Tugas Fisika dan Kimia 2B - Termodinamika
Nama
: I Putu Ega Septa Widhiarsa
NPM
: 13415203
Kelas
: 1IB02
Mata Kuliah
: Fisika dan Kimia 2B
Dosen
: Ariyani Fitri, ST.,MT
Jurusan Teknik Elektro, Universitas Gunadarma
1. Perbedaan Kalor dan Panas!
Kalor adalah energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu benda. Kapasitas suatu kalor dinyatakan dalam simbol kalori (kal) dan kilokalori (kkal), di mana 1 kkal sama dengan 1.000 kalori.1 kalori ialah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1 derajat celcius. Alat untuk mengukur kalor adalah kalorimeter.
Panas adalah energi yang berpindah akibat dari perbedaan suhu. Karakteristik panas yaitu bergerak dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Satuan panas disimbolkan dengan joule (J). Alat untuk mengukur panas adalah termometer.
Dari uraian singkat di atas, dapat ditarik suatu kesimpulan yaitu perbedaan antara kalor dan panas sebagai berikut:
1. Kalor merupakan salah satu bentuk energi, dan panas ialah energi yang berpindah.
2. Kalor timbul karena gesekan, sedangkan panas terjadi karena perbedaan suhu.
3. Satuan kalor dinyatakan dengan kalori, sementara satuan panas disimbolkan dengan joule.
4. 1 kalori (kal) sama dengan 4,2 joule (J).
2. Perbedaan antara termodinamika, fisika statistik dan termodinamika teknik!
Termodinamika adalah salah satu cabang ilmu fisika yang menjelaskan interaksi dan hubungan antara panas, kerja mekanik, dan aspek-aspek lain dari tenaga termasuk juga perpindahan tenaga antara sistem dengan lingkungannya.
Fisika Statistik adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sistem banyak partikel dari segi pandang statistik pada besaran mikroskopik untuk menjelaskan besaran makroskopik (khususnya energi) berdasarkan mekanika klasik dan kuantum.
Termodinamika Teknik adalah salah satu cabang ilmu fisika menjelaskan interaksi dan hubungan antara panas, kerja mekanik, dan aspek-aspek lain dari tenaga untuk direpresentasikan dalam penerapan ilmu dan teknologi.
3. Jelaskan mengapa termodinamika disebut sebagai ilmu eksperimen!
Termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar (makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran-besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics).
perilaku zat di bawah pengaruh kalor. Jadi, Termodinamika merupakan ilmu yang berlandaskan pada hasil-hasil eksperimen.
4. Jelaskan ruang lingkup termodinamika!
Termodinamika adalah satu cabang dari fisika dinamika, yang mempelajari tentang perilaku gerakan energi dan materi, termasuk panas atau bahang (heat, therm) sebagai tenaga atau energi, dan juga mencakup dinamika fluida (fluid dynamics) yang mempalajari tentang aliran fluida (fluid flow), seperti gas, udara, air, dan benda bergerak didalamnya, materi atau pun energy Dinamika fluida mencakup aerodinamika dan hidrodinamika. Ada perbedaan mendasar antara termodinamika dengan aerodinamika dan hidrodinamika. Termodinamika hanya berurusan dengan perilaku panas sebagai tenaga, perubahan kuantitas, perpindahan, aliran, perubahan status, dan efek terjadi karena perubahan, tapi tak dengan mekanisme bagaimana perubahan tersebut terjadi. Sedangkan aerodinamika dan hidrodinamika berurusan dengan mekanisme pergerakan dalam aliran. Sehingga dalam kategori, termodinamika dibahas tersendiri sebagai cabang khusus fisika tentang panas, sementara mekanisme aerodinamika dan hidrodinamika dibahas dalam dinamika mekanika. Meski demikian, ada hubungan dan keterkaitan antara tiga cabang fisika ini dalam konteks dinamika. Pembahasan termodinamika dilakukan dalam sistem makro yang mengandung sangat banyak partikel, sehingga variabel atau ubahan termodinamik adalah kuantitas statistik, seperti kompresi atau desakan atau presur [p] atau tekanan, temperatur [T] atau suhu, dan volume [V] ruang lingkup suatu sistem terisolasi, dimana dalam hal ini termodinamika berhubungan dengan dinamika fluida gas, udara, dan air. Meski demikian, dalam konteks tertentu, konsep termodinamika bisa diberlakukan untuk sistem mikro. Termodinamika dan pembahasan termodinamik berlandaskan pada tiga hukum dasar dinamika panas, yang dinamakan sebagai hukum-hukum termodinamik (laws of thermodynamics).
5. Jelaskan prinsip percobaan Mayer atau Joule yang melahirkan 1 kal = 4,2 Joule!
JAMES PRESCOTT JOULE DAN HUKUM KEKEKALAN ENERGI
James Prescott Joule, seorang ilmuwan Inggris yang namanya diabadikan menjadi satuan energi Joule ini lahir di Salford, Lancashire, Inggris pada 24 Desember 1818. James Prescott Joule merumuskan Hukum Kekekalan , yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan." Ia adalah anak seorang pengusaha bir yang kaya raya, namun sedikitpun ia tidak pernah merasakan pendidikan di sekolah hingga usia 17 tahun. Hal ini disebabkan karena sejak kecil ia selalu sakit-sakitan akibat luka di tulang belakangnya. Sehingga, ia terpaksa hanya tinggal di rumah sepanjang hari.
bersekolah dan masuk ke Universitas Manchester dengan bimbingan John Dalton, seorang ahli kimia Inggris yang begitu terkenal.
