MAKALAH FISIKA DASAR PROSES TERMODINAMIKA Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I yang i!im!ing "leh Rianita Pus#asari$ ST% ST%$$
Disusun oleh : Diana Astuti Kismaningrum Kismaning rum
1510631140033
PRO&RAM ST'DI TEKNIK IND'STRI FAK'LTAS TEKNIK 'NI(ERSITAS SIN&APER)AN&SA KARA*AN& +,-. / +,-0
ABSTRAK Termodinamika Termodinamika mempelaari !agiamana kalor atau !iasa dise!ut panas "ang menim!ulkan peru!ahan dan dapat diu!ah menadi !e!erapa !entuk seperti haln"a mekanika# $eman%aatan energi "ang dihasilkan aki!at adan"a proses dalam gas untuk menghasilkan kera# Ban"ak sekali &ontoh penerapan termodinamika dalam kehidupan sehari'hari( seperti haln"a Air )onditioner *A)+( Dispenser( dll# Dengan di!uatn"a makalah ini( sa"a !erharap dapat mem!antu dalam memahami konsep Termodinamika Termodinamika dalam kehidupan keh idupan sehari'hari#
KATA $,-.A-TAR $ui s"ukur kehadirat Tuhan /ang aha ,sa( karena !erkat rahmat dan hida"ah'-"a hida"ah'-"a $enulis dapat men"elesaikan makalah "ang !erudul akalah isika $roses Termodinamika# Termodinamika# akalah ini disusun dalam rangka memenuhi Tugas isika Dasar 2# elalui elalui kesempatan kesempatan "ang sangat !erharga !erharga ini $enulis $enulis men"ampaikan men"ampaikan terimakasih terimakasih kepada semua pihak "ang telah mem!antu men"elesaikan makalah ini( terutama kepada "ang Terhormat: 1# Rianita Rianita $uspasar $uspasari( i( ST# ST# Selaku dosen isika isika Dasar Dasar 2 # Rekan'rekan Rekan'rekan program program studi teknik teknik industri industri angkatan angkatan 015 3# Semua Semua pihak "ang tidak tidak dapat dapat dise!ut dise!ut satu persatu persatu dalam dalam kesempata kesempatan n ini( "ang telah mem!erikan !antuan moral dan materil dalam proses p roses pen"elesaian makalah ini# Semoga Tuhan /ang aha ,sa mem!erikan im!alan "ang setimpal atas segala !antuan "ang "ang di!eri di!erikan# kan# $enuli $enuliss !erhar !erharap ap semoga semoga makala makalah h ini dapat dapat !erman% !erman%aat aat !agi semua semua pihak pihak "ang "ang mem!a&an"a# Bekasi( 04 anuari 016
Diana Astuti Kismaningrum
DATAR 2S2 1O(ER A)STRAK KATA PEN&ANTAR DAFTAR ISI )A) I PENDAH'L'AN
1#1 atar Belakang Belakang 1# Rumusan Rumusan asalah asalah 1#3 Tuuan Tuuan $enuli $enulisan san )A) II LANDASAN TEORI
#1 De%inisi ukum Termodinamika # $roses Termodinamika Termodinamika ##1 ukum 2 Termodinamika Termodinamika ## ukum 22 Termodinamika Termodinamika )A) III PEM)AHASAN
3#1 asil dan $engaplikasian ukum Termodinamika Termodinamika )A) III PEN'T'P
4#1 Kesimpulan DAFTAR P'STAKA
BAB 2 $,-DA77A-%- Latar Latar )elakang )elakang Semua mahluk hidup melakukan melakukan pekeraan# pekeraan# Tum!uh'tu Tum!uh'tum!uhan m!uhan melakukan melakukan pekeraan pekeraan ketika ketika mengang mengangkat kat air dari dari akar ke &a!ang' &a!ang'&a!a &a!ang( ng( he8an he8an melaku melakukan kan peker pekeraan aan ketika ketika !erenang( mera"ap( dan ter!ang# Kera uga teradi ketika pemompaan darah melalui pem!uluh darah dalam tu!uh dan pada pemompaan ion'ion mele8ati dinding sel# Semua kera kera ini dipero diperoleh leh dari dari pengelu pengeluara aran n energi energi kimia kimia "ang disimp disimpan an dalam dalam makanan makanan "ang "ang dikonsumsi oleh mahluk hidup# Termodinamika !erasal dari dua kata "aitu thermal *"ang !erkenaan dengan panas+ dan dinamika *"ang !erkenaan dengan pergerakan+# Termo Termodin dinami amika ka adalah adalah kaian kaian mengena mengenaii hu!unga hu!ungan( n( panas( panas( kera( kera( dan energi energi dan se&ara se&ara khusu khususs peru peru!a !aha han n panas panas men menadi adi kera kera## uku ukum m term termodi odinam namik ikaa perta pertama ma dan dan kedua kedua dirumuskan pada a!ad ke'19 oleh para ilmuan mengenai peningkatan e%isiensi mesin uap# Bagaimanapun hukum ini merupakan dasar seperti hukum %isika lainn"a# ereka mem!atasi e%isiensi e%isiensi amu!a atau ikan paus seperti mereka mem!atasi e%isiensi e%isiensi mo!il atau tenaga nuklir tum!uhan#
