ALAT-ALAT YANG BERHUBUNGAN DENGAN TERMODINAMIKA

Termometer

Adalah alat ukur berskala yang dapat di gunakan untuk menunjukan suhu.

Cara menggunakan termometer adalah dengan memasang termometer tersebut kontak dengan benda lain sampai benda dan termometer tersebut terjadi kesetimbangan termal.

Keseimbangan Termal

Keseimbangan termal terjadi jika 2 benda yang berada dalam kontak termal mempunyai temperatur yang sama. Dua benda disebut dalam kontak termal jika perlakuan panas pada salah satu benda menghasilkan perubahan makroskopis pada benda lainnya.

Tipe-Tipe Termometer

Tipe-tipe termometer antara lain:

HUKUM II TERMODINAMIKA

Hukum II Termodinamika

memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi. Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi, tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada Hukum I Termodinamika. Contoh, sebuah benda yang jatuh dari ketinggian h sehingga menumbuk lantai. Pada peristiwa ini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi kalor (panas) dan sebagian kecil menjadi energi bunyi. Mungkinkah energi-energi kalor dapat berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan benda setinggi h? Jelas bahwa hal ini akan terjadi, meskipun benda kita panaskan terus-menerus.

Bagan transfer kalor pada mesin pemanas

PENGGUNAAN ENERGI PANAS DALAM PENGOBATAN

-       Alur Perjalanan Energi Panas Dalam tubuh :

1. Jika energi panas mengenai salah satu bagian tubuh, maka suhu pada bagian tesebut akan meningkat

2. Kemudian melalui bagian tubuh tersebut, energi panas akan melakukan penetrasi ke dalam jaringan kulit dan menghilang ke jaringan tubuh yang lebih dalam berupa panas

3. Panas tersebut kemudian diangkut ke jaringan lain dengan cara konveksi, malalui cairan tubuh

Pada metoda KONDUKSI pemindahan energi panas bergantung pada : • Luas daerah kontak

• Perbedaan suhu

• Lama melakukan kontak

• Material konduksi panas

Contoh : Kantong air panas, handuk panas, mandi uap, lumpur panas, parafin bath, elektrik pads ,dll

SUHU DAN KALOR

SUHU

Suhu pada suatu benda dapat mengalami perubahan. perubahan suhu tersebut dapat mengakibatkan perubahan sifat-sifat pada benda tersebut. sifat-sifat benda yang berubah karena perubahan suhu disebut dengan sifat termometrik zat yakni:

a. Pemuaian zat padat

b. Pemuaian zat cair

c. Pemuaian gas

d. Tekanan zat cair

e. Tekanan udara

f. Regangan zat padat

g. Hambatan zat terhadap arus listrik

h. Intensitas cahaya (radiasi)

RADIASI BENDA HITAM

        A. RADIASI BENDA HITAM

Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi pada umumnya, Anda dapat melihat sebuah benda, karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda itu memancarkanradiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1.000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas 2.000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti pijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Hal ini menyebabkan pergeseran warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menentukan suhu suatu benda.

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body. Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu. Seperti yang telah Anda ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.

HUKUM PERGESERAN WIEN

Hukum Wien menyatakan bahwa makin tinggi suhu suatu benda hitam, makin pendek panjang gelombang tempat pancaran maksimum itu terjadi.

Hukum Wien dapat digunakan untuk menjelaskan gejala semakin tinggi suhu suatu bintang, makin biru warnanya dan makin rendah suhunya makin merah warnanya.

Jika suatu benda, misal logam, terus dipanaskan pada suhu tinggi maka warna pijarnya berubah mulai dari pijar merah (kira-kira 500 derajat Celcius) sampai ke putih (kira-kira 1400 derajat Celcius).

Bentuk grafik antara intensitas radiasi cahaya terhadap panjang gelombangnya, dinamakan grafik I dan lambda. Tampak bahwa untuk suhu yang lebih tinggi (T1 > T2 > T3), panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum (atau energi cahaya maksimum) bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek.

