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

Azas Black

Teori kalorik menyatakan bahwa setiap benda mengandung sejenis zat alir (kalorik) yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori ini diperkena lkan oleh Antoine Lavoiser. 

Teori ini juga menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalor dari pada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan, benda yang suhunya tinggi akan kehilangan sebagian kalor yang diberikan kepada benda bersuhu rendah. Akhirnya para ilmuwan mengetahui bahwa kalor sebenarnya merupakan ssalah satu bentuk energi. Karena merupakan energi maka berlaku prinsip kekekalan energi yaitu bahwa semua bentuk energi adalah ekivalen (setara) dan ketika sej umlah energi hilang, proses selalu disertai dengan munculnya sejumlah energi yang sama dalam bentuk lainnya. Kekekalan energi pada pertukaran kalor pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Inggris Joseph Black dengan pernyataan : kalor yang dilepaskan oleh air panas (Qlepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Q terima). Secara matematis pernyataan tersebut dapat ditulis dengan :

Q lepas = Q terima

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

Read More

Konduksi Termal

Proses transfer energi oleh kalor juga dapat disebut konduksi atau konduksi termal. Dalam proses ini, transfer dapat diwakili pada skala atom sebagai pertukaran energi kinetik antara partikel mikroskopis-molekul, atom, dan elektron bebasdi mana partikel kurang energik mendapatkan energi dalam tumbukan dengan partikel yang lebih energik. Misalnya, jika Anda memegang salah satu ujung batang logam panjang dan masukkan ujung lainnya ke api, Anda akan menemukan bahwa suhu logam di tangan Anda segera meningkat. Energi yang mencapai tangan Anda dengan cara konduksi. Awalnya, sebelum batang dimasukkan ke api, partikel mikroskopis dalam logam bergetar di sekitar posisi keseimbangannya. Ketika api meningkatkan suhu batang, partikel dekat api mulai bergetar dengan amplitudo yang lebih besar dan terusmembesar. Partikel-partikel ini, pada gilirannya, bertabrakan dengan tetangganya dan mentransfer sebagian energinya dalam tumbukan. Perlahan-lahan, amplitudo getaran atom-atom logam dan elektron-elektron jauh dan jauh dari peningkatan api sampai akhirnya atom dan elektron berada pada logam di dekat tangan Anda yang terpengaruh. Peningkatan Getaran ini terdeteksi oleh peningkatan suhu logam dan tangan Anda berpotensi terbakar. Tingkat konduksi termal tergantung pada sifat bahan yang dipanaskan. Sebagai contoh, adalah mungkin untuk memegang sepotong asbes dalam nyala api tanpa batas, yang menyiratkan bahwa sangat sedikit energi yangdikonduksikan melalui asbes. Secara umum, logam merupakan konduktor termal yang baik dan bahan-bahan seperti asbes, gabus, kertas, dan fiberglass adalah konduktor yang buruk. Gas juga adalah konduktor yang buruk karena jarak pemisah antara partikel begitu besar. Logam merupakan konduktor termal yang baik karena mengandung sejumlah besar elektron yang relatif bebas bergerak melalui logam sehingga dapat mengangkut energi dalam jarak yang panjang. Oleh karena itu, dalam konduktor yang baik seperti tembaga, konduksi terjadi melalui kedua getaran atom dan gerakan elektron bebas. Konduksi hanya terjadi jika ada perbedaan suhu antara dua bagian dari media konduksi. Pertimbangkan lempengan bahan dengan ketebalan ∆x dan luas penampangmelintang A. Satu sisi slab adalah pada suhu Tc, dan sisi lain berada pada temperatur Th > Tc (Gambar 20.11). Secara eksperimen, ditemukan bahwa energi Q mentransfer dalam interval waktu ∆t dari bagianyang panas ke bagian yang dingin. Tingkat P = Q/∆t di mana transfer energi terjadi ditemukan sebanding dengan luas permukaan dan perbedaan suhu ∆T = Th - Tc dan berbanding terbalik dengan ketebalannya: P = Q/∆t ∞ A (∆T/∆t) Perhatikan bahwa P memiliki satuan watt ketika Q dalam joule dan ∆t dalam detik. Itu tidak mengherankan karena P adalah Daya, laju perpindahan energi Kalor. Untuk lempengan sangat kecil ketebalan dx dan perbedaan temperatur dT, kita dapat menulis hukum konduksi termal: (20.15) dimana k konstanta proporsionalitas adalah konduktivitas termal dari material dan | dT/dx | adalah gradien suhu (tingkat di mana suhu berubahterhadap posisi). Zat-zat yang merupakan konduktor termal yang baik memiliki nilai konduktivitas termal besar, sedangkan isolator termal yang baik memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah. Tabel 20.3 daftar konduktivitas termal untuk berbagai zat. Perhatikan bahwa logam umumnya merupakan konduktor termal lebih baik daripada non logam. Misalkan, batang seragam panjang dengan panjang L secara termal terisolasi sehingga energi tidak bisa lepas oleh panas dari permukaan kecuali pada ujung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.12. Salah satu ujung berada dalam kontak termal dengan cadangan energi pada suhu Tc, dan ujung lainnya berada dalam kontak termal dengan reservoir pada suhu Th < Tc. Ketika keadaan stabil telah tercapai, suhu di setiap titik di sepanjang batang adalah konstan terhadap waktu. Dalam hal ini, jika kita asumsikan k bukan merupakan fungsi dari suhu, gradien suhu adalah sama di mana pun di sepanjang batang dan: Oleh karena itu, laju perpindahan energi dengan konduksi melalui batang adalah: (20.16) Untuk slab senyawa yang mengandung beberapa bahan dari ketebalan L1, L2,. . . dan konduktivitas termal k1, k2,. . . , Laju perpindahan energi melalui slab di posisi mantap adalah: (20.17) di mana Th dan Tc adalah suhu permukaan luar (yang tetap konstan) dan penjumlahan merupakan seluruh lembaran. Contoh 20.8 menunjukkan bagaimana Persamaan 20.17 hasil dari pertimbangan dua ketebalan bahan (Serway, 583-585 : 2010)

