Tujuan Teknik kimia
Teknik kimia (Inggris: chemical engineering) adalah ilmu teknik atau rekayasa yang mempelajari pemrosesan bahan mentah menjadi barang yang lebih berguna, dapat berupa barang jadi ataupun barang setengah jadi. Ilmu teknik kimia diaplikasikan terutama dalam perancangan dan pemeliharaan proses-proses kimia, baik dalam skala kecil maupun dalam skala besar seperti pabrik. Insinyur teknik kimia yang pekerjaannya bertanggung jawab terhadap perancangan dan perawatan proses kimia pada skala pabrik dikenal dengan sebutan "insinyur proses" (process engineer). Selain itu, insinyur teknik kimia juga terkait dengan penelitian dan pengembangan proses kimia.
Contoh
Berikut ini adalah contoh yang mengilustrasikan peran seorang insinyur teknik kimia di pabrik:
“Perbedaan antara teknik kimia dan kimia dapat diilustrasikan dengan mengambil contoh proses produksi jus jeruk. Seorang ahli kimia akan berusaha untuk meneliti metode-metode ekstraksi jus jeruk. Metode yang paling sederhana yang mungkin ditemukan adalah memotong jeruk menjadi dua bagian dan kemudian memerasnya. Metode yang lebih rumit adalah dengan cara mengupas kulit jeruk dan kemudian menghancurkan jeruk untuk memperoleh jusnya.
Sebuah perusahaan kemudian menginstruksikan seorang insinyur teknik kimia untuk merancang pabrik penghasil jus jeruk dengan kapasitas produksi beberapa ribu ton jus per tahun. Insinyur tersebut akan menganalisis proses-proses produksi yang mungkin dan kemudian mengevaluasi keekonomisan setiap proses yang mungkin. Walaupun metode produksi jus dengan cara memeras sangat sederhana, proses ini tidak ekonomis karena memerlukan ribuan orang untuk mencapai target produksi. Oleh karena itu, metode lain akan dipilih (mungkin metode pengupasan dan penghancuran). Dari contoh ini, dapat dilihat bahwa proses produksi yang paling sederhana dalam skala laboratorium belum tentu merupakan metode paling ekonomis pada suatu pabrik."
Tujuan Umum
Teknik kimia adalah profesi dimana pengetahuan ttg matematika, kimia dan ilmu pengetahuan yang lain, yg diperoleh dari studi, pengalaman &praktek diterapkan dengan pertimbangan untuk mengembangkan cara-cara yg ekonomis bagi penggunaan materi & energi untuk kepentingan manusia.
Teknik kimia selalu menitikberatkan pekerjaannya untuk menghasilkan proses yang ekonomis. Untuk mencapai tujuan ini, seorang insinyur teknik kimia dapat menyederhanakan atau memperumit aliran proses produksi untuk memperoleh proses yang ekonomis. Selain melalui perancangan aliran proses produksi, seorang insinyur teknik kimia juga dapat menghasilkan proses yang ekonomis dengan merancang kondisi operasi. Beberapa reaksi kimia memiliki laju reaksi yang lebih tinggi pada tekanan atau temperatur operasi yang lebih tinggi. Proses produksi amonia adalah contoh dari pemanfaatan tekanan tinggi. Agar laju pembentukan amonia cepat, reaksi dilangsungkan dalam suatu reaktor bertekanan tinggi.
Proses-proses kimia berlangsung dalam peralatan proses. Peralatan proses umumnya merupakan satu unit operasi. Unit-unit operasi kemudian dirangkaikan untuk melakukan berbagai kebutuhan dari sintesis kimia ataupun dari proses pemisahan. Pada beberapa unit operasi, peristiwa sintesis kimia dan proses pemisahan berlangsung secara bersamaan. Penggabungan dari keduanya ini bisa dilihat dari proses distilasi reaktif.
Ilmu-ilmu yang menjadi dasar dalam teknik kimia, antara lain adalah:
Neraca massa
Neraca energi
Peristiwa perpindahan massa, energi, momentum
Reaksi kimia
Termokimia
Termodinamika
Terdapat pula ilmu-ilmu pendukung yang teknik kimia, antara lain:
Mekanika fluida
Ilmu tentang material
Selain ilmu dasar dan ilmu pendukung, terdapat pula kemampuan-kemampuan dan pengetahuan-pengetahuan aplikatif yang perlu dikuasai oleh seorang insinyur teknik kimia, antara lain:
Pengendalian proses kimia
Instrumentasi
Perancangan proses kimia
Penanganan limbah pabrik
Prosedur keselamatan pabrik kimia
Evaluasi ekonomi pabrik kimia
Manajemen proyek
Pencampuran
Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi (obyek tidak menempel satu sama lain).Sementara tak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, properti kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat dipisahkan menjadi komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen.
Pencampuran adalah produk pencampuran mekanis atau pencampuran zat kimia seperti elemen dan senyawa, tanpa penyatuan kimia atau perubahan kimia lainnya, sehingga masing-masing zat mempertahankan properti dan karakteristik kimianya.
pemisahan
Dalam Kimia dan teknik kimia, proses pemisahan digunakan untuk mendapatkan dua atau lebih produk yang lebih murni dari suatu campuran senyawa kimia. Sebagian besar senyawa kimia ditemukan di alam dalam keadaan yang tidak murni. Biasanya, suatu senyawa kimia berada dalam keadaan tercampur dengan senyawa lain. Untuk beberapa keperluan seperti sintesis senyawa kimia yang memerlukan bahan baku senyawa kimia dalam keadaan murni atau proses produksi suatu senyawa kimia dengan kemurnian tinggi, proses pemisahan perlu dilakukan. Proses pemisahan sangat penting dalam bidang teknik kimia. Suatu contoh pentingnya proses pemisahan adalah pada proses pengolahan minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran berbagai jenis hidrokarbon. Pemanfaatan hidrokarbon-hidrokarbon penyusun minyak bumi akan lebih berharga bila memiliki kemurnian yang tinggi. Proses pemisahan minyak bumi menjadi komponen-komponennya akan menghasilkan produk LPG, solar, avtur, pelumas, dan aspal.
Secara mendasar, proses pemisahan dapat diterangkan sebagai proses perpindahan massa. Proses pemisahan sendiri dapat diklasifikasikan menjadi proses pemisahan secara mekanis atau kimiawi. Pemilihan jenis proses pemisahan yang digunakan bergantung pada kondisi yang dihadapi. Pemisahan secara mekanis dilakukan kapanpun memungkinkan karena biaya operasinya lebih murah dari pemisahan secara kimiawi. Untuk campuran yang tidak dapat dipisahkan melalui proses pemisahan mekanis (seperti pemisahan minyak bumi), proses pemisahan kimiawi harus dilakukan.