-%+ Rumusan Rumusan Masalah Masalah Berdasarkan latar !elakang terse!ut terse!ut di atas( maka "ang menadi rumusan masalah dalam makalah ini adalah : 1# Apa de%inisi ukum Termodinamika Termodinamika # Bagaimana proses ukum Termodinamika Termodinamika 3# Apa hasil dan pengapikasian ukum Termodinamika Termodinamika
-%2 Tu Tujuan juan Penulisan Penulisan Berdasarkan Berdasarkan rumusan rumusan masalah masalah terse!ut terse!ut di atas( maka "ang menadi menadi rumusa rumusan n masalah masalah dalam makalah ini adalah: 1# engetahui de%inisi ukum Termodinamika Termodinamika # engetahui proses ukum Termodinamika Termodinamika 3# engetahui hasil dan pengaplikasian ukum Termodinamika Termodinamika
BAB 22 A-DASA- T,R2
+%- De3inisi Hukum Term"inamika ukum Termodinamika Termodinamika 2 adalah : ' enetapkan adan"a suatu eki;alensi antara panas dan kera *panas < kera+ ' Digunakan untuk menghu!ungkan dan menentukan t"pe t"pe = t"pe energi "ang terli!at dalam suatu proses# ' Atau men"atakan !ah8a se8aktu proses proses !erlangsung terdapat suatu keseim!angan keseim!angan energi# Hukum term"inamika I merupakan pern"ataan dari hukum kekekalan energ" dan tidak men"atakan sesuatu apapun mengenai arah dari proses "ang !erlangsung# $roses termodinamika itu dapat !erlangsung kedua arah "aitu : ' Diekspansikan *pengem!angan+ ' Dikompresikan *penekanan+ ukum Termodinamika Termodinamika 2 uga !elum menelaskan kearah mana suatu peru!ahan keadaan itu !eralan dan apakah peru!ahan itu re;ersi!le atau irre;ersi!le# Dalam pengem!angann"a pengem!angann"a diterangkan diterangkan dan di!ahas dalam ukum Termodin Termodinamika amika 22# adi : Hukum Term"inamika II ( mem!erikan !atasan'!atasan tentang arah "ang dialani suatu proses( dan mem!erikan kriteria apakah proses itu re;ersi!le atau irre;ersi!le dan salah satu aki!at dari hukum termodinamika 22 ialah perkem!angan dari suatu si%at phisik alam "ang dise!ut entropi# $eru!ahan entropi > menentukan arah "ang dialani suatu proses# ukum Termodinamika Termodinamika 22 men"atakan : ? Tidak mungkin panas dapat diru!ah menadi kera seluruhn"a( tetapi se!alikn"a kera dapat diru!ah menadi panas# atau : @ ◊ seluruhn"a > @ *sama !esarn"a+ atau untuk mendapatkan seumlah kera *+ dari suatu siklus( maka kalor *@+ "ang harus di!erikan kepada sistem selalu le!ih !esar# > @ diserap C sehingga( siklus E 100 F# ? Suatu "ang !ekera se!agai se!agai suatu siklus tidak dapat memindahkan kalor *@+ dari !agian "ang !ertemperatur rendah ke !agian "ang !ertemperatur le!ih tinggi( tanpa menim!ulkan peru!ahan keadaan pada sistem "ang lain# Dari kedua hal terse!ut diatas( men"atakan tentang arah proses peru!ahan energi dalam dalam !entuk panas ke !entuk kera > "ang men"atakan adan"a pem!atasan trans%ormasi energi#
+%+ Pr"ses Te Term"inamika rm"inamika Be!erapa proses dalam termodinamika antara lain( proses isotermal( proses isokhorik( proses iso!arik( dan proses adia!atik# a% Pr"ses is"termal $roses isotermal adalah proses peru!ahan keadaan sistem pada $1 suhu tetap# $roses ini mengikuti hukum Bo"le( "aitu :