SIKLUS RANKINE

Pengertian Siklus Rankine

Siklus Rankine adalahsiklus termodinamikayang mengubah panasmenjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanyamenggunakan airsebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dariseluruh energilistrikyang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untukmengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umumditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankineadalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

                                                          

Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagaisiklus Carnot, terutama dalam menghitungefisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus inimenggunakan fluida yang bertekanan, bukangas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpatekananyang mengarah pada keadaansuper kritis, rangetemperaturakan cukup kecil. Uap memasuki turbin padatemperatur 565^oC (batas ketahananstainless steel) dankondenser bertemperatursekitar 30^oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%,namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik tenaga batu barasebesar42%.

SEJARAH PERKEMBANGAN TERMODINAMIKA

Pengertian Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = ‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’) adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah “termodinamika” biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses “super pelan”. Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang. Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik. 

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

ILMUWAN PENDIRI TERMODINAMIKA

Rudolf Julius Emanuel Clausius (2 Januari 1822 – 24 Agustus 1888), adalah seorang fisikawan dan matematikawan Jerman. Ia merupakan salah seorang pendiri termodinamika. Sebagai ahli ilmu fisika teoritis, ia juga yang meneliti fisika molekul dan electrik. Salah satunya adalah teori tentang tekanan dan temperatur yang merupakan dua unsur keseimbangan. Rudolf Clausius dianggap salah satu pendiri utama dari ilmu termodinamika. Dengan penyajian kembalinya Sadi Carnot Prinsip's dikenal sebagai siklus Carnot, ia meletakkan teori panas pada lebih benar dan secara sehat. Makalahnya yang paling penting, Pada teori mekanik panas, yang diterbitkan pada tahun 1850, pertama menyatakan ide-ide dasar dari hukum kedua termodinamika. Pada tahun 1865 ia memperkenalkan konsep entropi .

ILMUWAN FISIKA TERMODINAMIKA

Benjamin Thompson atau 'Count Rumford' (1753 – 1814) adalah penemu, ilmuwan, negarawan, dan tentara terkenal kelahiran Amerika. Benjamin Thompson dilahirkan di Woburn Utara, Massachusetts pada tanggal 26 Maret 1753 beragama Anglican. Ayahnya adalah seorang petani dan meninggal ketika Benjamin Thompson berumur 2 tahun. Ibunya, Ruth Simonds menikah lagi dengan Josiah Pierce pada bulan Maret 1976. Di masa kecilnya, Benjamin Thompson memiliki keterbatasan untuk sekolah sehingga dia lebih banyak belajar sendiri dan kemudian mendapat banyak pengetahuan dari teman dan kenalannya. 


Pada usia 13 tahun, Benjamin Thompson mulai melakukan beberapa pekerjaan seperti menjadi juru tulis seorang importer, pedagang bahan kering dan kemudian magang di Doctor John Hay of Woburn, dimana Thompson mendapatkan banyak pengetahuan tentang ilmu medis. Bakat Thompson dalam bekerja dengan alat mekanis dan kemampuan bahasanya yang sangat baik membuat John Fowle, salah satu guru lulusan Harvard, membantunya untuk belajar dengan Professor John Winthrop di Harvard. 

SEJARAH PENEMUAN TERMODINAMIKA

Istilah termodinamika sering kali kita dengar didalam kehidupan kita. Setiap perbendaharaan kata yang sering kita gunakan itu tentunya memiliki arti dan makna tersendiri. Begitupun kata termodinamika, seperti yang dikatakan oleh Widoyo. (2011:1), “Termodinamika (bahasa Yunani: thermos= ‘panas’ and dynamic= ‘perubahan’) adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses”.

