diperoleh dari persamaan sebagai berikut. Q = ΔU +P(Δ V )= nR(ΔT) = nR( ΔT) Dari persamaan diperoleh bahwa : Cp – Cv = nR Kapasitas kalor yang diperoleh pada persamaan adalah untuk gas monoatomik. Untuk gas diatomik, besar CV dan CP tergantung pada derajat kebebasan gas. Sebagai acuan praktis dapat digunakan pembagian suhu sebagai berikut:
3.1 Hasil dan Pengaplikasian Hukum Termodinamika
2. Dispenser Prinsip kerja pemanas air Proses pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati. Pada tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu. Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu. Prinsip kerja pendingin air Proses pendinginan air pada dispenser pada umumnya dibedakan menjadi 2 yaitu:
dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar memalui keran. Nama komponen pada dispenser:
menyatakan bahwa “ sejumlah kalor (Q) yang diterima dan usaha (W) yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk menambah energi dalam”. Usaha pada berbagai proses termodinamika, meliputi isobarik (tekanan konstan), isokhorik (volume konstan), isotermik (suhu konstan), dan adiabatik (tanpa panas). Keempat proses ini memiliki aplikasi masing-masing dalam kehidupan sehari-hari, proses ini merupakan salah satu penerapan termodinamika yang dapat dilihat secara jelas. Pada proses merebus air, dua buah sistem (api/gas dan air) yang berbeda suhunya digabungkan. Telah diketahui bahwa temperatur akhir yang dicapai oleh kedua sistem akan berada di antara temperatur awal kedua sistem. Proses perpindahan kalor dari suatu benda ke benda lain menyangkut perpindahan energi dapat dihitung secara pasti. Sejumlah kalor Q yang diterima gas dapat digunakan untuk melakukan usaha W dan menambah energi dalam gas. DAFTAR PUSTAKA Bambang Ruwanto.(2002). Matematika untuk fisiks dan tehnik.1 .yogyakarta: Adicipta Bambang Ruwanto.(2002). Matematika untuk fisiks dan tehnik 2 .yogyakarta: Adicipta Beiser,A.1990. Konsep Fisika Modern .Jakarta: Erlangga Darmawan,1990, Termodinamika ,Bandung: Jurusan Fisika