$G H konstan# al ini dilakukan dengan menempatkan silinder "ang dihu!ungkan dengan sum!er air pada suhu "ang di inginkan# Silinder mempun"ai dinding "ang tipis "ang ter!uat ter!uat dari dari !ahan !ahan "ang "ang dapat dapat mengha menghantar ntarkan kan panas(m panas(misa isaln" ln"aa tem!aga tem!aga(( sehing sehingga ga panas panas dengan mudah mengalir se&ara !olak'!alik antara sum!er air dan gas# Sum!er air &ukup !esar dengan suhu "ang tidak dapat dipengaruhi oleh umlah peru!ahan panas dan gas# Selama ekspansi isothermal( panas mengalir ke gas untuk menaga suhu agar konstan *ingat( suhu gas menurun ika panas terhalangi untuk mengalir ke gas selama ekspansi teradi+# 7ntuk menghitung usaha "ang dilakukan oleh sistem( $ kita tentukan dahulu persamaan tekanan se!agai %ungsi ;olume !erdasarkan persamaan keadaan G1 G G gas ideal( "aitu: $ H nRT Dengan menggunakan rumus umum usaha "ang dilakukan oleh gas diperoleh#
!% Pr"ses Is"kh"rik $roses isokhorik adalah proses peru!ahan keadaan sistem pada $1 ;olume tetap# Karena gas tidak mengalami peru!ahan ;olume( maka usaha $ "ang dilakukan oleh gas sama dengan nol#
4% Pr"ses Is"!arik $roses iso!arik adalah proses peru!ahan keadaan sistem pada tekanan tetap # 7saha "ang dilakukan oleh gas adalah sesuai dengan persamaan# % Pr"ses Aia!atik $roses adia!atik adalah proses peru!ahan keadaan sistem tanpa adan"a kalor "ang masuk ke atau keluar dari sistem *gas+( "aitu @ H 0# ali ini karena dikelilingi oleh silinder dengan !ahan'!ahan pen"ekat seperti as!es atau strea%oam ika gas ideal di kem!angkan se&ara adia!ati&( I suhu dan tekanan menurun# Sistem terse!ut ditunukan oleh garis penuh AB pada Kur;a adia!atik le!ih &uram di!anding kur;a isotermal# 7saha "ang dilakukan oleh sistem *gas+ han"a mengu!ah energi dalam( se!a! sistem tidak menerima ataupun melepas kalor# Besarn"a usaha "ang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan dengan menerapkan persamaan sehingga menghasilkan hu!ungan# Selain itu( dengan menggunakan hukum termodinamika 2 *akan di!ahas kemudian+( usaha "ang dilakukan oleh gas pada proses adia!atik# Apa!ila keadaan a8al dan keadaan akhir dari suatu proses adia!atik diketahui( usaha "ang dilakukan oleh gas pada proses adia!atik terse!ut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan# $roses adia!atik ad ia!atik sangat penting dalam !idang ! idang reka"asa# Be!erapa &ontoh proses adia!ati& adalah pemuaian gas panas dalam suatu mesin diesel( pemuaian gas &air dalam sistem pendingin( dan langkah kompresi dalam mesin diesel#
+%+%- Hukum I Term"inamika Term"inamika ukum ini terkait dengan kekekalan energi# ukum ini men"atakan peru!ahan
energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari umlah energi kalor "ang disuplai ke dalam sistem dan kera "ang dilakukan terhadap sistem# ukum pertama termodinamika adalah konser;asi energi#Se&ara singkat( hukum terse!ut men"atakan !ah8a energi tidak dapat di&iptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi han"a dapat !eru!ah dari !entuk "ang satu ke !entuk "ang lainn"a# 7ntuk tuuan termodinamik( perlu le!ih spes spesi% i%ik ik dan dan mengu mengura raik ikan an hukum hukum ters terse! e!ut ut se&a se&ara ra le!i le!ih h kuant kuantit itat ati% i%## Termodi rmodinam namik ikaa memperhitungkan hu!ungan antara s"stem S( misaln"a gas dalam silinder dan lingkungan J di sekelilingn"a# ingkungan adalah segala sesuatu "ang ada di luar s"stem "ang dapat mempengaruhi s"stem( dimana pada !an"ak kasus termasuk pada sekeliling s"stem# Sistem dan lingkungan merupakan semesta 7# ,nergi sestem *,s+ adalah umlah energi kinetik molekul'molekul s"stem * energi termal+ dan energi potensial atom'atom dalam molekul *energi kimia+# ,nergi ,s !ergantung pada keadaan s"stem( !eru!ah ketika keadaan !eru!ah# Sum!er panas meningkatka meningkatkan n energi