Proses pemisahan suatu campuran dapat dilakukan dengan berbagai metode. Metode pemisahan yang dipilih bergantung pada fasa komponen penyusun campuran. Suatu campuran dapat berupa campuran homogen (satu fasa) atau campuran heterogen (lebih dari satu fasa). Suatu campuran heterogen dapat mengandung dua atau lebih fasa: padat-padat, padat-cair, padat-gas, cair-cair, cair-gas, gas-gas, campuran padat-cair-gas, dan sebagainya. Pada berbagai kasus, dua atau lebih proses pemisahan harus dikombinasikan untuk mendapatkan hasil pemisahan yang diinginkan.
proses pemisahan
Untuk proses pemisahan suatu campuran heterogen, terdapat empat prinsip utama proses pemisahan, yaitu:
Sedimentasi
Flotasi
Sentrifugasi
Filtrasi
Proses pemisahan suatu campuran homogen, prinsipnya merupakan pemisahan dari terbentuknya suatu fasa baru sehingga campuran menjadi suatu campuran heterogen yang mudah dipisahkan. Fasa baru terjadi / terbentuk dari adanya perbedaan sifat fisik dan kimiawi masing-masing komponen. Berbagai metode yang digunakan untuk terjadinya suatu fasa baru sehingga campuran homogen dapat dipisahkan adalah:
Absorpsi
Adsorpsi
Kromatografi
Kristalisasi
Distilasi
Evaporasi
Elektroforesis
Evaporation
Ekstraksi
Leaching
Ekstraksi cair-cair
Ekstraksi padat-cair
Pembekuan fraksional
Presipitasi
Rekristalisasi
Teknik pendingin (refrigerasi) dipakai secara luas disetiap sektor kehidupanutamanya dalam dunia industri. Pembekuan /pendinginan bahan makanan untuk tujuanpengawetan dan mempertahankan kesegaran produk hasil pertanian pasca panen danperikanan, mutlak diperlukan agar mutu produk tersebut dapat dipertahankan. Haltersebut menjadi lebih penting lagi jika produk tersebut berorientasi eksporiTeknik pendingin mencakup bidang refrigerasi dan pengkondisian udara.Kedua bidang ini memiliki kaitan yaitu masing-masing berfungsi sebagai pendinginan,namun secara spesifik dapat dibedakan sebagai berikut :Secara spesifik mang lingkup Pengkondisian udara (air conditioning) dan TeknikPendingin (refrigerasi) adalah sebagai berikut :1. Pengkondisian (tata) udara :• Penghangatan / pendinginan ruangan• pengaturan kelembaban• dan kualitas udaraZ. Refrigerasi• Pengawetan/pemrosesan bahan makanan• Pengawetan bahan kimia dan• Proses industriDalam diktat kuliah ini pembahasan lebih banyak mengarah pada pembahasan masalahrefrigerasi, sedangkan pengkondisian udara (sistem tata udara) akan dibahas dalamtulisan yang lain.
Diantara penerapan/ aplikasi teknik pendingin adalah sebagai berikut:Pemrosesan makananProduk susu. Produk hewani yang utama adalah susu, es krim dan keju. Untukkeperluan pasteurisasi susu, pertama-tama suhunya dinaikkan hingga kira-kira 73 ° Cselama kurang lebih 20 detik, kemudian susu didinginkan hingga 3 atau 4 ° C untukpenyimpanan.Bahan minuman. Pendinginan merupakan faktor penting dalam pembuatan bahanminuman seperti sari buah-buahan , bir dan anggur.Cita rasa berbagai minuman dapatmenjadi lezat jika disuguhkan dalam keadaan dingiaDalam industri bahan minuman,refrigerasi berfungsi mengendalikan reaksi fermentasi dan mengawetkan beberapaproduk setengah jadi serta produk akhirnyaFermentasi harus berlangsung pada suhu 8dan 12 ° C, yang diatur dengan refrigerasiIndustri kimia dan prosesIndustri kimia dan industri proseg, yang meliputi pabrik industri bahan kimia,penyulingan minyak, pabrik petro kimia, pabrik kertas dan pulp.Industri inimembutuhkan refrigerasi yang ditangani n dengan baik, oleh karena hampir setiapinstalasi mempunyai perbedaan serta harganya yang begitu tinggi. Beberapa fungsirefrigerasi yang penting di dalam industri kimia dan industri proses adalah untuk :1. Pemisahan gas-gas2. Pengembunan gas3. Pemadatan suatu zat di dalam campuran untuk memisahkannya dari yang lain4. Menjaga kondisi suhu rendah dalam penyimpanan gas cair agar tekanannya tidakberlebihan5. Penghilangan kalor reaksiCampuran gas hidrokarbon dapat dipisahkan menjadi unsur-unsurnj'a dengan caramendinginkan campuran tersebut, sehingga unsur yang tinggi titik didihnya, akanmencair terlebih dahulu dan dapat di pisahkan secara fisik dari unsur yang masihberbentuk gas. Kadang-kadang di dalam pabrik petro kimia hidrokarbon, seperti propana.
digunakan sebagai refrigran, karena harganya lebih rendah dari refrigeran yang lain,tetapi pabriknya harus diperlengkapi dengan peralatan untuk mengatasi bahan yangmudah terbakar.Penggunaan khusus refrigeras!Penggunaan khusus refrigeras i mencakup industri kecil sampai skala besarWadah minuman. Untuk mendinginkan air minum di dalam wadah penyimpanan yangdapat diminum bila di inginkan , digunakan unit refrigerasi berukuran kecil.Penurunan kelembaban. Salah satu alat yang digunakan untuk menurunkan kandunganair diudara dalam rumah dan gedung menggunakan unit refrigerasi dengan caramelewatkan udara tersebut melalui koil evaporator yang bersuhu rendah, disini udara didinginkan sehingga air yang terkandung di dalamnya mengembun di perukaan koil.Kemudian udara dingin tersebut mengalir melalui kondensor lalu di keluarkan keruangan.Pembuat es. Pembentukan es dapat terjadi di dalam lemari es rumah tangga, yang dapatmelayani kebutuhan restoran, dan motel-motel, tetapi untuk keperluan industripemrosesan makanan dan industri kimia perlu dilayani oleh industri pembuat es berskalabesar.Lapangan skat-es. Pemain skat dan hoki e serta curies tak dapat menggantungkanharapan pada cuaca yang cukup dingin untuk membekukan air di dalam lapangan skatmereka, untuk keperluan tersebut di dalam lapangan skat di pasang pipa-pipa. yangmengalirkan refrigeran yang bersuhu rendah. Pipa-pipa ini ditutupi dengan pasir atauserbuk gergaji, di atasnya dituangkan air yang perlu di bekukan .Konstruksi. Kadang-kadang refrigerasi digunakan untuk mendinginkan tanah bagikeperluan penggalian. Selanjutnya refrigersi dimanfaatkan untuk pendinginan massabeton vane sangat besar. Beton dapat di dinginkan dengan cara mendinginkan pasir, batu
koral, air, dan semen sebelum dicampurkan, dan membenamkannya pipa-pipa air dinginke dalam beton.Penawar air laut. Salah satu cara yang dapat dipakai untuk menawarkan air laut adalahdengan membekukan es yang relatif bebas garan dari air laut, kemudian es tersebutdipisahkan dan dicairkan kembali untuk mendapatkan air bersih.Teknik pendingin merupakan aplikasi dari mata kuliah termodinamika danperpindahan kalor (heat transfer). Oleh karena itu konsep, model dan hukum-hukumtermodinamika dan perpindahan kalor diperlukan untuk memudahkan pemahaman dalammempelajari mata kuliah teknik pendingin.