Read More

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap disebut Cp.

Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan :

C = Q/ΔT                                         (1–18)

Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik. Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (V). Perumusan kedua pada kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

C_p = Q_P/ΔT  dan   C_V = Q_V/ΔT          (1–19)

Jika besaran Q_P dan Q_V dimasukkan ke dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika, akan didapatkan persamaan berikut.

a. Pada proses isokhorik

Q_V = ΔU + W                                   (1–20)

Oleh karena dalam proses ini volume sistem tetap (ΔU = 0) maka usaha sistem W = 0 sehingga didapatkan persamaan :

Q_V = ΔU                                           (1–21)

b. Pada proses isobarik

Q_P = ΔU + W

Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( Δp + 0), usaha sistem W = p ΔV. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan

Q_P = ΔU + p ΔV                               (1–22)

Dengan melakukan substitusi Persamaan (1–21) ke Persamaan (1–22) dapat dituliskan persamaan

Q_p = ΔU + p ΔV atau Q_p – Q_V = p ΔV              (1–23)

Selanjutnya, jika Persamaan (9–19) disubstitusikan Persamaan (1–23) akan diperoleh persamaan

(C_p ΔT) – (C_V ΔT) = p ΔV

(C_p C_V)ΔT = p ΔV

C_p – C_V = p ΔV / ΔT                          (1–24)

Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT, Persamaan (1–24) dapat dituliskan menjadi

C_p – C_V = nR                                     (1–25)

Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan :

ΔU = 3/2 nRΔT

Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (Q_V = ΔU) dapat dituliskan sebagai :

Read More

4 HUKUM DASAR TERMODINAMIKA

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu: • Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. • Hukum Pertama 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 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 , yang dikatakan oleh James Presscottyang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudofl Clausiuss pada1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik." • Hukum kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. 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 kutup tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuhberuang 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 messin kalor. • Hukum ketiga Termodinamika Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi DSt yang berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T=0. Transisi yakni perubahan fisika, dalam zat (misalnya belerang) dari struktur A (rombik) ke B (monoklinik) pada suhu normal disertai dengan perubahan entropi; ini diilustrasikan secara skematik di ilustrasi T8. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati 0 K, perubahan entropi transisi DSt menurun. Karena 0 K tidak dapat dicapai secara eksperimen, hal ini diungkapkan secara matematik Lim DSt = 0, T=0 Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.

Read More

Anomali Air

Pengertian Anomali Air | Apa itu anomali air? Anomali air adalahpengecualian (anomali) yang dialami air saat didinginkan atau dipanaskan. Pada saat dipanaskan dari 0°C sampai 4°C, air mengalami pengerutan (pengecilan volume) sehingga massa jenisnya meningkat. Keadaan ini berbeda dengan zat cair pada umumnya. Pada saat suhunya berada antara 4°C sampai 100°C, air menampilkan perilaku yang sama dengan zat cair lainnya, yaitu memuai atau terjadi penurunan massa jenis. Selain air, parafin dan bismuth juga menampilkan keadaan yang sama dengan yang ditunjukkan air. Perubahan volume dan massa jenis air saat dipanaskan dapat dilihat pada gambar berikut ini: Sekian uraian tentang Pengertian Anomali Air, semoga bermanfaat.

