Sistem dalam keadaan setimbang

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut

Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut proses ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel merupakan proses seperti-kesetimbangan (quasi equilibrium process).

Read More

Tekanan Mutlak

Kebanyakan alat pengukur tekanan menggunakan atmosfer standar sebagai tekanan acuan. Alat pengukur tekanan digunakan untuk mengukur tekanan tolok yaitu perbedaan antara tekanan yang sesungguhnya dengan tekanan atmosfer. Tekanan sesungguhnya disuatu titik didalam zat alir yang diukur relatif terhadap tekanan nol mutlak disebut tekanan mutlak.

Tekanan atmosfer berbeda-beda di setiap tempat tergantung ketinggian dan suhunya. Semakin rendah letak suatu titik, tekanan atmosfer akan semakin berkurang. Atmosfer stanndar pada permukaan air laut didefinisikan sebagai tekanan yang dihasilkan oleh kolom air raksa tinggi 760 mm pada 273,15 K (0) dibawah gravitasi standar, maka satu atmosfer ekivalen dengan :

                              1 atm = 1,013 x 105 N/m2(Pa)

                                         = 2116 lb/ft

                                         = 14,696 lb/in2 (psi)

                                         = 1,01325 bar

Tekanan tolok diberikan baik diatas maupun dibawah tekanan atmosfer. Apabila tekanan tolok sistem (P_g) diatas tekanan atmosfer (P_a), tekanan mutlak (P_abs) :

P_abs = P_g + P_atm

Apabila tekanan tolok dibawah tekanan atmosfer :

P_abs = P_atm-P_g

         Tekanan tolok negatif seringkali disebut tekanan hampa terjadi apabila tekanan atmosfer lebih besar dari tekanan mutlak seperti gambar dibawah ini memberikan gambara secara grafis hubungan antara berbagai jenias tekanan yang digunakan dalam pengukuran. Sedangkan faktor konversi antara satuan-satuan tekanan yang umum.

Read More

Sistem dan Persamaan Keadaan

Persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang.  Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi.

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).  Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.  Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.  Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Di dalam fisika dan termodinamika, persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang.

Ø  Keadaan seimbang mekanis : Sistem berada dalam keadaan seimbang mekanis, apabila resultan semua gaya (luar maupun dalam) adalah nol

Ø  Keadaan seimbang kimiawi : Sistem berada dalam keadaan seimbang kimiawi, apabila didalamnya tidak terjadi perpindahan zat dari bagian yang satu ke bagian yang lain (difusi) dan tidak terjadi reaksi-reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semulanya ; tidak terjadi pelarutan atau kondensasi. Sistem itu tetap komposisi maupun konsentrasnya.

Ø  Keadaan seimbang termal : sistem berada dalam keadaan seimabng termal dengna lingkungannya, apbiala koordinat-kooridnatnya tidak berubah, meskipun sistem berkontak dengan ingkungannnya melalui dinding diatermik. Besar/nilai koordinat sisterm tidak berubah dengan perubahan waktu.

Ø  Keadaan keseimbang termodinamika : sistem berada dalam keadaan seimbang termodinamika, apabila ketiga syarat keseimbangan diatas terpenuhi. Dalam keadan demikian keadaan keadaan koordinat sistem maupun lingkungan cenderung tidak berubah sepanjang massa. Termodinamika hanya mempelajari sistem-sistem dalam keadaan demikian.

Read More

Perubahan Energi Dalam

Perubahan energi dalam ΔU tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut. Anda telah mengetahui bahwa proses-proses dalam termodinamika terbagi atas empat jenis, yaitu isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. Perubahan energi dalam terjadi pada setiap proses tersebut dijelaskan sebagai berikut. 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 (V2/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 nRΔTyang telah dibahas pada Bab 8. 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) (1 -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 (1-11) Dari Persamaan (1-11) 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 (1-11), didapatkan perumusan Hukum Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut. Q = ΔU = 3/2 nR ΔT (1-12) atau Q = U2 - U1 = 3/2 nR (T2 —T1) (1-13) 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 (1-14) dapat dituliskan sebagai : Q = 3/2 nR (T2 —T1) + p (V2 – V1) (1-15) 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) (1-16) Berdasarkan Persamaan (1-16) 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) (1-17)