Penekanan / perubahan tekanan
Peningkatan tekanan pada reaksi yang melibatkan gas pereaksi akan meningkatan laju reaksi. Perubahaan tekanan pada suatu reaksi yang melibatkan hanya zat padat maupun zat cair tidak memberikan perubahaan apapun pada laju reaksi Beberapa ContohDalam proses pembuatan amonia dengan proses Haber, laju reaksi antara hidrogen dan nitrogen ditingkatkan dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi.Sesungguhnya, alasan utama menggunakan tekanan tinggi adalah untuk meningkatkan persentase amonia didalam kesetimbangan campuran, namun hal ini juga memberikan perubahaan yang berarti pada laju reaksi juga.
Hubungan Antara Tekanan Dan Konsentrasi Peningkatan tekanan dari gas adalah sama dengan peningkatan pada konsentrasi. Jika Anda memilki gas dalam massa tertentu, semakin Anda meningkatkan tekanan semakin kecil juga volumenya. Jika Anda memiliki massa yang sama dengan volume yang lebih kecil, maka semakin tinggi konsentrasinya. Karena "RT" merupakan tetapan selama suhu tetap, menunjukkan bahwa tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi. Jika Anda melipat gandakannya, Anda juga menggandakan konsentrasinya.
Pengaruh Peningkatan Tekanan Terhadap Laju Reaksi Tumbukan yang melibatkan dua partikel Argumen yang sama berlaku ketika dua reaksi melibatkan tumbukan antara dua partikel yang berbeda atau dua partikel yang sama. Supaya suatu reaksi dapat berlangsung, partikel-partikel tersebut pertama-tama haruslah bertumbukan. Hal ini berlaku ketika dua partikel itu gas atau salah satu gas dan satunya lagi benda padat. Jika tekanan tinggi, kemungkinan untuk bertumbukan pun semakin besar.
Recent Posts
 |
Kamis, 18 Februari 2010
..:panas:.. fisika dasar 2 teknik kimia ekstensi 09 universitas sriwijaya
PENGERTIAN PANAS
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dapat berubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh salah satu bentuk energi adalah Panas. Manusia sangat membutuhkan panas seperti memasak nasi, menjemur pakaian, atau menyetrika pakaian. Perpindahan energi panas dapat terjadi di benda padat, cair maupun gas. Perpindahan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu.
Panas atau sering disebut dengan kalor adalah salah satu bentuk energi. Benda-benda menjadi panas karena diberi energi. Perpindahan energi panas terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Satuan energi panas sama dengan satuan energi yang lain yaitu joule (j),atau satuan yang lain yang sering digunakan adalah kalori (kal).
Kesetaraan antara satuan joule dan kalori adalah sebagai berikut :
1 Kalori = 4,186 joule
Atau
1 joule = 0,24 kalori
Jika dua benda dengan suhu berbeda disentuhkan, benda yang bersuhu tinggi akan mengalami penurunan suhu. Sebaliknya, benda yang bersuhu rendah akan mengalami kenaikan suhu. Pada akhirnya suhu benda sama. Hal ini terjadi karena adanya perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.
Panas secara alami tidak dapat berpindah dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi.Namun dengan bantuan alat khusus, panas dapat berpindah dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi. Sebagai contoh, perpindahan panas ruangan ber AC ke luar ruangan. Dengan bantuan AC, panas dari ruangan AC yang bersuhu lebih rendah diserap, kemudian dilepaskan di ruangan lain yang bersuhu lebih tinggi.
Sumber Energi Panas :
1. Matahari
Matahari adalah sumber energi yang sangat besar.Reaksi yang terjadi di matahari adalah reaksi fusi, yaitu penggabungan inti-inti atom hidrogen membentuk inti-inti atom helium. Salah satu dampak reaksi fusi tersebut adalah panas. Energi panas yang sampai ke bumi adalah hanya sebagian kecil dari energi total yang dipancarkannya.
2. Bahan Bakar
Energi panas dapat berasal dari bahan bakar, misalnya bahan bakar minyak bumi. Bahan bakar minyak bumi adalah energi yang tidak dapat diperbaharui, bahan bakar tersebut dapat berupa minyak tanah, bensin, atau solar yang biasa digunakan sebagai pengisi bahan bakar pada kendaraan bermotor.
3. Listrik
Listrik adalah salah satu sumber energi panas. Listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik dapat bersumber dari panas bumi, atau air.
Listrik yang digunakan di rumah dapat diubah menjadi energi panas, alat yang dapat merubah energi tersebut terdapat pada setrika listrik, pemanas air, atau microwave.
4. Makanan
Makhluk hidup memerlukan makanan sebagai sumber energinya. Energi kimia yang terdapat dalam makanan dapat berubah bentuk menjadi energi panas. Hal tersebut dapat kita rasakan setelah kita mengkonsumsi makanan, tubuh kita terasa hangat.
5. Gesekan
Gesekan dapat ditimbulkan oleh dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Dampak dari adanya gesekan adalah terjadinya panas, besarnya energi panas yang timbul dapat bergantung dari tingkat kekasaran permukaan benda yang bergesekan, semakin kasar permukaan suatu benda maka semakin besar pula panas yang ditimbulkan.
Sebagai contoh pada zaman dahulu orang membuat api dengan cara menggesek-gesekan dua buah batu, gesekan pada batu menimbulkan panas. Contoh lain bahwa gesekan dapat menimbulkan panas adalah gesekan antara meteor yang jatuh ke bumi dengan lapisan atmosfir bumi, meteor akan terbakar karena gesekan antara keduanya
Panas atau kalor yang berasal dari suatu benda dapat berasal dari berbagai sumber. Sumber panas tersebut dapat berasal dari :
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)
Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik disini.
Hubungan antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W = Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;
P.t = m.c.(t2 – t1)
Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
Asas Black
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)
Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
TEMPERATUR.
Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-dinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.
dingin panas
1.1. Kontak termal.
Dua buah benda dikatakan dalam keadaan kontak termal bila energi termal dapat bertukar diantara kedua benda tanpa adanya usaha yang dilakukan.
es
es
air air
1.2. Kesetimbangan thermal
Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama.
1.3. Hukum ke-nol Thermodinamika
“Jika benda A dan B masing-masing dalam keadaan setimbang thermal dengan benda ke tiga C, maka benda A dan B dalam keadaan setimbang thermal terhadap satu sama lain”.
Benda ketiga C ini nanti yang akan kita sebut thermometer. Dua benda A dan B yang dalam kesetimbangan thermal mempunyai tempertur yang sama.
C
B A
2. TERMOMETER
Mengukur temperatur sebuah benda secara kuantitatif dengan menggunakan termometer. Termometer ini terbuat dari bahan yang bersifat termometrik (sifat fisiknya bervariasi terhadap temperatur).
