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.

MESIN CARNOT

Menurut hukum II Termodinamika, tak mungkin didapatknan mesin  panas yang bekerja antara  dua tandon  panas  dengan efisiensi 100 persen. Carnot menemukan bahwa semua mesin reversibel yang bekerja antara dua tandon panas mempunyai efesiensi yang sama dan bahwa tidak ada mesin yang dapat mempunyai yang lebih besar  daripada efesiensi mesin reversibel. Hasil ini dikenal sebagai teorema Carnot yaitu :

 “tidak ada mesin yang bekerja di antara dua tandon panas yang tersedia yang dapat lebih efesien daripada mesin reversibel yang bekerja di antara kedua tandon itu”.

Beberapa syarat yang diperlukan agar proses bersifat reversibel:

1.      Tidak ada energi mekanik yang dapat hilang karena gesekan, gaya viskos, atau gaya disipatif lain yang menghasilkan panas.

2.      Tidak ada konduksi panas karena beda temperatur.

3.      Proses harus kuasi-statik agar sistem selalu dalam keadaan setimbang (atau sangat dekat dengan keadaan setimbang).

APLIKASI TERMODINAMIKA (Part 5)

21.      TURBIN GAS

Gas Turbine Engine

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Ø  Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

APLIKASI TERMODINAMIKA (Part 4)

18.          CUP COUNTER DAN WIND VANE ANEMOMETER

Anemometer

Pergerakan udara atau angin umumnya diukur dengan alat cup counteranemometer, yang didalamnya terdapat dua sensor, yaitu: cup - propeller sensor untuk kecepatan angin dan  vane/ weather cock sensor untuk arah angin. Untuk pengamatan angin permukaan, Anemometer dipasang dengan ketinggian 10 meter dan berada di tempat terbuka yang memiliki jarak dari penghalang sejauh 10 kali dari tinggi penghalang (pohon, gedung atau sesuatu yang menjulang tinggi).

Tiang anemometer dipasang menggunakan 3 buah labrang/ kawat penahan tiang, dimana salah satu kawat/labrang berada pada arah utara dari tiang anemometer dan antar labrang membentuk sudut 1200. Pemasangan penangkal petir pada tiang anemometer merupakan faktor terpenting terutama untuk daerah rawan petir. Hal ini mengingat tiang anemometer memiliki ketinggian 10 meter dengan ujung-ujung runcing yang membuatnya rawan terhadap sambaran petir.

APLIKASI TERMODINAMIKA (Part 3)

11.SOLARIMETER DAN PYRANOMETER

Digunakan untuk mengukur radaiasi matahari total. Untuk memperoleh data intensitas matahari secara kontinue, Solarimeter dihubungkan ke sebuah alat pencatat yang dinamakan Chart Recorder yang mempunyai sifat Self Balancing Potentiometric yaitu suatu recorder yang bekerjanya berdasarkan keseimbangan antara signal (tenaga listrik yang masuk berasal dari Solarimeter dengan tenaga listrik dari power supply. Gerakan dan kedudukan pena ditentukan oleh keseimbangan kedua unsur tersebut.

Dengan demikian recorder ini memerlukan tenaga listrik yang diperlukan selain untuk keseimbangan juga untuk menggerakkan pias (Chart) dan jam. Recorder ini sangat peka terutama ketika sedang beroperasi, sedapat mungkin dihindarkan terhadap getaran-getaran yang dapat mengganggu keseimbangan.

12.          THERMOMETER MAXIMUM

Thermometer air raksa ini memiliki pipa kapiler kecil (pembuluh) didekat tempat/ abung air raksanya, sehingga air raksa hanya bisa naik bila suhu udara meningkat, tapi tidak dapat turun kembali pada saat suhu udara mendingin. Untuk mengembalikan air raksa ketempat semula, thermometer ini harus dihentakan berkali-kali atau diarahkan dengan menggunakan magnet.

APLIKASI TERMODINAMIKA (Part 2)

4.  BAROGRAPH

Barograph adalah istilah lain untuk barometer yang dapat merekam sendiri hasil pengukurannya. Barograph umumnya menggunakan prinsip Barometer Aneroid, dengan menghubungkan beberapa kapsul/ cell aneroid dengan sebuah pena untuk membuat track pada kerta pias yang diletakkan pada tabung yang berputar 24 jam per rotasi. Pada pias terdapat garis-garis tegak menunjukkan waktu dan garis mendatar menunjukkan tekanan udara.Tingkat keakuratan dari barograph, salah satunya ditentukan oleh jumlah kapsul/ cell aneroid yang digunakan. Semakin banyak kapsul aneroid yang digunakan maka semakin peka barograph tersebut terhadap perubahan tekanan udara.