Hubungan-hubungan yang ada dalam termodinamika itu berasal dari mekanika statistik, oleh sebab itu banyak sekali keterkaitan antara termodinamika dan mekanika statistik, bahkan terdapat beberapa kajian yang sama seperti pandangan terhadap suatu sistem. Pada sebuah sistem dimana terjadi suatu proses perubahan wujud atau pertukaran energi, ternyata termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kecepatan suatu proses reaksi berlangsung atau biasa kita sebut kinetika reaksi. Karena hal tersebut, istilah “termodinamika” biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dari itu, dapat kita katakan bahwa termodinamika merupakan cabang fisika yang mempelajari mengenai hubungan antara panas dengan energi.

SISTEM TENAGA UAP

Pada mesin uap dan turbin uap, air sebagai benda kerja mengalami deretan perubahan keadaan. Untuk merubah air menjadi uap digunakan suatu alat dinamakan boiler. Boiler menerima panas dari sumber panas atau dapur, panas tersebut digunakan untuk memanaskan air didalam boiler agar dieroleh uap. Kadang-kadang uap yang keluar dari boiler dipanaskan lagi dengan superheateragar diperoleh uap dengan temperatur yang lebih tinggi. Panas untuk superheaterdiambil dari dapur dan superheater dihubungkan langsung dengan boiler.

Gambar 2.1. Skema Diagram Aliran Uap Dan Cairan Pada Mesin/Turbin Uap.

Uap yang keluar dari superheater kemudian mengalir ke mesin uap atau turbin uap dan tenaga uap dirubah menjadi kerja poros mesin atau turbin. Pada waktu yang bersamaan, uap mengalami penurunan temperatur dan tekanan sebagian uap mengalami condensasi.

Kemudian campuran uap pada condensor semua uap diembunkan menjadi cairan. Panas dari condensor (panas pengembunan) dibuang. Cairan yang keluar dari condensor kemudian dipompakan kembali ke boiler.

PENERAPAN KONDUKSI, KONVEKSI DAN RADIASI DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

  1. Aplikasi konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat perantara. Namun, zat tersebut tidak ikut berpindah ataupun bergerak. Contoh dalam kehidupan sehari – hari yakni :

          a. Memasak air menggunakan panci logam

Dalam kehidupan sehari-hari, peristiwa konduksi dapat diamati misalnya pada saat memasakair menggunakan panci logam di atas api kompor. Aliran panas dari api akan merambat melalui atom-atom dalam logam. Logam kemudian meneruskan panas yang diterimanya dari apikemolekulmolekul air. Logam merupakan konduktor panas yang baik sehingga panas dari api akan cepat di hantarkan dan menyebabkan air segera mendidih.

          b. Membuat kopi atau minuman panas

Ketika kita membuat kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan sendok untuk mengaduk gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan ikut panas. Panas dari air mengalir ke seluruh bagian sendok.

PERPINDAHAN KALOR (KONDUKSI, KONVEKSI DAN RADIASI)

Perpindahan Kalor (Konduksi, Konveksi, dan Radiasi). Pernahkah kalian menanak nasi? Menurut pendapatmu, peristiwa apa yang menyebabkan beras yang bertekstur keras dapat berubah menjadi nasi yang lunakdan lembut? Tentu hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari  api kompor ke beras dan air yang berada dalam wadah pemasak itu. Bagaimanakah cara kalor berpindah? Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu  konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi  

Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi  atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas. 

Coba perhatikan gambar berikut:

HUKUM TERMODINAMIKA 1, 2, 3 DAN MANFAATNYA BAGI KESEHATAN TUBUH

Hukum Termodinamika 1 2 3 dan Manfaatnya bagi Kesehatan Tubuh

Berbicara tentang mesin tubuh manusia tidak lengkap bila kita tidak membahas tentang hukum termodinamika fiska yang berlaku pada mesin. Membaca judul di atas, jangan membayangkan rumus-rumus fisika dan kimia yang rumit. Hukum termodinamika berlaku universal sehingga dapat ditearpkan pada semua bidang ilmu. Kita akan membahas hubungannya dengan mesin tubuh manusia.