š volume cairan
š panjang kawat
š hambatan kawat
š volume gas pada tekanan konstan
š tekanan gas pada volume konstan
š warna pijar dsb.
2.1. Thermometer gas volume konstan.
Sifat termometrik dari termometer ini adalah tekanan gas yang bervariasi terhadap temperatur pada volume konstan.
T = aP + b
a dan b konstan. Konstanta ini dapat ditentukan dengan mengguna-kan dua titik tertentu.
Dari eksperimen ternyata untuk semua gas mempunyai nilai b yang sama (pada tekanan nol mempunyai temperatur yang sama, yaitu pada temperatur -273,15 oC
P
gas 1
gas 2
gas 3
T( oC)
-273,15 0
1954, dibuat ketentuan referensi temperatur yaitu titik tripel air, yaitu air, uap air dan es dapat berada dalam kesetimbangan, yaitu pada temperatur 0,01 oC dan tekanan 0,61 kPa. Titik tripel air pada skala baru menjadi 273,16 K.
Jika b = 0 dan P3 adalah tekanan pada titik triple maka :
a = 273,16 K/ P3
maka
T = (273,16 K/ P3) P
pada tekanan rendah dan temperatur tinggi gas real dapat dipandang sebagai gas ideal, maka
T = 273,16 K lim P/ P3 (Temperatur gas ideal )
P3® 0
2.2. Skala Temperatur Celcius dan Fahrenheit.
Pergeseran skala Celcius dengan temperatur absolut kelvin T sebesar 273,15 , maka
Tc = T - 273,15
Oleh karena itu titik beku air (273,15 K) berhubungan dengan 0,00 C dan titik didih air (373,15 K) berhubungan dengan 100,00 C
10O titik didih air 212
100 skala 180 skala
0 titik beku air 32
CELCIUS FAHRENHEIT
Hubungan antara skala celcius dan skala Fahrenheit :
TF = 9/5 TC + 32
2.3. Termometer yang lain.
• Termometer hambatan platina : perubahan hambatan 0,3 % setiap 1 K. Dapat digunakan pada rentang : 14 K - 900 K dan dapat dikalibrasi untuk ± 0,0003 K pada titik triple air.
• Termokopel : Sambungan dari dua logam/alloy yang berbeda. Dapat mengukur pada rentang -180 C sampai 1500 C tergantung pada logamnya.
• Thermistor : dari bahan semikonduktor. Rentang temperatur yang terukur -50 C sampai 100 C dengan ketelitian 0,001 C
3. PEMUAIAN ZAT PADAT.
Zat padat secara mikroskopis dapat dipandang sebagai model atom-atom yang dihubungkan dengan pegas.
Pegas-pegas tersebut bergetar dengan amplitudo (berkaitan dengan jarak antar atom) tertentu. Bila temperaturnya dinaikkan maka amplitudonya juga berubah akibatnya jarak antar atom juga berubah. Sehingga secara keseluruhan dimensi dari zat padat tersebut berubah.
Untuk perubahan 1 dimensi diperoleh hubungan :
L = Lo (1 + a DT)
dimana Lo : panjang mula-mula
a : koefisien muai linear ( /Co)
DT : perubahan temperatur (C)
Koefisien muai linear (a) dari beberapa zat padat :
Bahan
a (x 10-6 /Co)
Bahan
a (x 10-6 /Co)
Aluminium
23
Kuningan
19
Tembaga
17
Timbal
29
Gelas (biasa)
9
Gelas (pirex)
3,2
Baja
11
Invar (Ni-Fe alloy)
0,9
Untuk pemuaian 2 dimensi :
A = Ao (1 + 2aDT)
Untuk pemuaian 3 dimensi :
V = Vo(1 + 3aDT)
JUMLAH DAN DERAJAT PANAS
Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.
Alat Ukur Suhu
Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Suhu dapat diukur dengan menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol. Kata termometer ini diambil dari dua kata yaitu thermo yang artinya panas dan meter yang artinya mengukur (to measure). Termometer ini terbuat dari bahan yang bersifat termometrik (sifat fisiknya bervariasi terhadap temperatur).
š volume cairan
š panjang kawat
š hambatan kawat
š volume gas pada tekanan konstan
š tekanan gas pada volume konstan
š warna pijar dsb.
2.1. Thermometer gas volume konstan.
Sifat termometrik dari termometer ini adalah tekanan gas yang bervariasi terhadap temperatur pada volume konstan.
T = aP + b
a dan b konstan. Konstanta ini dapat ditentukan dengan mengguna-kan dua titik tertentu.
Dari eksperimen ternyata untuk semua gas mempunyai nilai b yang sama (pada tekanan nol mempunyai temperatur yang sama, yaitu pada temperatur -273,15 oC
dibuat ketentuan referensi temperatur yaitu titik tripel air, yaitu air, uap air dan es dapat berada dalam kesetimbangan, yaitu pada temperatur 0,01 oC dan tekanan 0,61 kPa. Titik tripel air pada skala baru menjadi 273,16 K.
Jika b = 0 dan P3 adalah tekanan pada titik triple maka :
a = 273,16 K/ P3
maka
T = (273,16 K/ P3) P
pada tekanan rendah dan temperatur tinggi gas real dapat dipandang sebagai gas ideal, maka
T = 273,16 K lim P/ P3 (Temperatur gas ideal )
P3® 0
2.2. Skala Temperatur Celcius dan Fahrenheit.
Pergeseran skala Celcius dengan temperatur absolut kelvin T sebesar 273,15 , maka
Tc = T - 273,15
Oleh karena itu titik beku air (273,15 K) berhubungan dengan 0,00 C dan titik didih air (373,15 K) berhubungan dengan 100,00 C
Hubungan antara skala celcius dan skala Fahrenheit :
TF = 9/5 TC + 32 Tipe termometer
Beberapa tipe termometer antara lain:
termometer alkohol
termometer basal
termometer merkuri
termometer oral
termometer Galileo
termometer infra merah
termometer cairan kristal
termistor
bi-metal mechanical thermometer
electrical resistance thermometer
reversing thermometer
silicon bandgap temperature sensor
six's thermometer, juga dikenal sebagai maximum minimum thermometer
thermocouple
coulomb blockade thermometer
Termometer yang sering digunakan
Termometer yang biasanya dipakai sebagai berikut:
Termometer bulb (air raksa atau alkohol)
Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung bawah tempat menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler) untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian cairan.
Berdasar pada prinsip suatu cairan volumenya berubah sesuai temperatur. Cairan yang diisikan terkadang alkohol yang berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri, keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan
Ada nomor disepanjang tuba gelas yang menjadi tanda besaran temperatur.
Keutungan termometer bulb antara lain tidak memerlukan alat bantu, relatif murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk laboratorium kimia, dan konduktivitas panas rendah.
Kelemahan termometer bulb antara lain mudah pecah, mudah terkontaminasi cairan (alkohol atau merkuri), kontaminasi gelas/kaca, dan prosedur pengukuran yang rumit (pencelupan).
