Dalam eksperimen fisika ini saya beri nama botol apung, nama kerennya sih cartesian diver. Alat ini digunakan untuk melihat gejala benda terapung, melayang, dan tenggelam. Alat ini cukup mudah dibuat karena bahan-bahannya ada di sekitar kita.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita biasa menyaksikan benda-benda saling bertumbukan. Banyak kecelakaan yang terjadi di jalan raya sebagiannya disebabkan karena tabrakan (tumbukan) antara dua kendaraan, baik antara sepeda motor dengan sepeda motor, mobil dengan mobil maupun antara sepeda motor dengan mobil. Demikian juga dengan kereta api atau kendaraan lainnya. Hidup kita tidak terlepas dari adanya tumbukan. Ketika bola sepak ditendang David Beckham, pada saat itu juga terjadi tumbukan antara bola sepak dengan kaki Abang Beckham. Tampa tumbukan, permainan billiard tidak akan pernah ada. Demikian juga dengan permainan kelereng kesukaanmu ketika masih kecil. Masih banyak contoh lainnya yang dapat anda temui dalam kehidupan sehari-hari. Ayo dipikirkan…
Pada pembahasan mengenai momentum dan impuls, kita telah meninjau hubungan antara momentum benda dengan peristiwa tumbukan. Hukum Kekekalan Momentum yang telah diulas sebelumnya juga selalu ditinjau ketika dua benda saling bertumbukan. Pada kesempatan ini kita akan mempelajari peristiwa tumbukan secara lebih mendalam dan mencoba melihat hukum-hukum fisika apa saja yang berlaku ketika benda-benda saling bertumbukan.
JENIS-JENIS TUMBUKAN
Perlu anda ketahui bahwa biasanya dua benda yang bertumbukan bergerak mendekat satu dengan yang lain dan setelah bertumbukan keduanya bergerak saling menjauhi. Ketika benda bergerak, maka tentu saja benda memiliki kecepatan. Karena benda tersebut mempunyai kecepatan (dan massa), maka benda itu pasti memiliki momentum (p = mv) dan juga Energi Kinetik (EK = ½ mv2).
Nah, pada kesempatan ini kita akan mempelajari jenis-jenis tumbukan antara dua benda dan mencoba melihat hubungannya dengan Kekekalan Momentum dan Kekekalan Energi Kinetik. Napa yang ditinjau kekekalan momentum dan kekekalan energi kinetik-nya ?bukannya Cuma momentum dan energi kinetik ? yupz… maksudnya begini, ketika benda bergerak saling mendekati sebelum tumbukan, kedua benda itu memiliki Momentum dan Energi Kinetik. Yang menjadi persoalan, bagaimana dengan Momentum dan Energi Kinetik kedua benda tersebut setelah bertumbukan ? apakah momentum dan energi kinetik kedua benda ketika sebelum tumbukan = momentum dan energi kinetik benda setelah tumbukan ? agar dirimu semakin memahaminya, mari kita bahas jenis-jenis tumbukan satu persatu dan meninjau kekekalan momentum dan kekekalan energi kinetik pada kedua benda yang bertumbukan.
Secara umum terdapat beberapa jenis tumbukan, antara lain Tumbukan lenting sempurna, Tumbukan lenting sebagian dan Tumbukan tidak lenting sama sekali.
TUMBUKAN LENTING SEMPURNA
Tumbukan lenting sempurna tu maksudnya bagaimanakah ? Dua benda dikatakan melakukan Tumbukan lenting sempurna jika Momentum dan Energi Kinetik kedua benda sebelum tumbukan = momentum dan energi kinetik setelah tumbukan. Dengan kata lain, pada tumbukan lenting sempurna berlaku Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik.
Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik berlaku pada peristiwa tumbukan lenting sempurna karena total massa dan kecepatan kedua benda sama, baik sebelum maupun setelah tumbukan. Hukum Kekekalan Energi Kinetik berlaku pada Tumbukan lenting sempurna karena selama tumbukan tidak ada energi yang hilang. Untuk memahami konsep ini, coba jawab pertanyaan gurumuda berikut ini. Ketika dua bola billiard atau dua kelereng bertumbukan, apakah anda mendengar bunyi yang diakibatkan oleh tumbukan itu ? atau ketika mobil atau sepeda motor bertabrakan, apakah ada bunyi yang dihasilkan ? pasti ada bunyi dan juga panas yang muncul akibat benturan antara dua benda. Bunyi dan panas ini termasuk energi. Jadi ketika dua benda bertumbukan dan menghasilkan bunyi dan panas, maka ada energi yang hilang selama proses tumbukan tersebut. Sebagian Energi Kinetik berubah menjadi energi panas dan energi bunyi. Dengan kata lain, total energi kinetik sebelum tumbukan tidak sama dengan total energi kinetik setelah tumbukan.
Nah, benda-benda yang mengalami Tumbukan Lenting Sempurna tidak menghasilkan bunyi, panas atau bentuk energi lain ketika terjadi tumbukan. Tidak ada Energi Kinetik yang hilang selama proses tumbukan. Dengan demikian, kita bisa mengatakan bahwa pada peritiwa Tumbukan Lenting Sempurna berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik.
Apakah tumbukan lenting sempurna dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari ? Tidak…. Tumbukan lenting sempurna merupakan sesuatu yang sulit kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Paling tidak ada ada sedikit energi panas dan bunyi yang dihasilkan ketika terjadi tumbukan. Salah satu contoh tumbukan yang mendekati lenting sempurna adalah tumbukan antara dua bola elastis, seperti bola billiard. Untuk kasus tumbukan bola billiard, memang energi kinetik tidak kekal tapi energi total selalu kekal. Lalu apa contoh Tumbukan lenting sempurna ? contoh jenis tumbukan ini tidak bisa kita lihat dengan mata telanjang karena terjadi pada tingkat atom, yakni tumbukan antara atom-atom dan molekul-molekul. Istirahat dulu ah…
Sekarang mari kita tinjau persamaan Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik pada perisitiwa Tumbukan Lenting Sempurna. Untuk memudahkan pemahaman dirimu, perhatikan gambar di bawah.
< ![endif]-->
Dua benda, benda 1 dan benda 2 bergerak saling mendekat. Benda 1 bergerak dengan kecepatan v1 dan benda 2 bergerak dengan kecepatan v2. Kedua benda itu bertumbukan dan terpantul dalam arah yang berlawanan. Perhatikan bahwa kecepatan merupakan besaran vektor sehingga dipengaruhi juga oleh arah. Sesuai dengan kesepakatan, arah ke kanan bertanda positif dan arah ke kiri bertanda negatif. Karena memiliki massa dan kecepatan, maka kedua benda memiliki momentum (p = mv) dan energi kinetik (EK = ½ mv2). Total Momentum dan Energi Kinetik kedua benda sama, baik sebelum tumbukan maupun setelah tumbukan.
Secara matematis, Hukum Kekekalan Momentum dirumuskan sebagai berikut :
< ![endif]-->
Keterangan :
m1 = massa benda 1, m2 = massa benda 2
v1 = kecepatan benda sebelum tumbukan dan v2 = kecepatan benda 2 Sebelum tumbukan
v’1 = kecepatan benda Setelah tumbukan, v’2 = kecepatan benda 2 setelah tumbukan
Jika dinyatakan dalam momentum,
m1v1 = momentum benda 1 sebelum tumbukan, m1v’1 = momentum benda 1 setelah tumbukan
m2v2 = momentum benda 2 sebelum tumbukan, m2v’2 = momentum benda 2 setelah tumbukan
Pada Tumbukan Lenting Sempurna berlaku juga Hukum Kekekalan Energi Kinetik. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
< ![endif]-->
Kita telah menurunkan 2 persamaan untuk Tumbukan Lenting Sempurna, yakni persamaan Hukum Kekekalan Momentum dan Persamaan Hukum Kekekalan Energi Kinetik. Ada suatu hal yang menarik, bahwa apabila hanya diketahui massa dan kecepatan awal, maka kecepatan setelah tumbukan bisa kita tentukan menggunakan suatu persamaan lain. Persamaan ini diturunkan dari dua persamaan di atas. Persamaan apakah itu ? nah, mari kita turunkan persamaan tersebut… dipahami perlahan-lahan ya
Sekarang kita tulis kembali persamaan Hukum Kekekalan Momentum :
< ![endif]-->
Kita tulis kembali persamaan Hukum Kekekalan Energi Kinetik :
< ![endif]-->
< ![endif]-->
Kita tulis kembali persamaan ini menjadi :
< ![endif]-->
Ini merupakan salah satu persamaan penting dalam Tumbukan Lenting sempurna, selain persamaan Kekekalan Momentum dan persamaan Kekekalan Energi Kinetik. Persamaan 3 menyatakan bahwa pada Tumbukan Lenting Sempurna, laju kedua benda sebelum dan setelah tumbukan sama besar tetapi berlawanan arah, berapapun massa benda tersebut.