Contoh Fisik Barograph Tipe Aneroid Bagian Dasar Barograph

Sumber: BMKG Jateng.com

5.   ALAT PENGUKUR TEKANAN UDARA

Tekanan udara adalah gaya berat/ gaya tekan udara pada suatu luasan tertentu. Persamaan fisis untuk mengetahui tekanan udara adalah :

Perhitungan dilakukan dengan metode pipa U, dimana tekanan pada pipa A akan sama dengan tekanan di pipa B, sehingga bila kolom udara pada salah satu kolom difakumkan dan massa fluida (m) serta konstanta grafitasi (g) diketahui maka tekanan pada pipa terbuka (identik dengan tekanan udara lingkungan) akan diketahui.

Sumber: BMKG Jateng.com

APLIKASI TERMODINAMIKA (Part 1)

1.   Termometer bimetal mekanik

Termometer Bimetal Mekanik adalah sebuah termometer yang terbuat dari dau buah kepingan logam yang memiliki koefisien muai berbeda yang dikeling (dipelat) menjadi satu. Katabimetal sendiri memiliki arti yaitu bi berarti dua sedangkan kata metal berarti logam, sehingga bimetal berarti "dua logam".

Cara Kerja

Keping Bimetal sengaja dibuat memiliki dua buah keping logam karena kepingan ini dapat melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keoefisien muainya lebih rendah, sedangkan jika suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keofisien muainya lebih tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga kepingan akan membengkok (melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang. Biasanya keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti besi dan tembaga.

TEORI PANAS

A. Pengertian Kalor

Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda.

Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kal sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.

APLIKASI HUKUM TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

       Aplikasi Hukum Termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. Sistem Terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi. 

2. Sistem Tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. 

3. Sistem Terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

APLIKASI HUKUM TERMODINAMIKA II DALAM TEKNOLOGI

Mesin diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuahmesin pemicu kompresi, dimana bahan bakardinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).

Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima patenpada 23 Februari1893. 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.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.

Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).

TURBIN UAP

A.  Jenis-jenis Uap

            Proses pembentukan uap terbagi atas dua jenis, yaitu :

1.   Uap air

yaitu uap yang terbentuk diatas permukaan air sebagai akibat dari penurunan tekanan di atas permukaan air sampai tekanan penguapan yang sesuai dengan temperatur permukaan air tersebut pada titik didih dan pada tekanan di bawah tekanan atmosfir bumi. Penurunan tekanan ini diantaranya disebabkan karena adanya tekanan uap jenuh yang sesuai dengan temperatur permukaan air maka akan terjadi penguapan.

2.   Uap panas

yaitu uap yang terbentuk akibat mendidihnya air , aliran mendidih bila tekanan dan temperatur berada pada kondisi didih. Misalnya bila air tekanan 1 bar maka air tersebut akan mendidih pada suhu didih (±99,63⁰ C).

Uap yang terbentuk pada tekanan dan temperatur didih disebut uap jenuh saturasi (saturated steam). Apabila uap jenuh dipanaskan pada tekanan tetap, maka uap akan mendapat pemanasan lanjut (temperatur naik). Uap yang demikian disebut uap panas lanjut (uap adi panas) atau superheated steam.

Menurut keadaannya uap ada tiga jenis, yaitu :

Ø  Uap jenuh

Uap jenuh merupakan uap yang tidak mengandung bagian-bagian air yang lepas dimana pada tekanan tertentu berlaku suhu tertentu.

Ø  Uap kering

Uap kering merupakan uap yang didapat dengan pemanas lanjut dari uap jenuh dimana pada tekanan terbentuk dan dapat diperoleh beberapa jenis uap kering dengan suhu yang berlainan.

Ø  Uap basah

Uap basah merupakan uap jenuh yang bercampur dengan bagian-bagian air yang halus yang temperaturnya sama.

APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM BIDANG OCEANOGRAFI

Termodinamika memiliki banyak peran dan penerapan dalam berbagai bidang dalam kehidupan sehari – hari. Salah satu bidang terapan termodinamika adalah bidang kelautan, aplikasi termodinamika dalam bidang oceanografi yang akan dibahas melalui artikel – ertikel, diantaranya :

1. MEMETIK SETRUM OMBAK

Kolektor dan konverter. Kolektor berfungsi menangkap ombak, menahan energinya semaksimal mungkin dan kemudian mengarahkan gelombang itu ke konverter.

Oleh konverter yang ujungnya meruncing, air diteruskan menuju ke penampungan. Saluran ini dinamai tapchan, kependekan dari tappered channel alias saluran penjebak. Setelah air terkumpul, tahap berikutnya tak beda dengan mekanisme kerja yang ada pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Air di penampungan diarahkan ke bagian lebih rendah. Energi potensial inilah yang berfungsi menggerakkan turbin pembangkit listrik.