Penggunaan thermometer bulb harus melindungi bulb dari benturan dan menghindari pengukuran yang melebihi skala termometer.
Sumber kesalahan termometer bulb:
- time constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari luar ke tengah batang kapiler
- thermal capacity effect, apabila massa yang diukur relatif kecil, akan banyak panas yang diserap oleh termometer dan mengurangi suhu sebenarnya
- cairan (alkohol, merkuri) yang terputus
- kesalahan pembacaan
- kesalahan pencelupan
Termometer spring
Menggunakan sebuah coil (pelat pipih) yang terbuat dari logam yang sensitif terhadap panas, pada ujung spring terdapat pointer. Bila udara panas, coil (logam) mengembang sehingga pointer bergerak naik, sedangkan bila udara dingin logam mengkerut pointer bergerak turun. Secara umum termometer ini paling rendah keakuratannya di banding termometer bulb dan digital.
Penggunaan termometer spring harus selalu melindungi pipa kapiler dan ujung sensor (probe) terhadap benturan/ gesekan. Selain itu, pemakaiannya tidak boleh melebihi suhu skala dan harus diletakkan di tempat yang tidak terpengaruh getaran.
Termometer non kontak
Termometer infra merah, mendeteksi temperatur secara optik selama objek diamati, radiasi energi sinar infra merah diukur, dan disajikan sebagai suhu, dengan mengetahui jumlah energi infra merah yang dipancarkan oleh objek dan emisinya, temperatur objek dapat dibedakan.
Termometer elektronik
Ada dua jenis yang digunakan di pengolahan, yakni thermocouple dan resistance thermometer. Biasanya, industri menggunakan nominal resistan 100 ohm pada 0 °C sehingga disebut sebagai sensor Pt-100. Pt adalah simbol untuk platinum, sensivitas standar sensor 100 ohm adalah nominal 0.385 ohm/°C, RTDs dengan sensivitas 0.375 dan 0.392 ohm/°C juga tersedia.
Satuan Suhu
Mengacu pada SI, satuan suhu adalah Kelvin (K). Skala-skala lain adalah Celsius, Fahrenheit, dan Reamur.
Pada skala Celsius, 0 °C adalah titik dimana air membeku dan 100 °C adalah titik didih air pada tekanan 1 atmosfer. Skala ini adalah yang paling sering digunakan di dunia. Skala Celsius juga sama dengan Kelvin sehingga cara mengubahnya ke Kelvin cukup ditambahkan 273 (atau 273.15 untuk lebih tepatnya).
Skala Fahrenheit adalah skala umum yang dipakai di Amerika Serikat. Suhu air membeku adalah 32 °F dan titik didih air adalah 212 °F.
Sebagai satuan baku, Kelvin tidak memerlukan tanda derajat dalam penulisannya. Misalnya cukup ditulis suhu 20 K saja, tidak perlu 20° K.
Mengubah Skala Suhu
Cara mudah untuk mengubah dari Celsius, Fahrenheit, dan Reamur adalah dengan mengingat perbandingan C:F:R = 5:9:4. Caranya, adalah (Skala tujuan)/(Skala awal)xSuhu. Dari Celsius ke Fahrenheit setelah menggunakan cara itu, ditambahkan 32.
Contoh
100 °C pada skala Fahrenheit adalah 9/5 x 100 + 32 = 212 °F
77 °F pada skala Celsius adalah 5/9 x (77-32) = 25 °C
TEMPERATUR
Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-dinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.
1.1. Kontak termal.
Dua buah benda dikatakan dalam keadaan kontak termal bila energi termal dapat bertukar diantara kedua benda tanpa adanya usaha yang dilakukan.
1.2. Kesetimbangan thermal
Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama.
1.3. Hukum ke-nol Thermodinamika
“Jika benda A dan B masing-masing dalam keadaan setimbang thermal dengan benda ke tiga C, maka benda A dan B dalam keadaan setimbang thermal terhadap satu sama lain”.
Benda ketiga C ini nanti yang akan kita sebut thermometer. Dua benda A dan B yang dalam kesetimbangan thermal mempunyai tempertur yang sama.
Pada dasarnya ada dua konsep setara suhu, konsep termodinamika dan konsep fisika statistik. Karena termodinamika makroskopik berhubungan sama sekali dengan pengukuran, definisi termodinamika suhu, pertama-tama dinyatakan oleh Lord Kelvin, dinyatakan sepenuhnya dalam variabel diukur macroscopically. Fisika statistik memberikan pemahaman yang lebih dalam termodinamika dengan menjelaskan masalah sebagai kumpulan dari sejumlah besar partikel, dan berasal termodinamika (yaitu makroskopik) parameter sebagai rata-rata statistik dari parameter mikroskopis partikel. Dalam fisika statistik, itu menunjukkan bahwa definisi temperatur termodinamik dapat ditafsirkan sebagai ukuran energi rata-rata di setiap derajat kebebasan dari partikel-partikel di dalam sistem termodinamika. Karena suhu dipandang sebagai properti statistik, sebuah sistem harus berisi sejumlah besar partikel untuk suhu untuk memiliki makna bermanfaat. Bagi yang solid, energi ini ditemukan terutama dalam getaran dari atom tentang posisi keseimbangan. Dalam gas ideal monoatomik, energi ditemukan dalam gerakan translasi dari partikel; dengan molekul gas, getaran dan gerakan rotasi juga menyediakan derajat kebebasan termodinamika.
Suhu adalah properti fisik yang mendasari pengertian umum dari panas dan dingin. Sesuatu yang terasa lebih panas umumnya memiliki temperatur yang lebih tinggi, meskipun suhu bukanlah pengukuran langsung panas. Suhu merupakan salah satu parameter utama termodinamika. Jika tidak ada aliran panas bersih terjadi antara dua objek, objek memiliki suhu yang sama, jika tidak, panas mengalir dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke objek dengan lebih rendah. Ini adalah konsekuensi dari hukum-hukum termodinamika. Suhu diukur dengan termometer yang dapat disesuaikan untuk berbagai skala suhu. Di sebagian besar dunia (kecuali untuk Belize, Myanmar, Liberia dan Amerika Serikat), skala Celsius digunakan untuk sebagian besar tujuan mengukur suhu. Ilmiah seluruh dunia (termasuk negara-negara ini) mengukur suhu dengan menggunakan skala Celsius dan suhu termodinamik menggunakan skala Kelvin, yang hanya skala Celsius bergeser ke bawah sehingga 0 K [1] = -273,15 ° C, atau nol mutlak. Banyak bidang teknik di AS, terutama teknologi tinggi dan spesifikasi federal AS (sipil dan militer), juga menggunakan skala Kelvin dan Celcius. Bidang rekayasa lainnya di AS juga bergantung pada skala Rankine (yang bergeser skala Fahrenheit) ketika bekerja di disiplin ilmu yang berkaitan dengan termodinamik seperti pembakaran.
