FAKULTAS
TEKNIK MESIN
KERAPATAN, TITIK LEBUR, EKSPANSI
TERMAL, PANAS SPESIFIK, KONDUKSIVITAS
PANAS (TERMAL), SIFAT LISTRIK MAGNET,
& OPTIK TEKANAN KOROSI
PEMILIHAN BAHAN & PROSES
Kerapatan (ρ) adalah massa persatuan volume pada termperatur
dan tekanan tertentu, dan dinyatakan dalam sistem cgs dalam gram per sentimeter kubik ( g/cm³ = g/ml) dan dalam satuan SI kilogram per meter kubik (kg/m³).
M ρ = ——— V
Berat jenis adalah perbandingan kerapatan dari suatu zat
terhadap kerapatan air yang ditentukan pada temperature yang sama. Berat jenis merupakan bilangan murni tanpa dimensi yang dapat diubah menjadi kerapatan dengan menggunakan rumus yang cocok.
ρ zat d = ——— ρ air
Kerapatan
atau
rapat
biasanya merujuk pada
ukuran seberaba banyak suatu entitas berada
dalam suatu jumlah yang tetap dalam suatu
ruang (biasanya dalam ruang tiga dimensi).
Jenis-jenis kerapatan (di dalam
fisika)
meliputi:
Rapat
massa
◦
Massa
jenis, massa per volume
Rapat muatan
Kerapatan
partikel (fisika statistik)
teori fungsi
kerapatan (mekanika kuantum)
Kerapatan tidak mutlak berwujud suatu nilai tertentu,
melainkan dapat pula merupakan suatu fungsi yang
bergantung posisi atau pun waktu. Suatu kerapatan massa
tiap satuan volum yang bergantung posisi misalnya
dituliskan sebagai
Dan lain halnya dengan massa untuk obyek dengan rapat
massa homogen yang langsung dapat dihitung:
sedangkan untuk benda dengan rapat massa berupa fungsi,
Misalnya terdapat suatu kubus dengan ukuran 1 x 1 x 1 dalam
ruang, ingin dihitung berapa massanya, apabila diketahui fungsi kerapatan massanya yang homogen
maka terlebih dahulu dituliskan
dan dilakukan integrasi
Untuk ukuran yang lain, tinggal diganti batas-batas dari x, y dan z. Jika obyek tidak homogen rapat massanya, maka tidak bernilai konstan c seperti di atas, melainkan fungsi dari x, y dan z.
Titik lebur
dari sebuah
benda
padat adalah
suhu
di mana
benda tersebut akan berubah wujud menjadi
benda
cair.
Ketika dipandang dari sisi yang berlawanan (dari cair
menjadi padat) disebut
titik beku
.
Pada sebagian besar benda, titik lebur dan titik beku
biasanya sama. Contoh, titik lebur dan titik beku dari "raksa"
adalah 234,32
kelvin
(-38,83
°C
atau -37,89
°F
) Namun,
beberapa subtansi lainnya memiliki temperatur beku <-->
cair yang berbeda. contohnya "agar-agar", mencair pada
suhu 85 °C (185 °F) dan membeku dari suhu 32-40 °C (89,6 -
104 °F); fenomena ini dikenal sebagai hysteresis.
Beberapa benda lainnya, seperti kaca, dapat mengeras
tanpa
mengkristal
terlebih dulu; ini disebut
amorphous solid
Tidak seperti
titik
didih, titik lebur tidak begitu terpengaruh
oleh tekanan.
Ekspansi termal
adalah perubahan dimensi yang terjadi
akibat adanya perubahan temperatur. Perhitungan untuk
mendapatkan koefisien ekspansi termal dilakukan dengan
mengamati perubahan panjang sampel akibat kenaikan
temperatur yang terjadi. Besarnya koefisien ekspansi
termal dipengaruhi oleh pori pada suatu material.
Kehadiran pori akan mereduksi massa material. Semakin
banyak pori akan memperkecil daya hantar panas sehingga
koefisien ekspansi termalnya menjadi lebih kecil.
Karena adanya perbedaan suhu dilaut maka air bergerak
dari suhu yang tinggi ke suhu rendah, dari panas ke dingin.
Serta pengaruh densitas air laut akan semakin besar, maka
akan terbentuknya arus dan akan terbentuk slope (tinggi
muka air) yang berbeda-beda yang menyebabkan
terjadinya arus.
Panas spesifik adalah jumlah panas yang diperlukan untuk
menaikkan suhu 1 kg bahan sebesar 1oC. Pengetahuan tentang
panas spesifik sangat diperlukan untuk perhitungan proses-proses pemanasan atau pendinginan. Panas spesifik bahan-bahan
pertanian sangat tergantung pada lengas bahan.
Pada suhu kamar, panas spesifik suatu bahan yang mengandung
air dapat dihitung berdasarkan nilai-nilai panas spesifik dari bahan kering dan airnya.
