THERMODYNAMICS

Jumat, 01 Mei 2015

ILMU TERMODINAMIKA : KAPASITAS KALOR

Kapasitas kalor atau kapasitas panas (biasanya dilambangkan dengan kapital C, sering dengan subskripsi) adalahbesaran terukur yang menggambarkan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat (benda) sebesar jumlah tertentu (misalnya 1⁰C).

Pengukuran kapasitas panas

Kapasitas panas yang ada pada sebagian besar sistem tidaklah konstan, namun bergantung pada variasi kondisi dari sistem termodinamika. Kapasitas panas bergantung pada temperatur itu sendiri, dan juga tekanan dan volume dari sistem.

Berbagai cara untuk mengukur kapasitas panas dapat dilakukan, yang secara umum dilakukan pada kondisi tekanan konstan atau volume konstan. Sehingga simbol kapasitas jenisnya disesuaikan, menjadi C_p untuk kapasitas jenis pada tekanan konstan, dan C_V untuk kapasitas jenis pada volume konstan. Gas dan cairan umumnya diukur pada volume konstan. Pengukuran pada tekanan konstan akan menghasilkan nilai yang lebih besar karena nilai tekanan konstan juga mencakup energi panas yang digunakan untuk melakukan kerja untuk mengembangkan volume zat ketika temperatur ditingkatkan.

Panas jenis spesifik dari suatu zat merupakan molekul yang tidak pada kondisi konstan melainkan bergantung pada temperaturnya. Temperatur pada lingkungan pengukuran yang dibuat biasanya juga ditentukan. Conth dua cara untuk menuliskan panas jenis dari suatu zat yaitu:

Air (cair): c_p = 4.1855 [J/(g·K)] (15 °C, 101.325 kPa) atau 1 kalori/gram °C
Air (cair): C_vH = 74.539 J/(mol·K) (25 °C)

Untuk cairan dan gas, penting untuk mengetahui tekanan yang digunakan dalam menuliskan nilai kapasitas panas. Kebanyakan data yang dipublikasikan dituliskan pada kondisi tekanan standar.

Hubungan termodinamika

Energi internal dari sebuah sistem tertutup akan berubah dengan menambahkan panas ke sistem atau ketika sistem melakukan kerja.

{\ \mathrm{d}U = \delta Q + \delta W }.

Untuk kerja sebagai hasil dari perubahan volume sistem:

{\ \mathrm{d}U = \delta Q - P\mathrm{d}V }.

Jika panas ditambahan pada volume konstan:

\left(\frac{\partial U}{\partial T}\right)_V=\left(\frac{\partial Q}{\partial T}\right)_V=C_V.

Jadilah kapasitas panas pada volume konstan, C_V.

Untuk kapasitas panas pada tekanan konstan, C_P, yang diturunkan dari persamaan perubahan entalpi:

{\ H = U + PV }.

Perubahan pada entalpi dapat dirumuskan dengan:

{\ \mathrm{d}H = \delta Q + V \mathrm{d}P },

Sehingga pada tekanan konstan, didapatkan:

\left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)_P=\left(\frac{\partial Q}{\partial T}\right)_P=C_P.

Hubungan antara kapasitas panas

Pengukuran kapasitas panas pada volume konstan seringkali sulit dilakukan pada benda berwujud padat dan cair, karena perubahan temperatur dapat membuat volume zat mengalami pemuaian sehingga membutuhkan penampung yang memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Lebih mudah menghitung secara tekanan konstan dan lalu menurunkannya menggunakan persamaan termodinamika dasar.

C_p - C_V = T \left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_{V,N} \left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_{p,N}

Bisa juga dituliskan dengan:

C_{p} - C_{V}= V T\frac{\alpha^{2}}{\beta_{T}}\,

di mana

\alpha

adalah koefisien pemuaian

\beta_T

adalah kompresibilitas isotermal

Rasio kapasitas panas atau indeks adiabatik adalah rasio dari kapasitas panas pada tekanan konstan terhadap kapasitas panas pada volume konstan, yang dapat disebut juga sebagai faktor ekspansi isentropik.

Gas ideal

Untuk gas ideal, mengevaluasi persamaan turunan parsial di atas berdasarkan persamaan keadaan di mana R adalah konstanta gas ideal^[1]

p V = R T \;

C_p - C_V = T \left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_{V} \left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_{p}

C_p - C_V = -T \left(\frac{\partial p}{\partial V}\right)_{T} \left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_{p}^2

p =\frac{RT}{V }

→

\left(\frac{\partial p}{\partial V}\right)_{T}=\frac{-RT}{V^2 }

\frac{-p}{V }

V =\frac{RT}{p }

→

\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_{p}^2=\frac{R^2}{p^2}

Substitusikan

-T \left(\frac{\partial p}{\partial V}\right)_{T} \left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_{p}^2