Temperatur autosulutan, suhu swasulut [, suhu swanyala, ataupun suhu penyalaan sendiri dari suatu zat kimia adalah batas temperatur terendah dimana zat tersebut akan terbakar di atmosfer normal tanpa adanya sumber pembakaran dari luar, seperti api dsb. Pada suhu ini, sebagian besar energi kinetik gas telah mencapai energi aktivasi dari reaksi pembakaran. Temperatur autsulutan pada keadaan non-atmosfer turun jika tekanan meningkat atau konsentrasi oksigen meningkat. Fakta ini biasanya diterapkan pada campuran bahan bakar.
Temperatur autosulutan dari suatu bahan kimia cair biasanya diukur menggunakan labu kimia yang diletakkan pada oven (yang temperaturnya dapat diatur).
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dapat berubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh salah satu bentuk energi adalah Panas. Manusia sangat membutuhkan panas seperti memasak nasi, menjemur pakaian, atau menyetrika pakaian. Perpindahan energi panas dapat terjadi di benda padat, cair maupun gas. Perpindahan panas dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu.
Panas atau sering disebut dengan kalor adalah salah satu bentuk energi. Benda-benda menjadi panas karena diberi energi. Perpindahan energi panas terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Satuan energi panas sama dengan satuan energi yang lain yaitu joule (j),atau satuan yang lain yang sering digunakan adalah kalori (kal).
Kesetaraan antara satuan joule dan kalori adalah sebagai berikut :
1 Kalori = 4,186 joule
Atau
1 joule = 0,24 kalori
Jika dua benda dengan suhu berbeda disentuhkan, benda yang bersuhu tinggi akan mengalami penurunan suhu. Sebaliknya, benda yang bersuhu rendah akan mengalami kenaikan suhu. Pada akhirnya suhu benda sama. Hal ini terjadi karena adanya perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.
Panas secara alami tidak dapat berpindah dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi.Namun dengan bantuan alat khusus, panas dapat berpindah dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi. Sebagai contoh, perpindahan panas ruangan ber AC ke luar ruangan. Dengan bantuan AC, panas dari ruangan AC yang bersuhu lebih rendah diserap, kemudian dilepaskan di ruangan lain yang bersuhu lebih tinggi.
Sumber Energi Panas :
1. Matahari
Matahari adalah sumber energi yang sangat besar.Reaksi yang terjadi di matahari adalah reaksi fusi, yaitu penggabungan inti-inti atom hidrogen membentuk inti-inti atom helium. Salah satu dampak reaksi fusi tersebut adalah panas. Energi panas yang sampai ke bumi adalah hanya sebagian kecil dari energi total yang dipancarkannya.
2. Bahan Bakar
Energi panas dapat berasal dari bahan bakar, misalnya bahan bakar minyak bumi. Bahan bakar minyak bumi adalah energi yang tidak dapat diperbaharui, bahan bakar tersebut dapat berupa minyak tanah, bensin, atau solar yang biasa digunakan sebagai pengisi bahan bakar pada kendaraan bermotor.
3. Listrik
Listrik adalah salah satu sumber energi panas. Listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik dapat bersumber dari panas bumi, atau air.
Listrik yang digunakan di rumah dapat diubah menjadi energi panas, alat yang dapat merubah energi tersebut terdapat pada setrika listrik, pemanas air, atau microwave.
4. Makanan
Makhluk hidup memerlukan makanan sebagai sumber energinya. Energi kimia yang terdapat dalam makanan dapat berubah bentuk menjadi energi panas. Hal tersebut dapat kita rasakan setelah kita mengkonsumsi makanan, tubuh kita terasa hangat.
5. Gesekan
Gesekan dapat ditimbulkan oleh dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Dampak dari adanya gesekan adalah terjadinya panas, besarnya energi panas yang timbul dapat bergantung dari tingkat kekasaran permukaan benda yang bergesekan, semakin kasar permukaan suatu benda maka semakin besar pula panas yang ditimbulkan.
Sebagai contoh pada zaman dahulu orang membuat api dengan cara menggesek-gesekan dua buah batu, gesekan pada batu menimbulkan panas. Contoh lain bahwa gesekan dapat menimbulkan panas adalah gesekan antara meteor yang jatuh ke bumi dengan lapisan atmosfir bumi, meteor akan terbakar karena gesekan antara keduanya
Panas atau kalor yang berasal dari suatu benda dapat berasal dari berbagai sumber. Sumber panas tersebut dapat berasal dari :
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)
Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik disini.
Hubungan antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W = Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;
P.t = m.c.(t2 – t1)
Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
Asas Black
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)
Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
TEMPERATUR.
Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-dinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.
dingin panas
1.1. Kontak termal.
Dua buah benda dikatakan dalam keadaan kontak termal bila energi termal dapat bertukar diantara kedua benda tanpa adanya usaha yang dilakukan.
es
es
air air
1.2. Kesetimbangan thermal
Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama.
1.3. Hukum ke-nol Thermodinamika
“Jika benda A dan B masing-masing dalam keadaan setimbang thermal dengan benda ke tiga C, maka benda A dan B dalam keadaan setimbang thermal terhadap satu sama lain”.
Benda ketiga C ini nanti yang akan kita sebut thermometer. Dua benda A dan B yang dalam kesetimbangan thermal mempunyai tempertur yang sama.
C
B A
2. TERMOMETER
Mengukur temperatur sebuah benda secara kuantitatif dengan menggunakan termometer. Termometer ini terbuat dari bahan yang bersifat termometrik (sifat fisiknya bervariasi terhadap temperatur).
š volume cairan
š panjang kawat
š hambatan kawat
š volume gas pada tekanan konstan
š tekanan gas pada volume konstan
š warna pijar dsb.
2.1. Thermometer gas volume konstan.
Sifat termometrik dari termometer ini adalah tekanan gas yang bervariasi terhadap temperatur pada volume konstan.
T = aP + b
a dan b konstan. Konstanta ini dapat ditentukan dengan mengguna-kan dua titik tertentu.
Dari eksperimen ternyata untuk semua gas mempunyai nilai b yang sama (pada tekanan nol mempunyai temperatur yang sama, yaitu pada temperatur -273,15 oC
P
gas 1
gas 2
gas 3
T( oC)
-273,15 0
1954, dibuat ketentuan referensi temperatur yaitu titik tripel air, yaitu air, uap air dan es dapat berada dalam kesetimbangan, yaitu pada temperatur 0,01 oC dan tekanan 0,61 kPa. Titik tripel air pada skala baru menjadi 273,16 K.
Jika b = 0 dan P3 adalah tekanan pada titik triple maka :
a = 273,16 K/ P3
maka
T = (273,16 K/ P3) P
pada tekanan rendah dan temperatur tinggi gas real dapat dipandang sebagai gas ideal, maka
T = 273,16 K lim P/ P3 (Temperatur gas ideal )
P3® 0
2.2. Skala Temperatur Celcius dan Fahrenheit.
Pergeseran skala Celcius dengan temperatur absolut kelvin T sebesar 273,15 , maka
Tc = T - 273,15
Oleh karena itu titik beku air (273,15 K) berhubungan dengan 0,00 C dan titik didih air (373,15 K) berhubungan dengan 100,00 C
10O titik didih air 212
100 skala 180 skala
0 titik beku air 32
CELCIUS FAHRENHEIT
Hubungan antara skala celcius dan skala Fahrenheit :
TF = 9/5 TC + 32
2.3. Termometer yang lain.
• Termometer hambatan platina : perubahan hambatan 0,3 % setiap 1 K. Dapat digunakan pada rentang : 14 K - 900 K dan dapat dikalibrasi untuk ± 0,0003 K pada titik triple air.