Koofisien elastisitas Tumbukan Lenting Sempurna
Wah, istilah baru lagi ne… apaan sie koofisien elastisitas ? sebelum gurumuda menjelaskan apa itu koofisien elastisitas, mari kita obok2 lagi rumus fisika. Kali ini giliran persamaan 3…
Kita tulis lagi persamaan 3 :
< ![endif]-->
Perbandingan negatif antara selisih kecepatan benda setelah tumbukan dengan selisih kecepatan benda sebelum tumbukan disebut sebagai koofisien elatisitas alias faktor kepegasan (dalam buku Karangan Bapak Marthen Kanginan disebut koofisien restitusi). Untuk Tumbukan Lenting Sempurna, besar koofisien elastisitas = 1. ini menunjukkan bahwa total kecepatan benda setelah tumbukan = total kecepatan benda sebelum tumbukan. Lambang koofisien elastisitas adalah e. Secara umum, nilai koofisien elastisitas dinyatakan dengan persamaan :
Pada pembahasan sebelumnya, kita telah belajar bahwa pada Tumbukan Lenting Sempurna berlaku Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekakalan Energi Kinetik. Nah, bagaimana dengan tumbukan lenting sebagian ?
Pada tumbukan lenting sebagian, Hukum Kekekalan Energi Kinetik tidak berlaku karena ada perubahan energi kinetik terjadi ketika pada saat tumbukan. Perubahan energi kinetik bisa berarti terjadi pengurangan Energi Kinetik atau penambahan energi kinetik. Pengurangan energi kinetik terjadi ketika sebagian energi kinetik awal diubah menjadi energi lain, seperti energi panas, energi bunyi dan energi potensial. Hal ini yang membuat total energi kinetik akhir lebih kecil dari total energi kinetik awal. Kebanyakan tumbukan yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari termasuk dalam jenis ini, di mana total energi kinetik akhir lebih kecil dari total energi kinetik awal. Tumbukan antara kelereng, tabrakan antara dua kendaraan, bola yang dipantulkan ke lantai dan lenting ke udara, dll.
Sebaliknya, energi kinetik akhir total juga bisa bertambah setelah terjadi tumbukan. Hal ini terjadi ketika energi potensial (misalnya energi kimia atau nuklir) dilepaskan. Contoh untuk kasus ini adalah peristiwa ledakan.
Suatu tumbukan lenting sebagian biasanya memiliki koofisien elastisitas (e) berkisar antara 0 sampai 1. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
< ![endif]-->
Bagaimana dengan Hukum Kekekalan Momentum ? Hukum Kekekalan Momentum tetap berlaku pada peristiwa tumbukan lenting sebagian, dengan anggapan bahwa tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda-benda yang bertumbukan.
TUMBUKAN TIDAK LENTING SAMA SEKALI
Bagaimana dengan tumbukan tidak lenting sama sekali ? suatu tumbukan dikatakan Tumbukan Tidak Lenting sama sekali apabila dua benda yang bertumbukan bersatu alias saling menempel setelah tumbukan. Salah satu contoh populer dari tumbukan tidak lenting sama sekali adalah pendulum balistik. Pendulum balistik merupakan sebuah alat yang sering digunakan untuk mengukur laju proyektil, seperti peluru. Sebuah balok besar yang terbuat dari kayu atau bahan lainnya digantung seperti pendulum. Setelah itu, sebutir peluru ditembakkan pada balok tersebut dan biasanya peluru tertanam dalam balok. Sebagai akibat dari tumbukan tersebut, peluru dan balok bersama-sama terayun ke atas sampai ketinggian tertentu (ketinggian maksimum). Lihat gambar di bawah…
< ![endif]-->
Apakah pada Tumbukan Tidak Lenting Sama sekali berlaku hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik ?