Joule dikenal sebagai siswa yang rajin belajar, rajin bereksperimen, dan juga rajin menulis buku. Bukunya yang berjudul Tentang Panas yang Dihasilkan oleh Listrik terbit pada tahun 1840 saat ia berusia 22 tahun. Tiga tahun kemudian tepatnya pada tahun 1843 bukunya mengenai ekuivalen mekanik panas terbit. Lalu, empat tahun berikutnya (1847) ia juga menerbitkan buku mengenai hubungan dan kekekalan energi. Buku-buku hasil karyanya tersebut begitu menarik perhatian Sir William Thomson atau dikenal dengan nama Lord Kevin. Sehingga, akhirnya Joule bekerja sama dengan Thomson dan menemukan efek Joule-Thomson. Efek tersebut merupakan prinsip yang kemudian dikembangkan dalam pembuatan lemari es. Efek tersebut menyatakan bahwa apabila gas dibiarkan berkembang tanpa melakukan kerja ke luar, maka suhu gas itu akan turun. Selain itu, Joule yang sangat taat kepada agama juga menemukan hukum kekekalan energi bersama dengan dua orang ahli fisika dari Jerman, yaitu Hermann von Helmholtz dan Julius Von Mayer. Hukum kekekalan energi yang mereka temukan menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk menjadi energi listrik, mekanik, atau kalor.
Ia adalah seorang yang hobi fisika. Dengan percobaan ia berhasil membuktkan bahwa panas (kalori) tak lain adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir. Joule (simbol J) adalah satuan SI untuk energi dengan basis unit kg.m2/s2. Nama joule diambil dari penemunya James Prescott Joule. Joule disimbolkan dengan huruf J. Istilah ini pertama kali diperkenalkan oleh Dr. Mayer of Heilbronn.
Joule diambil dari satuan unit yang didefinisikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Oleh sebab itu, 1 joule sama dengan 1 newton meter (simbol: N.m). Selain itu, satu joule juga adalah energi absolut terkecil yang dibutuhkan (pada permukaan bumi) untuk mengangkat suatu benda seberat satu kilogram setinggi sepuluh sentimeter.
Definisi satu joule lainnya yaitu pekerjaan yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik sebesar satu coulomb melalui perbedaan potensial satu volt, atau satu coulomb volt (simbol: C.V). 1 joule juga dapat didefinisikan sebagai pekerjaan untuk menghasilkan daya satu watt terus-menerus selama satu detik, atau satu watt sekon (simbol: W.s).
Konversi 1 joule adalah sama dengan 107 erg.
1 joule mendekati sama dengan: 6.241506363x1018 eV (elektron volt), 0.239 kal (kalori), 2.7778x10-7 kwh (kilowatt-hour), 2.7778x10-4 wh (watt-hour), atau 9.8692x10-3 liter-atmosfer. Berkat penemuan-penemuannya Joule menerima Medali Emas Copley, menjadi anggota Royal Society –sebuah Lembaga Ilmu Pengetahuan Inggris yang pernah dipimpin Newton selama 25 tahun. Selain itu, Joule juga menjadi Presiden Asosiasi Kemajuan Ilmu Pengetahuan di Inggris.
PERCOBAAN JAMES PRESCOTT JOULE
yaitu kalori. Satu kalori didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C. Terkadang satuan yang digunakan adalah kilokalori (kkal) karena dalam jumlah yang lebih besar, di mana 1 kkal = 1.000 kalori. Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C.
Pada tahun 1800-an, seorang ilmuwan dari Inggris, James Prescott Joule (1818 - 1889) melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk menetapkan pandangan bahwa kalor merupakan bentuk transfer energi. Percobaan ini membuktikan bahwa apabila suatu bentuk energi diubah menjadi bentuk energi lain, maka tidak ada energi yang musnah. Salah satu bentuk percobaan Joule ditunjukkan secara sederhana seperti pada gambar di atas.
Inilah percobaan Joule yang paling terkenal, yang pada dasarnya tidak akan melibatkan arus listrik. Peralatannya terdiri atas roda jantera kuningan yang memutar air didalam wadah tembaga. Roda jantera diputar oleh sebuah beban yang dijatuhkan. Ketika jatuh, beban tadi memiliki energi mekanis atau gerak. Joule menjatuhkan beban tadi berkali – kali. Mekanisme kerja alatnya adalah pada waktu jatuh, beban memutar roda jantera dan mengaduk air. Setiap kali beban jatuh, suhu air akan naik. Jumlah kenaikannya bergantung pada jarak beban yang dijatuhkan. Hal ini membuktikan bahwa energi gerak beban yang dijatuhkan. Hal ini membuktikan bahwa energi gerak beban yang dijatuhkan berubah menjadi energi panas dalam air. Kenaikan suhu yang sama juga bisa diperoleh dengan memanaskan air di atas kompor. Joule menentukan bahwa sejumlah kerja tertentu yang dilakukan selalu ekivalen dengan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekivalen dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai ini (4,186 J = 1 kal) dikenal sebagai tara kalor mekanik.
Dari hasil percobaannya dengan tujuan untuk menentukan kesetaraan antara kalor dan energi, Joule menyimpulkan hubungan antara kalor dan usaha yaitu sebagai berikut
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat berpindah dari lingkungan ke suatu sistem atau sebaliknya karena ada perbedaan suhu antara suatu sistem dengan lingkungannya. tanpa pengaruh dari luar, kalor akan selalu berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Misalnya, perpindahan kalor saat pendinginan sebuah mesin kendaraan.
Usaha juga merupakan suatu bentuk perpindahan energi melalui gaya yang dilakukan sistem pada lingkungan atau sebaliknya dimana titik tangkap gaya mengalami perpindahan. Misalnya, usaha pada beban yang bergerak ke bawah.