• Termokopel : Sambungan dari dua logam/alloy yang berbeda. Dapat mengukur pada rentang -180 C sampai 1500 C tergantung pada logamnya.
• Thermistor : dari bahan semikonduktor. Rentang temperatur yang terukur -50 C sampai 100 C dengan ketelitian 0,001 C
3. PEMUAIAN ZAT PADAT.
Zat padat secara mikroskopis dapat dipandang sebagai model atom-atom yang dihubungkan dengan pegas.
Pegas-pegas tersebut bergetar dengan amplitudo (berkaitan dengan jarak antar atom) tertentu. Bila temperaturnya dinaikkan maka amplitudonya juga berubah akibatnya jarak antar atom juga berubah. Sehingga secara keseluruhan dimensi dari zat padat tersebut berubah.
Untuk perubahan 1 dimensi diperoleh hubungan :
L = Lo (1 + a DT)
dimana Lo : panjang mula-mula
a : koefisien muai linear ( /Co)
DT : perubahan temperatur (C)
Koefisien muai linear (a) dari beberapa zat padat :
Bahan
a (x 10-6 /Co)
Bahan
a (x 10-6 /Co)
Aluminium
23
Kuningan
19
Tembaga
17
Timbal
29
Gelas (biasa)
9
Gelas (pirex)
3,2
Baja
11
Invar (Ni-Fe alloy)
0,9
Untuk pemuaian 2 dimensi :
A = Ao (1 + 2aDT)
Untuk pemuaian 3 dimensi :
V = Vo(1 + 3aDT)
JUMLAH DAN DERAJAT PANAS
Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.
Alat Ukur Suhu
Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Suhu dapat diukur dengan menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol. Kata termometer ini diambil dari dua kata yaitu thermo yang artinya panas dan meter yang artinya mengukur (to measure). Termometer ini terbuat dari bahan yang bersifat termometrik (sifat fisiknya bervariasi terhadap temperatur).
š volume cairan
š panjang kawat
š hambatan kawat
š volume gas pada tekanan konstan
š tekanan gas pada volume konstan
š warna pijar dsb.
2.1. Thermometer gas volume konstan.
Sifat termometrik dari termometer ini adalah tekanan gas yang bervariasi terhadap temperatur pada volume konstan.
T = aP + b
a dan b konstan. Konstanta ini dapat ditentukan dengan mengguna-kan dua titik tertentu.
Dari eksperimen ternyata untuk semua gas mempunyai nilai b yang sama (pada tekanan nol mempunyai temperatur yang sama, yaitu pada temperatur -273,15 oC
dibuat ketentuan referensi temperatur yaitu titik tripel air, yaitu air, uap air dan es dapat berada dalam kesetimbangan, yaitu pada temperatur 0,01 oC dan tekanan 0,61 kPa. Titik tripel air pada skala baru menjadi 273,16 K.
Jika b = 0 dan P3 adalah tekanan pada titik triple maka :
a = 273,16 K/ P3
maka
T = (273,16 K/ P3) P
pada tekanan rendah dan temperatur tinggi gas real dapat dipandang sebagai gas ideal, maka
T = 273,16 K lim P/ P3 (Temperatur gas ideal )
P3® 0
2.2. Skala Temperatur Celcius dan Fahrenheit.
Pergeseran skala Celcius dengan temperatur absolut kelvin T sebesar 273,15 , maka
Tc = T - 273,15
Oleh karena itu titik beku air (273,15 K) berhubungan dengan 0,00 C dan titik didih air (373,15 K) berhubungan dengan 100,00 C
Hubungan antara skala celcius dan skala Fahrenheit :
TF = 9/5 TC + 32 Tipe termometer
Beberapa tipe termometer antara lain:
termometer alkohol
termometer basal
termometer merkuri
termometer oral
termometer Galileo
termometer infra merah
termometer cairan kristal
termistor
bi-metal mechanical thermometer
electrical resistance thermometer
reversing thermometer
silicon bandgap temperature sensor
six's thermometer, juga dikenal sebagai maximum minimum thermometer
thermocouple
coulomb blockade thermometer
Termometer yang sering digunakan
Termometer yang biasanya dipakai sebagai berikut:
Termometer bulb (air raksa atau alkohol)
Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung bawah tempat menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler) untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian cairan.
Berdasar pada prinsip suatu cairan volumenya berubah sesuai temperatur. Cairan yang diisikan terkadang alkohol yang berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri, keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan
Ada nomor disepanjang tuba gelas yang menjadi tanda besaran temperatur.
Keutungan termometer bulb antara lain tidak memerlukan alat bantu, relatif murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk laboratorium kimia, dan konduktivitas panas rendah.
Kelemahan termometer bulb antara lain mudah pecah, mudah terkontaminasi cairan (alkohol atau merkuri), kontaminasi gelas/kaca, dan prosedur pengukuran yang rumit (pencelupan).
Penggunaan thermometer bulb harus melindungi bulb dari benturan dan menghindari pengukuran yang melebihi skala termometer.
Sumber kesalahan termometer bulb:
- time constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari luar ke tengah batang kapiler
- thermal capacity effect, apabila massa yang diukur relatif kecil, akan banyak panas yang diserap oleh termometer dan mengurangi suhu sebenarnya
- cairan (alkohol, merkuri) yang terputus
- kesalahan pembacaan
- kesalahan pencelupan
Termometer spring
Menggunakan sebuah coil (pelat pipih) yang terbuat dari logam yang sensitif terhadap panas, pada ujung spring terdapat pointer. Bila udara panas, coil (logam) mengembang sehingga pointer bergerak naik, sedangkan bila udara dingin logam mengkerut pointer bergerak turun. Secara umum termometer ini paling rendah keakuratannya di banding termometer bulb dan digital.
Penggunaan termometer spring harus selalu melindungi pipa kapiler dan ujung sensor (probe) terhadap benturan/ gesekan. Selain itu, pemakaiannya tidak boleh melebihi suhu skala dan harus diletakkan di tempat yang tidak terpengaruh getaran.
Termometer non kontak
Termometer infra merah, mendeteksi temperatur secara optik selama objek diamati, radiasi energi sinar infra merah diukur, dan disajikan sebagai suhu, dengan mengetahui jumlah energi infra merah yang dipancarkan oleh objek dan emisinya, temperatur objek dapat dibedakan.
Termometer elektronik
Ada dua jenis yang digunakan di pengolahan, yakni thermocouple dan resistance thermometer. Biasanya, industri menggunakan nominal resistan 100 ohm pada 0 °C sehingga disebut sebagai sensor Pt-100. Pt adalah simbol untuk platinum, sensivitas standar sensor 100 ohm adalah nominal 0.385 ohm/°C, RTDs dengan sensivitas 0.375 dan 0.392 ohm/°C juga tersedia.