Ketika suatu benda melepas panas di sekitarnya, Q < 0 dan ketika benda benda menyerap panas dari sekitarnya, Q > 0.
Kalor berpindah dari medium bersuhu tinggi ke medium yang
bersuhu lebih rendah, terlihat adanya perbedaan antara suhu awal dengan suhu akhir dari bahan dan air.
Panas spesifik suatu produk dapat diperkirakan dengan berbagai metode. Dickerson (1969), melakukan pendugaan panas spesifik pada produk berkadar air tinggi.
Cp = 1.675 + 0.025 (kadar air, %)
Konduktivitas termal
(Panas)
suatu benda adalah
kemampuan suatu benda untuk
memindahkan
kalor
melalui benda tersebut. Benda yang memiliki konduktivitas
termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik
(konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang
memiliki
konduktivitas
termal kecil merupakan penghantar
kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk).
Magnet atau magnit adalah suatu objek yang mempunyai suatu medan
magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan
magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub
selatan (south/S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub.
Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi
yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada Satuan Internasional (SI)
adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m^2 = 1 tesla, yang memengaruhi satu meter persegi.
Elektromagnet terbuat dari gulungan kawat yang bertindak
sebagai magnet ketika arus listrik melewatinya tapi berhenti menjadi magnet ketika tidak diberi arus listrik. Seringkali ,
kumparan melilit inti dari "lunak " bahan ferromagnetic seperti baja , yang sangat meningkatkan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan. Keseluruhan kekuatan magnet diukur dengan
momen magnetik atau , sebaliknya, total fluks magnetik yang dihasilkan . Kekuatan lokal magnet dalam suatu material diukur dengan magnetisasi nya
Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan kelakuan dan
sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Optik menerangkan dan diwarnai oleh gejala optik.
Bidang optik biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak,
inframerah dan ultraviolet; tetapi karena cahaya adalah
gelombang elektromagnetik, gejala yang sama juga terjadi di
sinar-X, gelombang mikro, gelombang radio, dan bentuk lain dari
radiasi elektromagnetik.
Di ruang bebas suatu gelombang berjalan pada kecepatan c =
3x108 m/s. Ketika memasuki medium tertentu (dielectric atau nonconducting) gelombang berjalan dengan suatu kecepatan v, yang mana adalah karakteristik dari bahan dan kurang dari
besarnya kecepatan cahaya itu sendiri (c). Perbandingan kecepatan cahaya didalam ruang hampa dengan kecepatan
cahaya di medium adalah indeks bias n bahan sebagai berikut : n = c/v
Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks
antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang
menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.
Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen
(udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa
oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu
zat padat yang berwarna coklat-merah.
Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu
dari besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.
Fe(s) <--> Fe2+(aq) + 2e
Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu
yang bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.
O2(g) + 4H+(aq) + 4e <--> 2H2O(l)
atau
Ion besi(II) yang terbentuk pada anode selanjutnya teroksidasi membentuk
ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katode, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.
Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena
logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi
di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).
Deret Volta dan hukum Nernst akan membantu untuk dapat mengetahui
kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektrode lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida.
Tekanan (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A).
P : Tekanan dengan satuan pascal ( Pressure )
F : Gaya dengan satuan newton ( Force )
A : Luas permukaan dengan satuan m2 ( Area )
Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu
cairan atau gas.
Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu.
Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka suhu akan semakin tinggi. Hal ini dapat digunakan untuk
menjelaskan mengapa suhu di pegunungan lebih rendah dari pada di dataran rendah, karena di dataran rendah tekanan lebih tinggi.
Akan tetapi pernyataan ini tidak selamanya benar atau terkecuali untuk
uap air, uap air jika tekanan ditingkatkan maka akan terjadi perubahan dari gas kembali menjadi cair. (dikutip dari wikipedia : kondensasi). Rumus dari tekanan dapat juga digunakan untuk menerangkan mengapa pisau yang
Kerapatan adalah massa per unit volume suatu zat pada temperatur
tertentu (ρ) = M/V.
Titik lebur dari sebuah benda padat adalah suhu di mana benda
tersebut akan berubah wujud menjadi benda cair.
Ekspansi termal adalah perubahan dimensi yang terjadi akibat adanya
perubahan temperatur.
Panas spesifik adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan
suhu 1 kg bahan sebesar 1oC.
Konduktivitas termal (Panas) adalah kemampuan suatu benda untuk
memindahkan kalor melalui benda tersebut.
Elektromagnet adalah magnet yang terbuat dari gulungan kawat yang
bertindak sebagai magnet ketika arus listrik melewatinya tapi berhenti menjadi magnet ketika tidak diberi arus listrik.
Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan kelakuan dan sifat
cahaya dan interaksi cahaya dengan materi.
Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks
antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki.
Tekanan (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per