Read More

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat pada dasarnya ke segala arah. Namun, disini Anda hanya

akan mempelajari pemuaian panjang, luas, dan volume. Besar pemuaian

yang dialami suatu benda tergantung pada tiga hal, yaitu ukuran awal benda,

karakteristik bahan, dan besar perubahan suhu benda.

Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut koefisien muai panjang.

Koefisien muai panjang suatu zat adalah angka yang menunjukkan

pertambahan panjang zat apabila suhunya dinaikkan 1° C. Makin besar

koefisien muai panjang suatu zat apabila dipanaskan, maka makin besar

pertambahan panjangnya. Demikian pula sebaliknya, makin kecil koefisien

muai panjang zat apabila dipanaskan, maka makin kecil pula pertambahan

panjangnya. Koefisien muai panjang beberapa zat dapat dilihat pada Tabel

6.1. berikut. Sedangkan koefisien muai luas dan volume zat padat, masingmasing

adalah B = 2 (x dan y = 3􀁄 )

a. Pemuaian Panjang

Pada zat padat yang berukuran panjang dengan luas penampang kecil,

seperti pada kabel dan rel kereta api, Anda bisa mengabaikan pemuaian

pada luas penampangnya. Pemuaian yang Anda perhatikan hanya pemuaian

pada pertambahan panjangnya. Pertambahan panjang pada zat padat yang

dipanaskan relatif kecil sehingga butuh ketelitian untuk mengetahuinya.

Jika sebuah batang mempunyai panjang mula-mula l1, koefisien muai

panjang (􀁄 ), suhu mula-mula T1, lalu dipanaskan sehingga panjangnya

menjadi l2 dan suhunya menjadi T2, maka akan berlaku persamaan, sebagai

berikut.

b. Pemuaian Luas

Untuk benda-benda yang berbentuk lempengan plat (dua dimensi), akan

terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar. Hal ini berarti lempengan

tersebut mengalami pertambahan luas atau pemuaian luas. Serupa dengan

pertambahan panjang pada kawat, pertambahan luas pada benda dapat

dirumuskan sebagai berikut.

.

Read More

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat pada dasarnya ke segala arah. Namun, disini Anda hanya

akan mempelajari pemuaian panjang, luas, dan volume. Besar pemuaian

yang dialami suatu benda tergantung pada tiga hal, yaitu ukuran awal benda,

karakteristik bahan, dan besar perubahan suhu benda.

Setiap zat padat mempunyai besaran yang disebut koefisien muai panjang.

Koefisien muai panjang suatu zat adalah angka yang menunjukkan

pertambahan panjang zat apabila suhunya dinaikkan 1° C. Makin besar

koefisien muai panjang suatu zat apabila dipanaskan, maka makin besar

pertambahan panjangnya. Demikian pula sebaliknya, makin kecil koefisien

muai panjang zat apabila dipanaskan, maka makin kecil pula pertambahan

panjangnya. Koefisien muai panjang beberapa zat dapat dilihat pada Tabel

6.1. berikut. Sedangkan koefisien muai luas dan volume zat padat, masingmasing

adalah B = 2 (x dan y = 3􀁄 )

a. Pemuaian Panjang

Pada zat padat yang berukuran panjang dengan luas penampang kecil,

seperti pada kabel dan rel kereta api, Anda bisa mengabaikan pemuaian

pada luas penampangnya. Pemuaian yang Anda perhatikan hanya pemuaian

pada pertambahan panjangnya. Pertambahan panjang pada zat padat yang

dipanaskan relatif kecil sehingga butuh ketelitian untuk mengetahuinya.

Jika sebuah batang mempunyai panjang mula-mula l1, koefisien muai

panjang (􀁄 ), suhu mula-mula T1, lalu dipanaskan sehingga panjangnya

menjadi l2 dan suhunya menjadi T2, maka akan berlaku persamaan, sebagai

berikut.

b. Pemuaian Luas

Untuk benda-benda yang berbentuk lempengan plat (dua dimensi), akan

terjadi pemuaian dalam arah panjang dan lebar. Hal ini berarti lempengan

tersebut mengalami pertambahan luas atau pemuaian luas. Serupa dengan

pertambahan panjang pada kawat, pertambahan luas pada benda dapat

dirumuskan sebagai berikut.