Hukum I Termodinamika:

“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain”

Sumber utama energy di bumi ini adalah sinar matahari.tumbuhan mengambil energy sinar matahari dengan melakukan fotosintesis dan mengonversikan energinya dalam bentuk cadangan makanan pada tumbuhan. Hewan herbivore mendapat energy dengan makan utumbuhan, hewan karnivora mendapat energy dengan memakan hewan lainnya. Energy hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk lain. Energy tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan. Artinya, tanpa matahari, semua kehidupan di dunia akan berakhir

HUKUM TERMODINAMIKA 0, 1, 2 DAN 3

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu: 

HUKUM AWAL (ZEROTH LAW) TERMODINAMIKA 

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA 

Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA 

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

HUKUM III TERMODINAMIKA

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. 

Hukum Ketiga Termodinamika : membayangkan kesempurnaan Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suatu kristal sempurna pada nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna, jadi entropinya adalah nol. Pada temperatur lain selain nol mutlak, terdapat kekacau-balauan yang disebabkan oleh eksitasi termal (Keenan, et.all., 1999:496). Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu barisan statik barbaniar, suatu keadaan dimanik yang paling teratur. Zat padat ini merupakan tingkat wujud materi yang amat langka dan terdapat di alam sebagai planet dan meteorit. Kristal suatu zat padat sebenarnya seperti statik atau diam saja. Pada tingkat atomik, masing-masing atom itu sebenarnya bergetar di sekitar tempat kedudukannya dengan arah acak. Getaran itu makin bekurang jika suhu kristal itu diturunkan alias didinginkan. Jika dibiarkan, getaran itu akan menjadi semakin giat, benda menjadi panas dan akhirnya membuat molekul-molekul itu terlepas satu sama lain sehingga relatif saling bebas membentuk zat cair. Zat cair adalah bentuk materi yang kurang “teratur” dibanding zat padat tetapi lebih teratur dibandingkan gas. Dan zat cair itu merupakan wujud yang paling langka dan kompleks. Sedangkan gas adalah bentuk “kekacauan” paling sempurna yang di dalamnya setiap molekul bergerak bebas secara acak. Jadi, begitu sulit mendapatkan zat dalam keadaan dinamik teratur atau kristal sempurna seperti yang dibayangkan hukum ketiga termodinamika karena pada tingkat atomik setiap zat dalam kedudukannya selalu bergerak acak yang menyebabkan molekul-molekul menjadi kacau atau tidak teratur.

SIKLUS CARNOT DAN EFISIENSI

Siklus carnot erat kaitannya dengan kalor dan sebelumnya telah disinggung pada mata kuliah termodinamika. Siklus carnot merupakan sebuah siklus yang fungsinya untuk menganalisis suatu kerja mesin panas. Siklus ini ditemukan oleh Sadi Carnot, Seorang insinyur Perancis pada tahun 1842.

Siklus carnot merupakan salah satu siklus yang reversibel , artinya bahwa di dalam suatu sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang. Siklus carnot sendiri terdiri dari 4 proses. 2 proses merupakan proses isotermal ( proses pada temperatur konstant ) , 2 proses lain merupakan proses adiabatik ( proses yang muncul tanpa perpindahan panas dan massa ). 4 proses tersebut adalah sbb :

Sumber : chemwiki.ucdavis.edu

PRINSIP KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya tinggi sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis.  PLTU merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik.

Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu :

·         Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi.

·         Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.

·         Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.

Gb 1 Proses konversi energi pada PLTU

SIKLUS PLTU ( PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP )

Sebuah pembangkit listrik jika dilihat dari bahan baku untuk memproduksinya, maka Pembangkit Listrik Tenaga Uap bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku Air. Kenapa tidak UAP? Uap disini hanya sebagai tenaga pemutar turbin, sementara untuk menghasilkan uap dalam jumlah tertentu diperlukan air. Menariknya didalam PLTU terdapat proses yang terus menerus berlangsung dan berulang-ulang. Prosesnya antara air menjadi uap kemudian uap kembali menjadi air dan seterusnya. Proses inilah yang dimaksud dengan Siklus PLTU.