Perhatikan gambar di atas. Hukum kekekalan momentum hanya berlaku pada waktu yang sangat singkat ketika peluru dan balok bertumbukan, karena pada saat itu belum ada gaya luar yang bekerja. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
Apakah setelah balok mulai bergerak masih berlaku hukum Kekekalan Momentum ? Tidak…. Mengapa tidak ? ketika balok (dan peluru yang tertanam di dalamnya) mulai bergerak, akan ada gaya luar yang bekerja pada balok dan peluru, yakni gaya gravitasi. Gaya gravitasi cenderung menarik balok kembali ke posisi setimbang. Karena ada gaya luar total yang bekerja, maka hukum Kekekalan Momentum tidak berlaku setelah balok bergerak.
Lalu bagaimana kita menganalisis gerakan balok dan peluru setelah tumbukan ?
Nah, masih ingatkah dirimu pada Hukum Kekekalan Energi Mekanik ? kita dapat menganalisis gerakan balok dan peluru setelah tumbukan menggunakan hukum Kekekalan Energi Mekanik. Ketika balok mulai bergerak setelah tumbukan, sedikit demi sedikit energi kinetik berubah menjadi energi potensial gravitasi. Ketika balok dan peluru mencapai ketinggian maksimum (h), seluruh Energi Kinetik berubah menjadi Energi Potensial gravitasi. Dengan kata lain, pada ketinggian maksimum (h), Energi Potensial gravitasi bernilai maksimum, sedangkan EK = 0.
Kita turunkan persamaannya ya
Catatan :
Ketika balok dan peluru tepat mulai bergerak dengan kecepatan v’, h1 = 0. Pada saat balok dan peluru berada pada ketinggian maksimum, h2 = h dan v2 = 0.
Persamaan Hukum Kekekalan Energi Mekanik untuk kasus tumbukan tidak lenting sama sekali.
EM1 = EM2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
0 + EK1 = EP2 + 0
½ (m1 + m2)v’2 = (m1 + m2) g h < ![endif]-->< ![endif]-->— persamaan 2
Telah dikatakan sebelumnya bahwa suatu benda tegar dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai suatu titik yang yang disebut titik berat.
Benda akan seimbang jika pas diletakkan di titik beratnya
Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya.
Mari kita tinjau suatu benda tegar, misalnya tongkat pemukul kasti, kemudian kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara aeksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya. Dan, secara keseluruhan benda bergerak dalam lintasan parabola. Lintasan ini merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.
Demikian halnya seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolam renang. Dia melakukan gerak berputar saat terjun. sebagaimana tongkat pada contoh di atas, peloncat indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa dilihat dari lintasan titik beratnya. Perhatikan gambar berikut ini.
seorang yang meloncat ke air dengan berputar
Jadi, lintasan gerak translasi dari benda tegar dapat ditinjau sebagai lintasan dari letak titik berat benda tersebut. Dari peristiwa initampak bahwa peranan titik berat begitu penting dalam menggambarkangerak benda tegar.
Cara untuk mengetahui letak titik berat suatu benda tegar akan menjadi mudah untuk benda-benda yang memiliki simetri tertentu, misalnya segitiga, kubus, balok, bujur sangkar, bola dan lain-lain. Yaitu d sama dengan letak sumbu simetrinya. Hal ini jelas terlihat pada contoh diatas bahwa letak titik berat sama dengan sumbu rotasi yang tidak lain adalah sumbu simetrinya.
Orang ini berada dalam keseimbangan
Di sisi lain untuk benda-benda yang mempunyai bentuk sembarang letak titik berat dicari dengan perhitungan. Perhitungan didasarkan pada asumsi bahwa kita dapatmengambil beberapa titik dari benda yang ingin dihitung titik beratnya dikalikan dengan berat di masing-masing titik kemudian dijumlahkan dan dibagi dengan jumlah berat pada tiap-tiap titik. dikatakan titik berat juga merupakan pusat massa di dekat permukaan bumi, namun untuk tempat yang ketinggiannya tertentu di atas bumi titik berat dan pusat massa harus dibedakan.
Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut. SIFAT GAS UMUM
Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
SIFAT GAS IDEAL
Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.
Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.
PERSAMAAN GAS IDEAL DAN TEKANAN (P) GAS IDEAL
P V = n R T = N K T n = N/No T = suhu (ºK)
R = K . No = 8,31 )/mol. ºK
N = jumlah pertikel P = (2N / 3V) . Ek® T = 2Ek/3K V = volume (m3)
n = jumlah molekul gas
K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/ºK
No = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023/mol ENERGI TOTAL (U) DAN KECEPATAN (v) GAS IDEAL Ek = 3KT/2 U = N Ek = 3NKT/2 v = Ö(3 K T/m) = Ö(3P/r) dengan: Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal
U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal
v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal
m = massa satu mol gas
p = massa jenis gas ideal Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:
Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .
Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.
Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:
Pada (n, T) tetap, (isotermik) berlaku Hukum Boyle: PV = C
Pada (n, V) tetap, (isokhorik) berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C
Pada (n,P) tetap, (isobarik)
berlaku Hukum Gay-Lussac:
V/T= C
Padan tetap, berlaku Hukum
Boyle-Gay-Lussac: PV/T=C C = konstan Jadi: (P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2=...dst.
Contoh: 1. Berapakah kecepatan rata-rata dari partikel-partikel suatu gas dalam keadaan normal, jika massa jenis gas 100 kg/m3 dan tekanannya 1,2.105 N/m2? Jawab: PV = 2/3 Ek
PV = 2/3 . 1/2 . m v2 = 1/3 m v2
v2 = (3PV)/m = (3 P)/(m/V) = 3P/r v = Ö3P/r = Ö3.1,2.105/100 = 60 m/det 2. Suatu gas tekanannya 15 atm dan volumenya 25 cm3 memenuhi persamaan PV - RT. Bila tekanan gas berubah 1/10 atm tiap menit secara isotermal. Hitunglah perubahan volume gas tiap menit? Jawab: Persamaan PV = RT jelas untuk gas ideal dengan jumlah mol gas n = 1. Jadi kita ubah persamaan tersebut menjadi: P DV + V DP = R DT (cara differensial parsial)
15 . DV + 25. 1/10 = R . 0 ® AV = -25 /15.10 = -1/6 cm3/menit
Jadi perubahan volume gas tiap menit adalah 1/6 cm3,dimana tanda (-) menyatakan gas menerima usaha dari luar (dari sekelilingnya).
TERMODINAMIKA adalah ilmu yang mempelajari perubahan kalor menjadi kerja dan segala hubungannya dengan sifat-sifat sistem yang ditinjau.
Kalor dan diubah dalam berbagai macam kerja seperti :
Kerja mekanis
kerja Elektrik dll
beberapa contoh yang menggunakan prinsip termodinamika : motor bakar, pemanas tenaga surya, pemanas/pendingin udara dll
ENERGI
Kemampuan melakukan kerja atau perubahan, tidak dapat diciptakan atau dihilangkan, hanya dapat dirubah bentuknya. Pembagian Energi
Energi Tersimpan
- Energi kinetic
- Energi Potensial
- Energi Dalam
- Energi Kimia
Energi dalam perubahan
- Panas
- Kerja
SISTEM
Istilah sistem dalam hal ini dapat diartikan sebagai kumpulan dari beberapa substansi yang berada dalam suatu batas yang ditentukan.
Sistem dapat berupa kumpulan zat seperti air dalam botol,gas dalam tabung.Atau system juga dapat didefinisikan sebagai daerah dalam ruang,semisal ruangan dalam tabung dengan segala isi yang terdapat didalamnya.