.

Read More

Wujud Zat

Wujud zat  merupakan bentuk-bentuk berbeda yang diambil oleh berbagai fase materi berlainan. Secara historis, pembedaan ini dibuat berdasarkan perbedaan kualitatif dalam sifat bulk Dalam keadaan padatan zat mempertahankan bentuk dan volume; dalam keadaan cairan zat mempertahankan volume tetapi menyesuaikan dengan bentuk wadah tersebut; dan sedangkan gas mengembang untuk menempati volume apa pun yang tersedia.

Perbedaan antara wujud zat saat ini didasarkan kepada perbedaan dalam hubungan antarmolekul. Dalam keadaan padatan gaya-gaya intermolekul menjaga molekul-molekul berada dalam hubungan spasial tetap. Dalam cairan, gaya-gaya antarmolekul menjaga molekul tetap berada berdekatan, namun tidak ada hubungan spasial yang tetap. Dalam keadaan gasmolekul lebih terpisah dan gaya tarik antarmolekul relatif tidak memengaruhi gerakannya. Plasma adalah gas yang sangat terionisasi, yang terjadi pada suhu tinggi. Gaya-gaya antarmolekul yang diciptakan oleh gaya tarik dan tolak ion-ion memberikan keadaan ini sifat-sifat berbeda, sehingga plasma dideskripsikan sebagai wujud zat keempat. Bentuk zat yang tidak terdiri dari molekul dan diatur oleh gaya-gaya lain juga dapat dianggap sebagai wujud zat berbeda. Kondensat Fermion dan plasma kuark-gluon adalah contohnya.

Meskipun padatan, cairan, dan gas adalah wujud zat yang paling umum di Bumi, kebanyakan materi baryon di alam semesta berada dalam wujud plasma panas, baik sebagai medium jarang antarbintang maupun sebagai bintang rapat.

Wujud zat juga dapat didefinisikan menggunakan konsep transisi fase. Sebuah transisi fase menandakan perubahan struktur dan dapat dikenali dari perubahan drastis dari sifat-sifatnya. Menggunakan definisi ini, wujud zat yang berbeda adalah tiap keadaan termodinamika yang dibedakan dari keadaan lain dengan sebuah transisi fasa. Air dapat dikatakan memiliki beberapa wujud padat yang berbeda.Munculnya sifat superkonduktivitas dihubungkan dengan suatu transisi fase, sehingga ada keadaan superkonduktif. Begitu pula, keadaan kristal cair dan feromagnetik ditandai oleh transisi fase dan memiliki sifat-sifat berlainan.

Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Pengertian kalor sebagai bentuk energi baru berkembang pada awal abad ke-19. Sebelumnya kalor dianggap sebagai suatu zat yang dapat mengalir dari satu benda ke benda lainnya. Jika kalor dianggap sebagai suatu zat, maka haruslah kalor tersebut memiliki massa, tetapi pada kenyataannya, kalor tidak memiliki massa, sehingga pernyataan yang menganggap kalor sebagai salah satu bentuk energi, semakin kuat.

Pengertian kalor berbeda dengan pengertian suhu. Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda, sedangkan kalor adalah energi yang dipindahkandari suatu benda ke benda lainnya kerena perbedaan suhu/temperatur. Kalor memiliki dua macam satuan, yaitu joule dan kalori. Mengenai konversi kedua besaran tersebut, adalah seperti berikutJika sebuah benda dipanaskan, makasuhu/temperatur benda akan naik, sebaliknya jika benda didinginkan,maka suhu/temperaturnya akan turun.

Read More

GAS IDEAL

A. Gas Ideal

Sifat – sifat gas ideal adalah :

1. Gas terdiri dari partikel yang sangat banyak jumlahnya.

2. Partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang dan kecepatan yang bervariasi.

3. Partikel-partikel gas tersebar di semua bagian ruang.

4. Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan lainnya.

5. Tumbukan yang terjadi antara partikel merupakan tumbukan lenting sempurna.

6. Jarak antara partikel jauh lebih besar daripada ukuran partikel.

7. Dinding tempat gas sangat licin.

8. Berlaku hukum Newton tentang gerak meskipun partikel bergerak acak dengan kecepatan tetap.

B. Mol dan Massa Molekul

Satu mol zat adalah banyaknya zat yang mengandung Na molekul.

Massa molekul atau atom adalah massa dalam kilogram dari satu kilomol zat.