termal s"stem# s"stem# ika sum!er sum!er panas adalah !agian dari lingkungan( energi ,J lingkungan uga !eru!ah# ukum pertama termodinamika mengatakan !ah8a energi ,u semesta Eu 5 Es 6 E7 Tidak !eru!ah# 2ni !erarti( ika ,s dan ,J ada lah energi sistem dan lingkungan ketika sistem sistem !erada pada satu keadaan dan ,s dan ,J adalah energi energi ketika ketika s"stem s"stem !erada pada keadaan lain( maka E8s 6 E87 5 Es 6 E7 atau 9E8s : Es ; 6 9 E87 < E 7 ; Seperti se!elumn"a( delta digunakan se!agai a8alan "ang !erati Lper!edaan dalamM atau Lperu!ahan dariM# Se&ara spesi%ik N,S adalah energi dari keadaan akhir( sistem dikurangi energi dari keadaan a8al( =ES 5 E8S : ES Dan N,S adalah energi akhir lingkungan dikurangi energi a8al =E7 5 E87 : E7 u!ungan sim!ol'sim!ol persamaan 11# dapat dituliskan =ES 6 =E7 5 , atau =ES 5 < =E7 hukum pertama 2ni adalah ungkapan matematika "ang sesuai untuk hukum pertama termodinamika# $ersamaan terse!ut digunakan untuk menghitung peru!ahan energi sistem ika peru!ahan energi lingkungan diketahui( dan se!alikn"a# 7ntuk e!ih elasn"a: Aliran kalor atau kera *usaha+ "ang dialami oleh suatu sistem dapat men"e!a!kan s"stem terse!ut memperoleh atau kehilangan energi( tetapi se&ara keseluruhan energi itu tidak ada "ang hilang( energi terse!ut han"a mengalami peru!ahan# Berdasarkan hukum kekekalan energi terse!ut( hukum I termodinamika dirumuskan termodinamika dirumuskan se!agai !erikut: Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi, Q – W, sama dengan perubahan energi dalam U dari da ri system# system# $eranian tanda untuk @ dan adalah se!agai !erikut : ' ika sistem melakukan usaha( nilai nilai !ertanda !ertanda positi%( ' ika sistem menerima menerima usaha( nilai !ertanda negati%
' ikasistem menerima kalor( kalor( nilai @ !ertanda !ertanda positi%( ' ika sistem melepas kalor( nilai nilai @ !ertanda negati%#
Peru!ahan energi alam ,nergi dalam suatu gas merupakan ukuran langsung dari suhu# Karena itu peru!ahan energ" dalam N7 han"a tergantung pada keadaan a8al dan keadaan akhir( tidak tergantung pada proses !agaimana keadaan sistem !eru!ah# +%+%+ Hukum II Term"inamika Term"inamika ukum kedua termodinamika terkait dengan entropi# ukum ini men"atakan !ah8a total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi &enderung untuk meningkat seiring dengan meningka meningkatn" tn"aa 8aktu( 8aktu( mendeka mendekati ti nilai nilai maksim maksimumn" umn"a# a# Se!uah Se!uah !enda !enda dengan dengan massa massa m dilepaskan dilepaskan dari ketinggian h se&ara spontan spontan atuh ke tanah( kemudian kemudian diam# $ada situasi ini energi energi semesta semesta adalah adalah umlah umlah energi energi termal termal !enda( energi termal tanah dan energi mekanik mekanik !enda# Se!elum dilepaskan( !enda mempun"ai energi mekanik "ang sama dengan energi potensialn"a 7 H mgh( dan setelah !enda terse!ut diam di tanah( energi mekanikn"a nol#$ada proses ini( dengan demikian energi mekanik semesta !erkurang dari mgh menadi nol# ika energi energi total semesta tidak !eru!ah !eru!ah *hukum pertama termodinam termodinamika+( ika+( energi termal termal semesta semesta dapat meningkat dengan mgh#$eningkatan energi termal menunukan peningkatan "ang ke&il pada temperatur !enda dan tanah#