Air yang digunakan dalam siklus PLTU ini disebut Air Demin (Demineralized), yakni air yang mempunyai kadar conductivity (kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar conductivity sekitar 100 – 200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant yang berfungsi untuk memproduksi air demin ini.

MESIN PANAS ENDOREVERSIBLE

Mesin Panas Endoreversible

Efisiensi yang paling Carnot sebagai kriteria kinerja panas mesin adalah kenyataan bahwa dengan sifatnya, setiap siklus Carnot maksimal efisien harus beroperasi pada gradien suhu sangat kecil. Hal ini karena adanya transfer panas antara dua benda pada suhu yang berbeda tidak dapat diubah, dan karena ekspresi efisiensi Carnot hanya berlaku dalam batas sangat kecil. Masalah utama dengan itu adalah bahwa obyek mesin panas yang paling adalah untuk output semacam kekuasaan, dan kekuasaan sangat kecil biasanya tidak apa yang sedang dicari.

Sebuah ukuran yang berbeda efisiensi mesin panas yang ideal diberikan oleh pertimbangan termodinamika endoreversible , di mana siklus identik dengan siklus Carnot kecuali dalam bahwa dua proses perpindahan panas yang tidak reversibel (Callen 1985):

 (Catatan: Unit K atau ° R )

CONTOH MESIN PANAS

Contoh mesin panas

Penting untuk dicatat bahwa meskipun beberapa siklus memiliki lokasi pembakaran yang khas (internal atau eksternal), mereka sering dapat diimplementasikan dengan lainnya. Misalnya, John Ericsson mengembangkan mesin dipanaskan eksternal berjalan pada siklus sangat mirip dengan awal siklus Diesel. Selain itu, mesin eksternal dipanaskan sering dapat diimplementasikan dalam siklus terbuka atau tertutup. Apa ini intinya adalah bahwa ada siklus termodinamika dan sejumlah besar cara untuk menerapkannya.

Tahap siklus perubahan

Dalam siklus dan mesin, cairan bekerja adalah gas dan cairan. Mesin mengubah fluida kerja dari gas ke cairan, dari cair ke gas, atau keduanya bekerja, menghasilkan cairan dari ekspansi atau kompresi.

MESIN PANAS

Mesin Panas

Dalam termodinamika , mesin panas adalah sistem yang melakukan konversipanas atau energi termal untuk pekerjaan mekanik . Hal ini dilakukan dengan membawa suatu zat yang bekerja dari tinggi temperatur negara ke keadaan suhu yang lebih rendah. Sebuah panas "sumber" menghasilkan energi panas yang membawa zat bekerja untuk negara suhu tinggi. Substansi bekerja menghasilkan karya dalam "tubuh bekerja" dari mesin saat mentransfer panas ke "dingin tenggelam" sampai mencapai keadaan suhu rendah. Selama proses ini beberapa energi panas diubah menjadi kerjadengan memanfaatkan sifat-sifat substansi bekerja. Substansi kerja yang dapat berupa sistem dengan non-nol kapasitas panas, tapi biasanya adalah gas atau cairan.

MESIN BENSIN

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.

Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.

Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.

Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi di luar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut EFI

HUKUM I TERMODINAMIKA

Dalam fisika dikenal adanya hukum kekekalan, seperti hukum kekekalan massa, hukum kekekalan tenaga atau energi, hukum kekekalan momentum dll. Termodinamika adalah salah satu cabang fisika, sehingga tidaklah mengherankan apabila didalam termodinamika dikenal adanya hukum kekekalan.

• Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa :

“untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ∆U = Q – W “

Jadi dapat dikatakan bahwa hukum I termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi..

ENTROPI

APA ITU ENTROPI?