Sistem tertutup : tidak ada perpindahan massa missal Gas dalam tangki
Sistem terbuka : ada perpindahan massa missal Boiler
Boundari (batas system) : – Fixed (tetap) missal lapisan tangki yang berisi gas
– Elastic (mengalami perubahan) Misal Silinder + piston
LINGKUNGAN
Adalah segala hal yang berada diluar batas system yang telah ditentukan yang dapat atau mungkin mempengaruhi sitem
Contoh :
Peristiwa perubahan air menjadi uap (penguapan) pada saat mendidihkan air
Sitemnya adalah : air yang akan berubah wujud menjadi uap
Batas system : nilai batas suhu penguapan,berapa volume air yang akan menguap
Lingkungan : suhu udara disekitar proses penguapan
LINTASAN PERUBAHAN KEADAAN
Sederetan perubahan pada system jika dibandingkan antara keadaan awal dan keadaan akir
KESEIMBANGAN
Suatu system bisa dikatakan dalam keadaan seimbang apabila antara system dan lingkungan dalam keadan stabil,tidak terjadi perubahan lebih lanjut.
Permisalan : Segelas air es apabila dicampur dengan segelas air mendidih, maka masing-masing air akan mengalami perubahan suhu.Es akan mencair ( naik suhunya),sebaliknya air mendidih akan menjadi lebih dingin (suhunya turun).sampai akirnya tercipta suhu bersama.Suhu inilah titik keseimbangan.
Perubahan lebih lanjut terjadi karena ada penyebab dari luar yang memaksa.
KEADAAN /STATE
Adalah kondisi system yang dapat dinyatakan oleh sifat-sifatnya
PROSES
Adalah cara bagaimana lintasan peristiwa terjadi pada system.proses hanya digambarkan dengan sifat-sifat system atau hubungan fungsi antara sifat-sifat tersbut.
Sifat system hanya tergantung dari keadaan system dan tidak tergantung bagaimanakeadaan tersebut dicapai
SIFAT / PROPERTI
Sifat adalah karakteristik yang dapat diukur langsung atau tidak langsung ketika system dalam keseimbangan atau dekat dengan keseimbangan
Misal : Volume, berat, suhu, kekentalan dll
Sifat dapat dibedakan dalam dua jenis
sifat intensif : sifat zat/materi yang tidak tergantung pada jumlah massanya dalam batas system
Contoh : Berat jenis, volume jenis, kalor jenis,tekanan
sifat ekstensif : sifat materi yang berhubungan langsung / berbanding lurus dengan massa system.
Contoh : Volume, berat
System termodinamika dapat berada dalam
Satu Fase : Cair saja, padat saja, gas saja.
Dua Fase : Air + uap air , udara + debu
Tiga fase : Air + uap air + es
Contoh diatas menunjukan bahwa system termodinamis bisa berada pada lebih dari satu komponen.
Sistem termodinamika juga dapat dikategorikan dalam 2 jenis
1. System homogen : komponen dan fasenya merata pada seluruh volumenya.misal : kopi manis, walau terdiri dari tiga macam material yaitu kopi,air dan gula namun bila diaduk merata diseluruh volumenya maka bisa dikatakan homogen
2.System heterogen : tidak homogen.contoh minyak goreng mengendap,walau satu jenis material namun fasenya tidak merata disetiap volumenya maka dikatakan system heterogen
Komposisi : jumlah relative (perbandingan) zat-zat yang ada dalam system
Zat murni : system yang terdiri dari satu macam zat yang homogen fasenya dan stabil secara kimia
HUKUM TERMODINAMIKA
Hukum Pertama : Kekekalan energi
Energi adalah lestari,tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
Hukum Kedua : Konsep entropi.Dengan konsep entropi kemungkinan atau kemustahilan suatu proses dapat ditentukan.Proses yang menghasilkan entropi dimungkinkan dapat berlangsung, sebaliknya proses yang menghilangkan entropi mustahil terjadi
BEBERAPA BESARAN PENTING DALAM TERMODINAMIKA
TEKANAN ( P )
Tekanan termasuk sebagai sifat intensif.Tidak dapat dibagi-bagi atau dilipatkan
Tekanan = Gaya per satuan luas
F = Gaya
A = Luas
Satuan tekanan inggris= Psi
1 Atm = 1 kg / cm2 = 0.98 bar mendekati 1 bar
1 in.hg = 0.4912 psi
Satuan international (SI) = Pascal (pa)
1 pascal = 1 N/cm2
1 bar = 100000 Pa = 10 N/m2 = 1 Atm.