Se!agaimana Se!agaimana diketahui diketahui dari pengalaman pengalaman sehari'hari sehari'hari !ah8a suatu !enda "ang a8aln"a a8aln"a diam di tanah tidak akan pernah se&ara spontan melon&at ke udara# al terse!ut tidak mungkin teradi karena melanggar hukum pertama#ika se!uah !enda melon&at ke udara( akan teradi teradi pening peningkat katan an energi energi mekani mekanik k semest semesta# a#al al ini tidak tidak akan akan melang melanggar gar hukum hukum pertama( !agaimanapun ika terdapat hu!ungan penurunan energi termal semesta# ukum pertama tidak menelaskan mengapa !enda tidak pernah melon&at ke udara se&ara spontan# $roses !enda melon&at melon&at ke udara se&ara spontan spontan adalah ke!alikan ke!alikan dari proses proses !enda atuh ke tanah se&ara spontan# Satu proses teradi dengan mudah# Sedangkan proses ke!alikann"a tidak akan pernah teradi sama sekali# Ban"ak proses irre;ersi!le "ang lain "ang dapat teradi han"a han"a dala dalam m satu satu arah arah## Se!ag Se!agai ai &onto &ontoh( h( keti ketika ka !end !endaa "ang "ang dingi dingin n dan dan !end !endaa pana panass !ersentuhan( kalor selalu mengalir dari !enda panas ke k e !enda !end a "ang "an g dingin( dan tidak pernah dari dari !enda !enda dingi dingin n ke !end !endaa "ang "ang pana panas# s# Aki!at ki!atn" n"aa suhu suhu !enda !enda "ang "ang pana panass menu menuru run( n( sedangkan suhu !enda "ang dingin meningkat#ika proses ke!alikan "ang teradi( !enda "ang dingin akan menadi le!ih dingin sedangkan !enda "ang panas akan le!ih panas# )ontoh lain( tinta tinta ditete diteteska skan n kedalam kedalam segela segelass air( air( men"e!ar men"e!ar hingga hingga tinta tinta terse! terse!ut ut dalam dalam air# air# $roses $roses ke!alikann"a( dimana &uran air dan tinta se&ara spontan memisah menadi air murni dan
tinta murni( tidak akan pernah teradi ormulasi ormulasi Kel;in'$lan Kel;in'$lan&k &k atau hukum termodinami termodinamika ka kedua men"e!utkan !ah8a adalah tidak mungkin untuk mem!uat se!uah mesin kalor "ang !ekera dalam suatu siklus "ang semata'mata mengu!ah energi panas "ang diperoleh dari suatu reser;oir pada suhu tertentu seluruhn"a menadi usaha mekanik# ukum kedua termodinami termodinamika ka mengatakan mengatakan !ah8a aliran aliran kalor memiliki memiliki arah dengan kata lain( tidak semua proses di alam semesta semesta adalah re;ersi!le re;ersi!le *dapat di!alikkan di!alikkan arahn"a+# Se!agai &ontoh ika seekor !eruang kutu! tertidur di atas salu( maka salu di!a8ah tu!uh n"a akan men&air karena kalor dari tu!uh !eruang terse!ut# Akan tetapi !eruang terse!ut tidak dapat mengam!il kalor dari salu terse!ut untuk menghangatkan tu!uhn"a# Dengan demikian( aliran energi kalor memiliki arah( "aitu dari panas ke dingin# Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor#
Ka#asitas Kal"r Kapasitas kalor ) suatu Oat adalah !an"akn"a kalor @ "ang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu Oat se!esar 1 kel;in# kel; in# Se&ara matematis ditulis : > 5 m 1 =T Kapasitas kalor untuk gas ada dua ma&am( "aitu untuk ;olume tetap *)G+ dan untuk tekanan tetap *)$+# Kapasitas kalor untuk proses isokhorik diperoleh dari persamaan se!agai !erikut# > 5 nR9=T; Kapasitas kalor untuk proses iso!arik diperoleh dari persamaan se!agai !erikut# > 5 =' 6P9= ( ;5 nR9=T; 5 nR9 =T; =T; Dari persamaan diperoleh !ah8a : 1# : 1? 5 nR Kapasitas kalor "ang diperoleh pada persamaan adalah untuk gas monoatomik# 7ntuk gas diatomik( !esar )G dan )$ tergantung pada deraat ke!e!asan gas# Se!agai a&uan praktis dapat digunakan pem!agian suhu se!agai !erikut: ' pada suhu rendah *P 50 K+ : )G H nR dan )$ H nR ' pada suhu suhu sedang *P 500 K+ : )G H nR dan )$ H nR ' pada suhu tinggi *P 1000 K+ : )G H nR dan )$ H nR