Read More

Air Boiler dan Air Pengisi Boiler

a. Pengertian air boiler dan air pengisi boiler Kita memerlukan air yang sangat murni untuk mengisi boiler dan untuk menambah akibat dari kebocoran yang terjadi dalam peredaran lingkar yaitu memanaskan — menguap — mengkondensasi dengan maksud memberi energi. Untuk maksud ini berbagai pesawat terdapat dalam peredaran lingkar yaitu ketel uap — turbin — kondensor dan pesawat bantu lainnya seperti pompa, pemanas muatan, pemanas bahan bakar dan sebagainya. Selama peredaran lingkar terdapat rugi air 2%, rugi ini harus di ganti. Di kapal laut, hal ini di lakukan degan penguapan air laut. Uap di kondensasi lagi dan sebagai air suling di simpan dalam tanki persediaan, dari tanki ini di masukkan kembali dalam peredaran lingkar tetapi masih banyak kapal mengambil persediaan air pengisi boiler dari darat. Jadi pengertian dari air pengisi boiler adalah air yang di sediakan untuk menambah air boiler yang telah hilang dalam peredaran lingkar. Sedangkan air boiler adalah air yang telah ikut atau mengalami peredaran dalam siklus terjadinya uap, hingga di kondensasi, dan jadi uap lagi. b. Syarat air pengisi boiler Pada prinsipnya air pengisi harus memenuhi beberapa syarat, yaitu : - Sejauh mungkin gas O2 dan CO2 terbatas, yang terlarut dalam air boiler menyebabkan terjadinya reaksi oksidasi terhadap logam atau pipa besi pada boiler. - Kadar garam dapur (NaCl dan Na2SO4) serendah mungkin sebab garam ini menyebabkan air boiler mendidih. - Jika air pengisi boiler terjadi endapan, maka harus dalam keadaan yang dapat di keluarkan dari boiler. - Air pengisi harus bersifat tidak agresif pada besi, cenderung Ph ke arah basa. c. Penanganan air boiler dan air pengisi boiler 1. Pelunakan thermis pada air pengisi boiler Hal ini dilakukan di luar boiler di dalam apa yang di sebut deaerator, pembuang gas atau pembuang angin. Sebuah alat pemanas muka campur, di mana kondensat di campur dengan uap. Suhu campuran kira-kira 110ºC. Bikarbonat diuraikan sebagai berikut : Ca(HCO3)2 + Q ® CaCO3 ¯ + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 + Q ® Mg(OH)2¯ + 2CO2 ­ CaCO3 dan Mg(OH)2 sebagai lumpur halus oleh air di bawa ke dalam boiler. Dengan zat-zat lainnya dalam air boiler di coagulasi menjadi lumpur halus mengambang yang dengan mudah dapat di kuras. 2. Pelunakan kimia pada air boiler Setelah pelunakan thermis, kekerasan sementara hilang, berarti bahwa ion Ca++ dan Mg++ yang terikat pada HCO3– hilang, kini dalam air masih ada Na++, SO4– – dan Cl–. Ca++ dan Mg++ harus terikat sedemikian rupa sehingga zat yang tidak menghasilkan endapan yang membahayakan (batu boiler) dan mudah dapat di kuras. Untuk pelunakan kimia ini dapat di pergunakan Na2Co3 (soda), Na2Co3 dalam keadaan tertentu terurai sebagai berikut : Na2CO3 ® 2Na+ + Co3– – Dalam boiler timbul CO2 yang tidak dikehendaki, sedangkan Ph air naik, karena ion-ion H+ di tarik dari air juga di pertahankan adanya kelebihan PO4– sebanyak 15 s/d 25ppm PO4. Pada kelebihan PO4 tidak ada lagi Ca++ karena diubah menjadi : 2PO4 + 3Ca++ ® Ca3(PO4)2 ¯ Fosfat kalsium tudak larut dan di singkirkan pada aktu pengurasan. Pelunakan air di katakan di bawah kontrol apabila di pertahankan kelebihan PO4 tertentu untuk Ca++ dan Ph tertentu untuk Mg++, juga karena alasan lain bahwa air boiler mempunyai Ph tertentu (korosi). Pelunakan air perlu karena pada kondensor yang agak bocor Ca++ dan Mg++ masuk ke dalam sistem air pendingin. Dengan ini suplai Ca++ dan Mg++ masuk ke dalam sistem. 3. Pengawasan terhadap air boiler dan air pengisi boiler. Pada dasarnya pengawasan yang di lakukan pada air boiler dan air pengisi boiler adalah sama yang meliputi beberapa hal, yaitu : NO PEMERISAAN SATUAN NILAI 1 PH 2 ALKALINITAS-P 3 ALKALINITAS-M 4 ZAT ASAM 5 HIDRASIN 6 FOSFAT 7 KHLORIDA (Cl)

Read More

Intensitas Radiasi, Teori Max Planck

Teori Wien cocok dengan spektrum radaisi benda hitam untuk panjang gelombang yang pendek, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang panjang.Teori Rayleigh-Jeans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombnag yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek.Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam.Inilah dilema fisika klasik di mana Max Planck mencurahkan seluruh perhatiannya. Teori spektrum radiasi benda hitam Rayleigh dan Jeans yang meramalkan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang rendah (atau dikenal dengan ramalan bencana ultraungu).Ramalan bencana ultraungu dapat dipecahkan oleh teori Planck yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket atau kuanta. Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan teorinya tentang radiasi benda hitam yang sesuai dengan hasil eksperimen.Planck menganggap bahwa gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator di rongga.Getaran yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan kembali oleh atom-atom.Planck sampai pada kesimpulan bahwa energy yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu.Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta. Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data hasil eksperimennya.Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck.Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum (foton) sebanding dengan frekuensi radiasinya. Rumusannya adalah: Energi minimum (hf) yang diradiasikan osilator disebut dengan kuantum energi.

Read More

Persamaan Clausius Clapeyron

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. Hubungan persamaan Maxwell 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, maka dapat dituliskan: Dari hukum pertama untuk zat yang mengalami perubahan fase, Kalor yang diserap per satuan massa pada tekanan konstan sama dengan, Dari hubungan-hubungan di atas, didapat suatu persamaan Clausius Clapeyron: Terdapat beberapa perubahan fase berbeda yang dapat terjadi pada suhu dan tekanan konstan. Jika dua fase ditandai dengan superskrip ‘ dan ‘’, kita dapatmenuliskan persamaan Clausius Clapeyron dalam bentuk umum : Jadi untuk perubahan keadaan zat murni dari keadaan padatan jenuh ke keadaan cairan jenuh yng berlangsung pada suhu konstan, dapat dituliskan:

Read More