Satuan Suhu
Mengacu pada SI, satuan suhu adalah Kelvin (K). Skala-skala lain adalah Celsius, Fahrenheit, dan Reamur.
Pada skala Celsius, 0 °C adalah titik dimana air membeku dan 100 °C adalah titik didih air pada tekanan 1 atmosfer. Skala ini adalah yang paling sering digunakan di dunia. Skala Celsius juga sama dengan Kelvin sehingga cara mengubahnya ke Kelvin cukup ditambahkan 273 (atau 273.15 untuk lebih tepatnya).
Skala Fahrenheit adalah skala umum yang dipakai di Amerika Serikat. Suhu air membeku adalah 32 °F dan titik didih air adalah 212 °F.
Sebagai satuan baku, Kelvin tidak memerlukan tanda derajat dalam penulisannya. Misalnya cukup ditulis suhu 20 K saja, tidak perlu 20° K.
Mengubah Skala Suhu
Cara mudah untuk mengubah dari Celsius, Fahrenheit, dan Reamur adalah dengan mengingat perbandingan C:F:R = 5:9:4. Caranya, adalah (Skala tujuan)/(Skala awal)xSuhu. Dari Celsius ke Fahrenheit setelah menggunakan cara itu, ditambahkan 32.
Contoh
100 °C pada skala Fahrenheit adalah 9/5 x 100 + 32 = 212 °F
77 °F pada skala Celsius adalah 5/9 x (77-32) = 25 °C
TEMPERATUR
Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-dinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya.
1.1. Kontak termal.
Dua buah benda dikatakan dalam keadaan kontak termal bila energi termal dapat bertukar diantara kedua benda tanpa adanya usaha yang dilakukan.
1.2. Kesetimbangan thermal
Yaitu situasi yang mana dua benda yang dalam keadaan kontak thermal menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan thermal tergantung sifat benda tersebut. Pada saat kesetimbangan thermal ke dua benda mempunyai temperatur yang sama.
1.3. Hukum ke-nol Thermodinamika
“Jika benda A dan B masing-masing dalam keadaan setimbang thermal dengan benda ke tiga C, maka benda A dan B dalam keadaan setimbang thermal terhadap satu sama lain”.
Benda ketiga C ini nanti yang akan kita sebut thermometer. Dua benda A dan B yang dalam kesetimbangan thermal mempunyai tempertur yang sama.
Pada dasarnya ada dua konsep setara suhu, konsep termodinamika dan konsep fisika statistik. Karena termodinamika makroskopik berhubungan sama sekali dengan pengukuran, definisi termodinamika suhu, pertama-tama dinyatakan oleh Lord Kelvin, dinyatakan sepenuhnya dalam variabel diukur macroscopically. Fisika statistik memberikan pemahaman yang lebih dalam termodinamika dengan menjelaskan masalah sebagai kumpulan dari sejumlah besar partikel, dan berasal termodinamika (yaitu makroskopik) parameter sebagai rata-rata statistik dari parameter mikroskopis partikel. Dalam fisika statistik, itu menunjukkan bahwa definisi temperatur termodinamik dapat ditafsirkan sebagai ukuran energi rata-rata di setiap derajat kebebasan dari partikel-partikel di dalam sistem termodinamika. Karena suhu dipandang sebagai properti statistik, sebuah sistem harus berisi sejumlah besar partikel untuk suhu untuk memiliki makna bermanfaat. Bagi yang solid, energi ini ditemukan terutama dalam getaran dari atom tentang posisi keseimbangan. Dalam gas ideal monoatomik, energi ditemukan dalam gerakan translasi dari partikel; dengan molekul gas, getaran dan gerakan rotasi juga menyediakan derajat kebebasan termodinamika.
Suhu adalah properti fisik yang mendasari pengertian umum dari panas dan dingin. Sesuatu yang terasa lebih panas umumnya memiliki temperatur yang lebih tinggi, meskipun suhu bukanlah pengukuran langsung panas. Suhu merupakan salah satu parameter utama termodinamika. Jika tidak ada aliran panas bersih terjadi antara dua objek, objek memiliki suhu yang sama, jika tidak, panas mengalir dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke objek dengan lebih rendah. Ini adalah konsekuensi dari hukum-hukum termodinamika. Suhu diukur dengan termometer yang dapat disesuaikan untuk berbagai skala suhu. Di sebagian besar dunia (kecuali untuk Belize, Myanmar, Liberia dan Amerika Serikat), skala Celsius digunakan untuk sebagian besar tujuan mengukur suhu. Ilmiah seluruh dunia (termasuk negara-negara ini) mengukur suhu dengan menggunakan skala Celsius dan suhu termodinamik menggunakan skala Kelvin, yang hanya skala Celsius bergeser ke bawah sehingga 0 K [1] = -273,15 ° C, atau nol mutlak. Banyak bidang teknik di AS, terutama teknologi tinggi dan spesifikasi federal AS (sipil dan militer), juga menggunakan skala Kelvin dan Celcius. Bidang rekayasa lainnya di AS juga bergantung pada skala Rankine (yang bergeser skala Fahrenheit) ketika bekerja di disiplin ilmu yang berkaitan dengan termodinamik seperti pembakaran.
Temperatur autosulutan, suhu swasulut [, suhu swanyala, ataupun suhu penyalaan sendiri dari suatu zat kimia adalah batas temperatur terendah dimana zat tersebut akan terbakar di atmosfer normal tanpa adanya sumber pembakaran dari luar, seperti api dsb. Pada suhu ini, sebagian besar energi kinetik gas telah mencapai energi aktivasi dari reaksi pembakaran. Temperatur autsulutan pada keadaan non-atmosfer turun jika tekanan meningkat atau konsentrasi oksigen meningkat. Fakta ini biasanya diterapkan pada campuran bahan bakar.
Temperatur autosulutan dari suatu bahan kimia cair biasanya diukur menggunakan labu kimia yang diletakkan pada oven (yang temperaturnya dapat diatur).
Minggu, 07 Februari 2010
..:akhir liburan semester 1:..
Hem…
Minggu akhir liburan Semester 1 nih..
Nggak terasa yaa..
Besok udah harus nyusun Krs..
Sebenarnya, nggak tau nyusunnya..
Ditumpuk-tumpuk kali..
Ceakakakakakakakakakkakakakaka..
Hmmm..
Belum sempet masukin foto-foto liburan ma anak-anak..
Ya..ntar dechh.. ^_^
By ce_aPpoBeLaHh
Minggu akhir liburan Semester 1 nih..
Nggak terasa yaa..
Besok udah harus nyusun Krs..
Sebenarnya, nggak tau nyusunnya..
Ditumpuk-tumpuk kali..
Ceakakakakakakakakakkakakakaka..
Hmmm..
Belum sempet masukin foto-foto liburan ma anak-anak..
Ya..ntar dechh.. ^_^
By ce_aPpoBeLaHh
Langganan:
Postingan (Atom)