BAB 222 $,BAASA2%- Hasil an Penga#likasian Hukum Term"inamika ukum termodinamika telah !erhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan %isika# ukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi# ukum kedua termodinamika !erkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana %ungsi "ang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi( "ang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem# ukum kedua ini men"atakan !ah8a untuk proses spontan( peru!ahan entropi semesta haruslah positi%# Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak *)hang( 00: 165+# Beri Berikut kut !e!er !e!erapa apa &onto &ontoh h apli aplika kasi si termo termodi dinam namik ikaa "ang "ang !iasa !iasa digun digunak akan an dalam dalam kehidupan sehari'hari : -% Air 1"niti"ner 9A1; Sistem Sistem kera A) terdiri terdiri dari !agian "ang !er%ungsi !er%ungsi untuk menaikkan menaikkan dan menurunkan menurunkan tekanan supa"a penguapan dan pen"erapan panas dapat !erlangsung# Komp Kompre reso sorr "ang "ang ada ada pada pada sist sistem em pend pendin ingi gin n dipe diperrguna gunaka kan n se!a se!aga gaii alat alat untu untuk k memamp memampatk atkan an %luida %luida kera kera *re%ri *re%rigen gent+( t+( adi adi re%rig re%rigent ent "ang "ang masuk masuk ke dalam dalam kompre kompresor sor dialirkan ke kondenser "ang kemudian dimampatkan di kondenser# Di !agian kondenser ini re%rigent "ang dimampatkan akan !eru!ah %ase dari re%rigent %ase uap menadi re%rigent %ase &air( maka re%rigent mengeluarkan kalor "aitu kalor penguapan "ang terkandung di dalam re%rigent# Adapun !esarn"a kalor "ang dilepaskan oleh kondenser adalah umlahan dari energi kompresor "ang diperlukan dan energi kalor "ang diam!il e;aparator dari su!stansi "ang akan didinginkan#
$ada kondensor( tekanan re%rigent "ang !erada dalam pipa'pipa kondensor relati% auh le!ih tinggi di!andingkan dengan tekanan re%rigent "ang !erada pada pipi'pipa e;aporator# Setelah re%rigent le8at kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari %ase uap ke %ase &air maka re%rigent dile8atkan melalui katup ekspansi( pada katup ekspansi ini re%rigent tekanann"a diturunkan sehingga re%rigent !eru!ah kondisi dari %ase &air ke %ase uap "ang kemudian dialirkan ke e;aporator( di dalam e;aporator ini re%rigent akan !eru!ah keadaann"a dari %ase &air ke %ase uap( peru!ahan %ase ini dise!a!kan karena tekanan re%rigent di!uat sedemikian rupa sehingga re%rigent setelah mele8ati katup ekspansi dan melalui e;aporator tekanann"a menadi sangat turun# al al ini ini se&a se&ara ra prak prakti tiss dapa dapatt dil dilak akuk ukan an den dengan gan ala alan n diam diamet eter er pipa pipa "an "ang g ada ada die;apo die;aporat rator or relati relati%% le!ih le!ih !esar !esar ika ika di!andi di!andingk ngkan an dengan dengan diamete diameterr pipa pipa "ang "ang ada pada kondenser# Dengan Dengan adan"a adan"a peru!a peru!ahan han kondisi kondisi re%ri re%rigent gent dari %ase %ase &air &air ke ke %ase %ase uap maka maka untu untuk k meru!ahn"a dari %ase &air ke re%rigent %ase uap maka proses ini mem!utuhkan energi "aitu energi energi penguapa penguapan( n( dalam dalam hal ini energi energi "ang "ang diper dipergun gunakan akan adalah adalah energ energii "ang "ang !erada !erada didalam su!stansi "ang akan didinginkan# Dengan Dengan diam!il diam!iln"a n"a energi energi "ang "ang diam diam!il !il dalam dalam su!sta su!stansi nsi "ang "ang akan akan diding didingink inkan an maka entalpi( su!stansi "ang akan didinginkan akan menadi turun( dengan turunn"a entalpi maka temperatur dari su!stansi "ang akan didinginkan akan menadi turun# $roses ini akan !eru!ah terus'menerus sampai teradi pendinginan "ang sesuai dengan keinginan# Berikut rangkaian gam!ar skema kera dari A) : +% Dis#enser $rinsip kera pemanas air $roses pemanasan pemanasan air teradi teradi