Pengertian Entropi

Entropi menggambarkan kecenderungan untuk sistem untuk pergi dari keadaan organisasi yang lebih tinggi ke keadaan organisasi terendah pada tingkat molekuler. Dalam kehidupan sehari-hari Anda, Anda secara intuitif memahami bagaimana entropi bekerja setiap kali Anda menuangkan gula dalam kopi atau melelehkan es batu dalam gelas. Entropi dapat mempengaruhi ruang di mana substansi menyebar, perubahannya fase dari padat ke cair ke gas, atau posisinya. Dalam fisika, entropi adalah pengukuran secara matematis perubahan energi potensial dari lebih besar ke yang lebih rendah, berkaitan dengan hukum kedua termodinamika.

Entropi berasal dari kata Yunani yang berarti, “transformasi.” Definisi ini memberi kita wawasan tentang mengapa hal-hal yang tampaknya berubah tanpa alasan. Sistem hanya dapat mempertahankan organisasi pada tingkat molekuler asalkan energi ditambahkan. Misalnya, air akan mendidih hanya selama Anda menempatkan panci di atas api. Anda menambahkan kalor, bentuk energi kinetik, untuk mempercepat molekul di dalam air. Jika sumber panas dipindahkan, kita semua bisa menebak bahwa air secara bertahap akan mendinginkan sekitar suhu kamar. Hal ini disebabkan entropi, karena molekul air cenderung memakai akumulasi energi potensial, pelepasan panas, dan berakhir dengan energi potensial yang lebih rendah.

ENTROPI DAN HUKUM KE II TERMODINAMIKA

Pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa sebuah kolam tidak membeku di musim panas. Jika sebuah benda panas berinteraksi dengan benda dingin, maka tak terjadi bahwa benda panas tersebut semakin panas dan benda dingin semakin dingin, meskipun proses-proses tersebut tidaklah melanggar hukum kekekalan energi yang dinyatakan sebagai hukum pertama termodinamika.

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".

Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.

ENTROPI DAN TERMODINAMIKA

MATERI KALOR & HK I TERMODINAMIKA

KALOR

sumber: David Halliday, Fisika I, edisi ke-3, Erlangga, 1985

Bila dua sistem yang temperaturnya berbeda-beda disatukan, maka suhu akhir yang dicapai oleh kedua sistem itu berada diantara dua temperatur permulaan tersebut.  Perubahan temperatur  dianggap sebagai perpindahan sesuatu dari suatu benda yang mempunyai temperatur tinggi ke sebuah benda pada temperatur yang lebih rendah, dan sesuatu ini disebut sebagai kalor. Kalor adalah sesuatu yang dipindahkan diantara sebuah sistem dan sekelilingnya sebagai akibat dari hanya perbedaan temperatur.

KUANTITAS KALOR

Satuan kalor Q biasanya didefinisikan secara kuantitatif dalam perubahan tertentu yang dihasilkan di dalam sebuah benda selama proses tertentu. Kalori digunakan  sebagai satuan kalor.  1 kilokalori = 1000 kalori = 3,968 Btu.

SIKLUS CARNOT, SIKLUS OTTO DAN SIKLUS DIESEL

1) Mesin Carnot (Siklus Carnot)
Sejak mesin uap ditemukan oleh James watt, orang selalu berusaha untuk memperoleh mesin yang memunyai efisiensi yang lebih tinggi. Pada tahun 1824, seorang insinyur Perancis bernama Sardi Carnot (1796-1832) mempublikasikan teori tentang mesin kalor ideal.

Gambar diagram asli mesin Carnot

CARA-CARA PERPINDAHAN KALOR

Kalor atau panas dari suatu benda dapat berbeda-beda. Nah, ketika terjadi kontak antara dua benda atau lebih yang memiliki perbedaan kalor, maka akan terjadi aliran kalor atau perpindahan kalor. Kalor berpindah dari benda yang memiliki temperatur lebih tinggi ke benda dengan temperatur lebih rendah hingga tercapai keseimbangan termal atau kesamaan temperatur. Secara sederhana, kondisi ini dapat dipahami sebagai suatu perpindahan kalor yang terjadi pada benda-benda yang dengan suhu yang berbeda agar suhunya menjadi sama.