-T\left(\frac{-p}{V }\right) \left(\frac{R^2}{p^2}\right)=R

Sehingga akan didapatkan persamaan Mayer jika direduksi

C_p - C_V = R

Kapasitas panas spesifik (panas jenis)

Kapasitas panas spesifik (atau panas jenis) adalah kapasitas panas per basis massa

c={\partial C \over \partial m},

di mana pada ketiadaan transisi fase zat akan didapatkan panas jenis:

c=E_ m={C \over m} = {C \over {\rho V}},

di mana

C

adalah kapasitas panas

m

adalah massa zat

V

volume zat

\rho = \frac{m}{V}

massa jenis zat

Untuk gas dan bahan lainnya yang berada pada tekanan tinggi, terdapat perbedaan nilai panas jenis pada kondisi yang berbeda. Kapasitas panas dapati didefinisikan dengan measukkan kondisi proses isobarik (tekanan konstan,

dp = 0

) dan proses isokhorik (volume konstan,

dV = 0

). Hubungan panas jenisnya dapat dirumuskan dengan:

c_p = \left(\frac{\partial C}{\partial m}\right)_p,

c_V = \left(\frac{\partial C}{\partial m}\right)_V.

Sesuai dengan persamaan sebelumnya:

c_p - c_V = \frac{\alpha^2 T}{\rho \beta_T}.

ILMU TERMODINAMIKA : KALOR LATEN

Pengertian kalor laten
Jika suatu benda diberi kalor, apa yang akan terjadi dengan benda tersebut ? iya benar sekali benda yang diberi kalor akan mengalami kenaikan suhu. Kalor yang dberikan atau dilepaskan oleh suatu benda menyebabkan perubahan suhu pada benda tersebut. Selain mempengaruhi suhu benda, kalor juga dapat mempengaruhi wujud benda. Apa yang akan terjadi jika es batu di diamkan di tempat terbuka ?tentu saja es batu tersebut akan mencair dan berubah wujud menjadi air. Itulah salah satu contoh pengaruh kalor terhadap wujud benda.

Kalor laten di definisikan sebagai kalor yang diperlukan oleh satu kilogram zat untuk berubah wujud. Kalor latn juga disebut kalor tersembunyi.

Jenis-jenis kalor laten :
a. Kalor uap
Kalor uap didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi gas.
Kalor uap dapat dirumuskan :

Quap = m . Lv

Dimana :
Quap = kalor yang diperlukan (J)
m = masa benda (kg)
Lv = kalor uap (J/kg)

b. Kalor

embun
Kalor embun didefinisikansebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari gas menjadi cair.
Kalor embun dapat dirumuskan :

Qembun = m . Lv

Dimana :
Qembun = kalor yang dilepaskan (J)
m = masa benda (kg)
Lv = kalor embun (J/Kg)

c. Kalor lebur

Kalor lebur didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari padat menjadi cair.
Kalor uap dapat dirumuskan :

Qlebur = m . Lf

Dimana :
Qlebur = kalor yang diperlukan (J)
m = masa benda (kg)
Lv = kalor lebur (J/kg)

d. Kalor beku
Kalor beku didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi padat
Kalor embun dapat dirumuskan :

Qbeku = m . Lf

Dimana :
Q = kalor yang diperlukan (J)
m = masa benda (kg)
Lf = kalor beku (J/kg)

Besarnya kalor lebur yang dimiliki sebuah benda besarnya sama dengan kalor bekunya, begitupun dengan kalor uap yang dimiliki oleh sebuah benda besarnya sama dengan kalor embunnya, dapat dituliskan :

Qbeku = Qlebur dan Quap = Q embun.

Besar kecilnya kalor laten sebuah benda selain dipengaruhi oleh massa benda juga dipengaruhi oleh titik didih dan titik beku benda tersebut.

VIDEO TERMODINAMIKA : RADIASI BENDA HITAM

VIDEO TERMODINAMIKA : Praktek 1 Fisika Radiasi Benda Hitam

ILMU TERMODINAMIKA : RADIASI BENDA HITAM

Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi pada umumnya, Anda dapat melihat sebuah benda, karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda itu memancarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1.000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas 2.000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti pijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Hal ini menyebabkan pergeseran warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menentukan suhu suatu benda.

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body. Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu. Seperti yang telah Anda ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.

Gambar 1 Pemantulan yang terjadi pada benda hitam.

Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.

Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya temperatur

ILMUWAN FISIKA : EVANGELISTA TORRICELLI

Hasil gambar untuk evangelista torricelli

Evangelista Torricelli, lahir 15 Oktober 1608 – meninggal 25 Oktober 1647 pada umur 39 tahun), adalah fisikawan dan matematikawan Italia kelahiran Faenza yang belajar di Sapienza College Roma, dikenal karena penemuannya yakni barometer.