pada pada saat air masuk kedalam kedalam ta!ung ta!ung pemanas# pemanas# Ta!un Ta!ung g pemanas merupakan ta!ung "ang ter!uat dari logam "ang disekitar ta!ung terse!ut dikeli dikelilin lingi gi oleh oleh elemen elemen pemana pemanas( s( sehing sehingga ga ketika ketika air mengal mengalir ir dari dari tampung tampungan an menuu menuu ta!ung pemanas sensor suhu "ang ada pada ta!ung pemanas akan memi&u elemen pemanas untuk !ekera( suhu tinggi "ang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air "ang suhun"a le!ih rendah( setelah setelah suhu air dalam ta!ung pemanas tinggi maksimal maksimal sensor suhu "ang ada pada ta!ung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas( pada saat elemen pemanas men"ala lampu indikator pemanas men"ala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati# $ada ta!ung ta!ung dispens dispenser er dipasang dipasang eaterQpeman eaterQpemanas as serta serta sensor sensor suhu suhu atau atau thermost thermostat at "ang "ang !er%ungsi untuk mem!atasi kera heater agar tidak !ekera terus'menerus "ang akan menim!ulkan suhu air dalam ta!ung dispenser !erle!ihan( karena apa!ila heater !erkera !erle!ih( heater akan panas dan !ahkan heater terse!ut akan teradi kerusakan didalamn"a# 7ntuk mengurangi teradin"a resiko terse!ut( di heater dipasang thermostat "ang !erguna untuk mengatur suhu# Ketika suhu air "ang dipanaskan oleh heater men&apai suhu tertentu sehingga mele!ihi suhu kera sensorQthermostat maka sensor akan !ekera dan memutuskan arus "ang mengalir ke heater( heater( dengan demikian demikian heater akan !erhenti !ekera sehingga suhu air tetap teraga teraga sesuai dengan ke!utuhan( !isa dilihat di lampu indikator dari 8arna merah akan !erganti 8arna
hiau# eater akan !ekera kem!ali manakala suhu air pada ta!ung menurun sampai suhun"a !erada di!a8ah suhu kera sensor( sensor dipasang seri dengan heater( dengan demikian %ungsi dari sensor ini mirip seperti saklar( han"a saa !ekeran"a se&ara otomatis !erdasarkan peru!ahan suhu#
$rinsip kera pendingin air $roses pendinginan air pada dispenser pada umumn"a di!edakan menadi "aitu: 1# $endinginan Air dengan an $roses pendinginan air menggunakan %an dilakukan dengan &ara menghisap suhu tinggi pada air ketika air !erada pada tampungan air kedua "ang letakn"a !erada di!a8ah tampungan air pertama( namun pada ken"ataann"a %an han"a alat !antu untuk memper&epat pem!uangan panas pada air( sehingga temperatur air han"a akan turun sedikit saa# Setelah mele8ati tampungan air kedua air akan dikeluarkan melalui keran dan siap untuk diminum# # $endinginan Air dengan Sistem Re%rigran $endinginan air pada dispenser menggunakan sistem re%rigran sama seperti sistem re%rigran pada kulkas han"a saa e;aporatorn"a dimasukkan kedalam tampungan air kedua "ang !erada di!a8ah tampungan air pertama( sehingga air disekitar e;apurator akan menadi air dingin# asil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem re%rigran le!ih maksimal di!andingkan pendinginan air menggunakan %an# Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua( air akan mengalir dan keluar memalui keran# -ama komponen pada dispenser: 1# Saklar nQ%% # Thermostat 1 3# Thermostat 4# Saluran da"a utama 5# ,lemen pemanas 6# Saluran air panas # Saluran air normal I# $ipa pem!uangan