Banyak manfaat yang bisa dipetik dari teknologi PLTO. Selain hemat dari segi investasi maupun biaya operasional, pembangkit listrik tersebut juga ramah lingkungan karena tak mengeluarkan limbah padat, cair, maupun gas. Bahkan, kolam penampungannya yang banyak mengandung oksigen bisa dimanfaatkan untuk budidaya ikan air laut.

Selain memanfaatkan ombak, energi listrik ternyata juga bisa dipetik dari arus laut. Arus laut laut punya kelebihan dibanding gelombang, yaitu bisa diprediksi lewat perhitungan di atas kertas. Untuk wilayah Indonesia, energi arus laut memiliki prospek yang cukup oke. Karena Indonesia memiliki banyak pulau dan selat.

Ketika melewati selat yang sempit, arus laut akibat interaksi bumi-bulan-matahari mengalami percepatan. Energi inilah yang digunakan untuk menggerakkan turbin. Daun turbin yang berputar disodok arus akan menggerakkan roda gigi yang memusingkan generator sehingga menghasilkan setrum.

APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN( MPG CAPS)

        Di zaman modern ini, kebutuhan semakin meningkat dan harga semakin melunjak tinggi. Terutama BBM (Bahan Bakar Minyak) yang sekarang ini akan mengalami kenaikan. Hal ini di sebabkan karena harga minyak dunia naik oleh karena itu berdampak pada kenaikan BBM terutama di Indonesia. Salah satu dampak dari kenaikan BBM ini adalah semakin sakitnya hidup rakyat kecil atau rakyat miskin. Menurut saya, adapun tindakan yang dapat kita lakukan dalam mengurangi penggunaan energi di tengah mahalnya harga BBM salah satunya dengan menggunakan produk full additive yaitu MPG Caps yang merupakan produk untuk menghemat pengeluaran para pengguna kendaraan bermotor.

     MPG Caps (Mileages Per Gallon Capsule) adalah produk yang berbentuk kapsul di gunakan untuk merawat mesin yang di produksi oleh Fuel Freedom Internasional di Amerika Serikat yang 100% terbuat dari bahan organik aktif yang tidak mengandung filter. MPG Caps dapat digunakan untuk semua jenis bahan bakar seperti bensin, solar dan biodiesel. MPG Caps berfungsi untuk meningkatkan mileage per gallon kendaraan, meningkatkan umur klep mesin dan busi mesin, mencegah pembentukan limbah sisa-sisa pembakaran yang tidak diinginkan dalam mesin, mengurangi peningkatan karbondioksida setelah mesin bekerja.

     Hubungan antara termodinamika dengan suatu mesin adalah relasi termodinamik yang menunjukkan bahwa efisiensi termal dalam suatu sistem mesin motor adalah presentasi perbandingan kuantitas tenaga mekanik keluaran dan kuantitas tenaga panas masukan yang bila di jabarkan secara matematika fisika berdasarkan hukum termodinamika adalah :

PENERAPAN HUKUM TERMODINAMIKA DALAM BIDANG KESEHATAN

1. Energi Panas Dalam Bidang Kedokteran

-    Apabila energi panas mengenai salah satu bagian tubuh, akan menaikkan temperature daerah tersebut.
-    Efek panas :
a.    Fisik : menyebabkan semua zat mengalami pemuaian segala arah.
b.    Kimia : Kecepatan reaksi kimia akan meningkat dengan peningkatan temperatur. Misalnya : Reaksi oksidasi, Permeabilitas membrane sel, Metabolisme jaringan.
c.    Biologis : Merupakan pengggabungan dari efek panas terhadap fisik dan kimia. Misal : Peningkatan sel darah putih, Fenomena reaksi peradangan, dilatasi pembuluh darah, peningkatan tekanan kapiler, tekanan O2 dan CO¬2, penurunan pH.

  Penerapan energi panas dalam pengobatan

a.    Metode Konduksi 
-    “Apabila ada perbedaan temperatur  antara kedua benda maka panas akan ditransfer secara konduksi yaitu dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin”.
-    Pemindahan energi panas total tergantung pada luas daerah kontak, perbedaan temperatur, lama melakukan kontak, material konduksi panas.
-    Contoh:
•    Kantong air panas/botol berisi air panas ; efisien untuk pengobatan    nyeri abdomen (perut)
•    Handuk panas ; efektif untuk spasme otot, fase akut poliomyelitis.
•    Turkish batsh (mandi uap) ; sebagai penyegar atau relaksan otot.
•    Mud packs (lumpur panas) ; mengonduksi panas ke dalam jaringan, mencegah kehilangan panas.
•    Wax bath (parafin bath) ; efisien untuk mentransfer panas pada tungkai bawah terutama orang tua. Cara Wax Bath : wax diletakkan di dalam bak dan dipanaskan sampai temperature 1150- 1200F . Kaki direndam selama 30 menit-1 jam.
•    Electric Pads. Caranya : melingkari kawat elemen panas yang dibungkus asbes atau plastic. Dilengkapi dengan termostat. 
-    Metode konduksi bermanfaat untuk pengobatan terhadap penyakit neuritis, Sprains, Strain, Contusio, Sinusitis, Low Back Pain