Massa sebuah atom atau molekul (mo) = M/N_A

M = n x M

Ket :

M = massa satu kilomol zat

n = jumlah molekul

m = massa total

C. Persamaan Gas Ideal

PV = nRT

PV= m/M RT

HUKUM GAS IDEAL (dalam jumlah mol)

PV = nRT

Persamaan ini dikenal dengan julukan hukum gas ideal alias persamaan keadaan gas ideal.

Keterangan :

P = tekanan gas (N/m²)

V = volume gas (m³)

n = jumlah mol (mol)

R = konstanta gas universal (R = 8,315 J/mol.K)

T = suhu mutlak gas (K)

CATATAN :

Pertama, dalam penyelesaian soal, dirimu akan menemukan istilah STP. STP tuh singkatan dari Standard Temperature and Pressure. Bahasanya orang bule… Kalau diterjemahkan ke dalam bahasa orang Indonesia, STP artinya Temperatur dan Tekanan Standar. Temperatur = suhu.

Temperatur standar (T) = 0 ^oC = 273 K

Tekanan standar (P) = 1 atm = 1,013 x 10⁵ N/m² = 1,013 x 10² kPa = 101 kPa

Kedua, dalam menyelesaikan soal-soal hukum gas, suhu alias temperatur harus dinyatakan dalam skala Kelvin (K)

Ketiga, apabila tekanan gas masih berupa tekanan ukur, ubah terlebih dahulu menjadi tekanan absolut. Tekanan absolut = tekanan atmosfir + tekanan ukur (tekanan atmosfir = tekanan udara luar)

Keempat, jika yang diketahui adalah tekanan atmosfir (tidak ada tekanan ukur), langsung oprek saja tuh soal.

Read More

Kalorimetri

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia.  Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar kedalam kalorimeter. Suatu kalor reaksi dapat ditentukan melalui percobaan dengan kalorimeter.

            Kalorimetri adalah proses pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dalam suatu eksperimen.  Data ΔH reaksi yang terdapat pada tabel-tabel umumnya ditentukan secara kalorimetri. Hukum Hess menyebutkan bahwa kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan dara perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan secara eksperimen. Dengan menggunakan kalorimetri kita dapat mengetahui apa jenis dari suatu reaksi. Apakah reaksi itu merupakan suatu reaksi Eksoterm ataukah reaksi Endoterm. Kalorimetri yang sederhana ialah poses mengukur perubahan suhu dari sejumlah air atau larutan sebagai akibat dari suatu reaksi kimia dalam suatu wadah terisolasi.

Kalor Reaksi dapat diperoleh dari hubungan massa zat (m), kalor jenis zat (c) dan      perubahan suhu (ΔH), yang dinyatakan dengan persamaan berikut:

Q = m.c.ΔH

Tetapan Kalorimetri adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 1oC pada air dengan massa 1 gram.  Dalam proses ini berlaku Azaz Black, yaitu: Hukum Azaz Black

Q lepas = Q terima

Q air panas = Q air dingin + Q Kalorimeter

 m1C(Tp-Tc) = m2C (Tc-Td)+C(Tc-Td)         

keterangan:

 m1      : massa air panas

 m2      : massa air dingi

 c         :kalor jenis air

 C        :kapasitas kalorimeter

 Tp        :Suhu air panas

 Tc       :Suhu air campuran

 Td        : Suhu air dingin

Kalorimetri Volume Konstan

Kalor pembakaran biasanya diukur dengan menempatkan senyawa yang massanya diketahui dalam wadah baja yang disebut kalori meter bom volume-konstan, yang diisi dengan oksigen pada tekanan 30 atm. Bom tertutup dicelupkan kedalam air, sampel dihubungkan ke listrik, dan kalor yang dihasilkan

oleh reaksi pembakaran dapat dihitung secara tepat dengan mencatat kenaikan suhu air. Kalor yang dilepas oleh sampel di serap oleh air dan bom. Kalorimeter yang dirancang secara khusus itu memungkinkan kita untuk mengasumsikan bahwa tidak ada kalor (atau massa) yang hilang ke lingkungan selama waktu pengkuran. Dengan demikian kita dapat mengetahui kalor pembakaran pada bom tersebut. Jadi kita dapat menyebut bom itu dan air tempat pencelupannya sebagai sistem terisolasi. Karena tidak ada kalor yang masuk atau meninggalkan sistem selama proses berlangsung,

perubahan kalor sistem (q_sistem) harus nol dan kita dapat menulis

q_sistem = q_kal + q_reaksi

= 0

dimana q_kal dan q_reaksi berturut adalah perubahan kalor untuk kalorimeter dan reaksi.

Jadi, q_{reaksi =} -q_ka

Read More