2% Ri4e 1""ker $ada ri&e ri&e &ooker &ooker(( energ energii panas panas ini dihasi dihasilka lkan n dari dari energi energi listr listrik# ik# Suatu Suatu &airan &airan akan akan menguap !ila tekanan uap gas "ang !erasal dari &airan adalah sama dengan tekanan dari &aira &airan n ke seki sekita tarn rn"a "a *$ua *$uap p H $&ai $&air+ r+## adi adi(( titi titik k didi didih h suat suatu u &aira &airan n se!en se!enar arn" n"aa !isa !isa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar &airan *tekanan eksternal+# $ada penanak nasi !iasa( air akan dididihkan dengan tekanan eksternal !iasa( "aitu 101 k$a( dan mendidih pada titik didih !iasa( "aitu 100) *33 K+# Seme Sement ntar ara( a( pada pada pena penana nak k nasi nasi "ang "ang mema memani nipu pula lasi si tekan tekanan an pressure *pressure cooker ( atau electric pressure cooker + ika tutup lu!ang uapn"a di!uka( maka pressure pressure cooker akan akan
!ekera seperti penanak penan ak nasi !iasa( karena tekanan eksternaln"a sama dengan tekanan udara luar#
-amun( ika tutup lu!ang uapn"a *!iasan"a !erupa katup+ ditutup( akan ada peru!ahan p eru!ahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure &ooker dan titik didih &airan akan !eru!ah# Ketika katupn"a ditutup( kondisi sistem !eru!ah karena uap airn"a han"a dapat !erada di dalam ruang pressu ruang pressure re cooker # Karena ada tam!ahan massa *tutup katup+( tekanan makin tinggi dan titik kesetim!angan antar %ase *dalam hal ini( antara %ase &air dan %ase uap+ !eru!ah ke temperatur "ang le!ih tinggi( dan ter!entuklah titik didih !aru# assa tutup katup menentukan menentukan tekanan tekanan di dalam ruang pressur ruang pressuree cooker ( karena lu!ang katup katup akan akan mem!ia mem!iarkan rkan uap air keluar keluar ketika ketika tekanan tekanann"a n"a telah telah men&apa men&apaii titik titik terten tertentu# tu# Kele!ihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan sedikit uap melalui katup#
BAB 222 $,-7T7$ @%- Kesim#ulan ukum pertama termodinamika (first law of thermodynamics). ” ika ika energi panas yang diberi diberikan kan sistem sistem dikuran dikurangi gi dengan dengan usaha usaha yang yang dilaku dilakukan kan oleh oleh sistem sistem sama sama dengan dengan perubahan energi dalam sistem” . Dengan Dengan demikia demikian( n( hukum hukum pertam pertamaa termod termodinam inamika ika men"atak men"atakan an !ah8a !ah8a Bsejumlah kalor (Q) yang diterima dan usaha (W) yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk menambah energi dalam” . 7saha pada !er!agai !er!agai proses proses termodinami termodinamika( ka( meliputi meliputi iso!arik iso!arik *tekanan *tekanan konstan+( konstan+( isokhorik isokhorik *;olume konstan+( isotermik *suhu konstan+( dan adia!atik *tanpa panas+# Keempat proses ini memiliki aplikasi masing'masing dalam kehidupan sehari'hari( proses ini merupakan salah satu penerapan termodinamika "ang dapat dilihat se&ara elas# $ada $ada pros proses es mere mere!us !us air air( dua dua !uah !uah sist sistem em *api *apiQg Qgas as dan dan air+ air+ "ang "ang !er!e !er!eda da suhun suhun"a "a diga!ungkan# diga!ungkan# Telah Telah diketahui !ah8a temperatur temperatur akhir "ang di&apai oleh kedua sistem akan !erada di antara temperatur a8al kedua sistem# $roses perpindahan kalor dari suatu !enda ke !enda lain men"angkut perpindahan energi dapat dihitung se&ara pasti# Seumlah kalor @ "ang "ang dite diteri rima ma gas gas dapat dapat digun digunak akan an untuk untuk mela melaku kukan kan usah usahaa dan dan menam menam!ah !ahenergi energi dalam gas# dalam gas#
DATAR $7STAKA • • • •
Bam!ang Ru8anto#*00+# atematika atematika untuk fisiks dan tehnik.!#"og"akarta: tehnik.!#"og"akarta: Adi&ipta Bam!ang Ru8anto#*00+# atematika atematika untuk fisiks dan tehnik "#"og"akarta: "#"og"akarta: Adi&ipta Beiser(A#1990# #onsep #onsep $isika odern#akarta: odern#akarta: ,rlangga Darma8an(1990( %ermodinamika(Bandung: %ermodinamika(Bandung: urusan isika