Proses perpindahan panas antar benda satu dengan lainnya tidak selalu sama. Ada tiga mekanisme atau cara perpindahan kalor yakni secara konduksi, konveksi dan radiasi.

DASAR, HUKUM DAN PENERAPAN TERMODINAMIKA

Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat.
Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas  (suhunya dinaikkan), maka akan timbul berbagai-bagai akibat seperti :
- Gas, cairan dan zat padat → memuai
- Termo-elemen membangkitkan GGL
- Kawat-kawat mengalami perubahan daya tahannya.

Dalam proses demikian, biasanya terdapat suatu pengaliran panas dan bekerjanya suatu gaya yang mengalami perpindahan (panas) yang mengakibatkan terjadinya “Usaha atau Kerja”.
Tujuannya  memecahkan persoalan termodinamika dengan menguasai prinsip dasar (dalil, persamaan), sistematika pemecahan soal dan defenisi dasar suatu hukum termodinamika.

SIKLUS GABUNGAN DAN SIKLUS MOTOR BENSIN

1. SIKLUS GABUNGAN

            Siklus gabungan ialah dimana adanya persamaan antara siklus motor bensin dengan siklus motor diesel di dalam proses pembakaran di dalam silinder ,dapat kita lihat dibawah ini.

SIKLUS DIESEL

Prinsip kerja mesin diesel mirip seperti mesin bensin. Perbedaannya terletak pada langkah awal kompresi alias penekanan adiabatik (penekanan adiabatik = penekanan yang dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor alias panas tidak sempat mengalir menuju atau keluar dari sistem. Sistem untuk kasus ini adalah silinder). Kalau dalam mesin bensin, yang ditekan adalah campuran udara dan uap bensin, maka dalam mesin diesel yang ditekan hanya udara saja… Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara meningkat. Selanjutnya injector alias penyuntik menyemprotkan solar. Karena suhu dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke dalam silinder, si solar langsung terbakar… Tidak perlu pake busi lagi. Perhatikan besarnya tekanan yang ditunjukkan pada diagram di bawah… bandingkan dengan besarnya tekanan yang ditunjukkan pada diagram siklus otto

SIKLUS OTTO (Part 2)

Ini adalah gambar mesin pembakaran dalam empat langkah alias empat tak… Mula-mula campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan). Selanjutnya campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi alias penekanan). Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanan 

campuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uap bensin terbakar. Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston dan mendorong piston ke bawah (langkai pemuaian). Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan).Katup masukan terbuka lagi dan keempat langkah diulangi.

SIKLUS OTTO (Part 1)

Siklus Otto adalah siklus thermodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto.

Secara thermodinamika, siklus ini memiliki 4 buah proses thermodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat diagram tekanan (p) vs temperatur (V) berikut:

SIKLUS TERMODINAMIKA

      Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara.

Idealisasi proses tersebut sebagai berikut:

1.    Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.

2.    Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara.

3.    Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.

4.    Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung.

5.    Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor 4 (empat) langkah.

MESIN KALOR (Part 2)

- Mesin diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan olehsuhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (sepertibusi).

Gambar Diagram siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal.

Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

MESIN KALOR (Part 1)

Mesin kalor adalah suatu alat yang mempertukarkan kalor dengan lingkungannya dan melakukan usaha berulang-ulang secara terus-menerus dalam suatu rangkaian proses.

Gagasan dasar di balik mesin kalor  adalah bahwa energi mekanik bisa didapat dari energi termal hanya ketika kalor dibiarkan mengalir dari temperature tinggi ke temperature yang lebih rendah. dalam proses ini, sebagian kalor dapat diubah menjadi kerja mekanik.

            Artinya, masukan kalor Q_h  pada temperatur tinggi T_h sebagian diubah menjadi kerja W dan sebagian dibuang sebagai kalor Q_L pada temperatur  yang lebih rendah T_L. dengan kekekalan energi , Q_h = W + Q_L. temperature tinggi T_h dan temperature rendah T_L disebut temperature operasi mesin.