Cara menyatakan Tekanan Dari alat pengukur tekanan
P = P - P
Besaran lain yang sejenis dengan tekanan adalah Tegangan
Tegangan ( τ ) : dalam system mekanis
GGL : δW = -εdθ : dalam system listrik
Kuat medan : δW = -K.dJ : dalam satuan magnetic
VOLUME ( V )
Volume termasuk sifat ekstensiv, bisa dibagi ataupun dilipatkan
BERAT ( W )
Berat termasuk sifat ekstensif
W = M. g
M : massa
G : gravitasi = 32,16 ft/sec2 = 9,81 m/s2
KERJA (W)
Kerja adalah energi yang dikeluarkan untuk memindahkan partikel dalam jarak tertentu.kerja yang dihasilkan oleh gaya sebanding dengan pertambahan energi kinetic partikel tersebut.
Energi kinetic adalah energi tersimpan dalam partikel yang mengalami perubahan kecepatan.
Kerja luar : kerja yang dilakukan oleh system kepada lingkungan
Kerja mekanik seperti penarikan / penekanan kawat
dW = – F.dL. tanda (-) untuk gaya tarik, kawat akan mengalami perlawan karena gaya tarik.
W = F. dX.cosθ F: Gaya dX : jarak perpindahan θ : sudut antara F dan X
Ek : energi Kinetik M : Massa V : Kecepatan
W = F. dX =
Tekanan (P) = F/A F=P.A A : luas penampang
W = P.A.dX, sedangkan A.dx = dV ( perubahan volume )
Maka kerja bisa dituliskan dalam formula W = P.dV. rumus ini berlaku untuk kondisi system tertutup (massa tetap).Misal; proses pada system piston motor bakar.
dV > 0 → kerja expansi (volume membesar)
dV < 0 → kerja kompresi (volume mengecil)
SUHU
Macam-macam pengukur suhu
Thermometer air raksa (pemuaian Hg)
Termometer gas (hubungan antara P tekanan, Volume, dan suhu )
Thermometer Hambatan (hubungan tahanan (R) logam
Termokopel (hubungan antara kalor dengan GGL)
KALOR (Q)
Adalah energy yang berpindah apabila beberapa benda beda suhu dikontakan.kalor tidak tersimpan dalam benda.
Dalam termodinamika perlu dipelajari
perubahan apa yang terjadi pada sifat benda bila ia melepas / menerima kalor
apakah ada batas terendah / tertinggi suhu suatu benda
ketentuan :
kalor yang dikeluarkan oleh system yang ditinjau : bernilai minus ( – )
kalor yang diisap oleh system : bernilai plus ( + )
Satuan kalor ;
BTU (Inggris) : banyaknya kalor untuk menaikan suhu air dengan massa 1 lb senilai 1 Fahrenheit pada suhu 68 F,tekanan atkosfer standart
Calorie : banyaknya kalor untuk menaikkan suhu air 1 gram senilai 1 celcius pada suhu 15 C,tekanan atmosfer standart
1 Joule = 1 N.m = 1 watt.dt = 1 kgm2/dt2
1 KWH = 3,6 megajoule
1 e.v (electron Volt ) = 1,60219. (10)pangkat-19 Joule
1 kilo calorie = 4,2 kilo joule
1 Btu = 252 kalori = 1055 joule
Besarnya kalor yang dipindahkan tergantung lintasan perubahan lintasan Adiabatik : apabila dalam proses, antara system dan lingkungan tidak terjadi perpindahan kalor Panas jenis : jumlah kalor yang diperlukan untuk mengadakan perubahan kalor persatuan berat ( C ) = dq / m
Untuk air panas jenis = 1 btu / lb Fahreinhet Panas laten : kalor yang diperlukan untuk merubah struktur fisik zat pada suhu konstan
Contoh : panas penguapan, panas pencairan dll
DAYA ( POWER P)
Daya adalah laju perpindahan energi.Atau kata lain banyaknya pemakaian energi dalam suatu proses dari kondisi awal sampai akir.
ENERGI DALAM ( U )
E = EK + EP + U
E : Energi total system
EK : Energi kinetic
EP : Energi potensial
U : Energi Dalam