Ia menjadi sekretaris Galileo selama 3 bulan sampai Galileo wafat pada tahun 1641. Tahun 1642 ia menjadi profesor matematika di Florence. Pada tahun 1643 ia menetapkan tentang tekanan atmosfer dan menemukan alat untuk mengukurnya, yaitu barometer.

Biografi

Torricelli lahir pada 15 Oktober 1608 di Faenza di Province of Ravenna, bagian dari Negara Kepausan, anak sulung dari Gaspare Torricelli dan Caterina Angetti. Ayahnya adalah seorang pekerja tekstil yang berasal dari keluarga miskin. Melihat bakatnya, orang tuanya mengirim dia untuk dididik di bawah asuhan pamannya, Jacobo. Di Faenza Evangelista Torricelli belajar matematika dan filsafat sampai tahun 1626. saat ayahnya, Gaspare meninggal. kemudian pamannya mengirim Torricelli ke Roma untuk belajar ilmu pada biarawan Benediktin Benedetto Castelli , profesor matematika di Collegio della Sapienza (sekarang dikenal sebagai Sapienza University of Rome).

Karya Torricelli dalam fisika

Barometer

Pada tahun 1643, Torricelli membuat eksperimen sederhana, yang dinamakan Torricelli Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan panjang kira-kira 1 m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan sarung menghadap ke atas. Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa dari botol ke dalam tabung sampai penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka tabung dengan jempolnya, dan segera membaliknya. Dengan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung vertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung turun dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa.

Hukum Torricelli

Torricelli juga menemukan Hukum Torricelli , mengenai kecepatan cairan yang keluar dan mengalir dari celah dengan ketinggian berbeda, yang kemudian terbukti menjadi kasus khusus dari prinsip Bernoulli.

Penyebab angin

Torricelli memberikan deskripsi ilmiah pertama penyebab angin:

... Angin yang dihasilkan oleh perbedaan suhu udara, dan kepadatan antara dua wilayah bumi.

Karya Torricelli dalam matematika

Torricelli juga terkenal untuk penemuan terompet Torricelli (Gabriel Horn)
Torricelli juga pelopor dalam bidang seri terbatas.
Dalam karyanya De dimensione parabolae dari 1644, Torricelli dianggap sebagai urutan penurunan istilah positif a_0, a_1, a_2 \ cdots dan menunjukkan sesuai seri telescoping (A_0-a_1) + (a_1-a_2) + \ cdots tentu konvergen a_0-L , Di mana L adalah batas dari urutan, dan dengan cara ini memberikan bukti rumus untuk jumlah dari deret geometri.

Kematian

Torricelli meninggal di Florence pada tanggal 25 Oktober 1647, beberapa hari setelah dikontrak demam tifoid , dan dimakamkan di Basilika San Lorenzo . The asteroid 7437 Torricelli itu dinamai untuk menghormatinya. Dia meninggalkan semua harta miliknya kepada anak angkatnya Alexander.

Minggu, 26 April 2015

ILMU TERMODINAMIKA : PERPINDAHAN KALOR

Pernahkah kalian menanak nasi? Menurut pendapatmu, peristiwa apa yang menyebabkan beras yang bertekstur keras dapat berubah menjadi nasi yang lunakdan lembut? Tentu hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari api kompor ke beras dan air yang berada dalam wadah pemasak itu. Bagaimanakah cara kalor berpindah? Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi

Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas.

Coba perhatikan gambar berikut:

Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

2. Konveksi
Proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran. Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.
a. Konveksi pada Zat Cair
Syarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah tempat.
b. Konveksi pada Gas

Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara. Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara) terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.

1) Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.
2). Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah
4) Adanya cerobong asap pabrik.

3. Radiasi

Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:

Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. Ada beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk mengetahui atau menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar berikut:

Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita dapat mengetahui bahwa:

1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.
2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buiruk.

4. Mencegah Perpindahan Energi Kalor

Energi kalor dapat dicegah untuk berpindah dengan mengisolasi ruang tersebut. Misalnya, pada penerapan beberapa peralatan rumah tangga, seperti termos dan setrika listrik.

a. Termos

Mengapa permukaan di dalam botol termos mengilap? Dindinnya berlapis dua ruang di antara kedua dinding itu dihampakan. Dengm demikian, zat cair yang ada di dalamnya tetap panas untuk waktu yang relatif lama. Termos dapat mencegah perpindahan kalor, baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.

b. Setrika Listrik

Mengapa pakaian yang disetrika menjadi halus atau tidak kusut? Di dalam setrika listrik terdapat ﬁlamen dari bahan nikelin yang berbentuk kumparan. Kurnparan nikelin ini ditempatkan pada dudukan besi. Ketika listrik mengalir, ﬁlamen setrika listrik menjadi panas. Panas ini dikonduksikan pada dudukan besi dan akhirnya dikonduksikan pada pakaian yang disetrika. Dengan demikian, setrika mengkonduksi kalorpada pakaian yang disetrika.

SUMBER : http://memetmulyadi.blogspot.com