CONTOH APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Beberapa contoh aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari

            

Hukum termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang, 2002: 165).

            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :

1. Air Conditioner (AC)

            Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.

            Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.

Pada kondensor, tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.

PENERAPAN HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

      Hukum Kedua termodinamika

Dasar dari hukum kedua termodinamika  terletak pada perbedaan antara sifat alami energi dalam dan energi mekanik mikroskopik. Hasil percobaan menyimpulkan bahwa mustahil untuk membuat sebuah mesin kalor  yang mengubah panas seluruhnya menjadi kerja , yaitu mesin dengan efisiensi  termal 100% kemustahilan ini adalah dasar dari suatu pernyataan Hukum Kedua Termodinamika (second law of thermodynamics) sebagai berikut:

“ adalah mustahil bagi sebuah sistem manapun untuk mengalami sebuah proses diamana sistem  menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan awalnya”

Pada benda yang bergerak, molekul memiliki gerakan acak , tetapi di atas semua itu terdapat  gerakan terkoordinasi dari setiap molekul  pada arah yang sesuai dengan kecepatan  benda tersebut. Energi kinetik yang berkaitan dengan gerakan makroskopik terkoordinasi adalah apa yang kita sebut sebagi energi kinetik  pada benda bergerak. Energi kinetik dan energi potensial yang berkaitan dengan gerakan acak menghasilkan energi dalam.

 “ kalor mengalir secara alami dari benda yang panas kebenda yang dingin , kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”

Perkembangan pernyataan umum hukum kedua termodinamika sebagian didasarkan pada studi mesin kalor. Namun dalam makalah ini kami mengkhususkan penerapan fisika padaAir Conditioner atau sering disingkat dengan (AC),

APLIKASI SEDERHANA TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Aplikasi termodinamika banyak sekali dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Contoh simple dari termodinamika ialah perubahan suhu tubuh. Selain itu ada banyak sekali peralatan rumah tangga yang memanfaatkan konsep termodinamika.Termodinamika merupakan suatu ilmu yang mempelajari tentang perubahan suhu atau perubahan panas. Berbicara tentang termodinamika tidak lepas dari suhu dan kalor. 

Aplikasi termodinamika yang sangat sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari ialah adanya embun diluar gelas yang berisi es. Hal ini disebabkan udara yang berada di luar gelas (sistem) banyak mengandung uap air, gelas yang berisi es bersuhu rendah dan terasa dingin sehingga udara yang bersentuhan dengan gelas akan mengalami penurunan suhu. Udara yang mengandung uap air juga akan mengalami penurunan suhu. Jika suhu udara sudah sangat rendah maka uap air akan mengembun dan berubah menjadi tetesan-tetesan air di luar gelas tersebut. Peristiwa tersebut sesuai dengan hukum II Termodinamika. Pada peristiwa tersebut terjadi proses penyerapan panas di dalam gelas. Peristiwa tersebut merupakan sistem tertutup karena hanya terjadi proses pertukaran kalor dan tidak terjadi proses pertukaran zat. Peristiwa tersebut menggunakan media sebagai pembatas rigid yaitu mempertukarkan kalor menggunakan gelas sebagai media.

HUKUM-HUKUM DASAR TERMODINAMIKA

Hukum–hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.Terdapat 4 hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu:
 

·         Hukum Awal

Termodinamika hukum ini menyatakan bahwa apabila dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah benda lain,maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.
 

·         Hukum Pertama

Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”.Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.Menurut hukum pertama,energi didalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara.

·         Hukum kedua

Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi.Entropi adalah tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan waktu,mendekati nilai maksimumnya.

Aplikasi : kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.
 

TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

         Termodinamika sudah sangat tidak asing didalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali peristiwa termodinamika yang terjadi dalam kehidupan. Sebagai contohnya perubahan suhu yang terdapat pada badan kita, kemudian beberapa peralatan rumah tangga yang menggunakan konsep termodinamika dan beberapa peralatan lainnya.

Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang mulanya menggeunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum-hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam.

SIFAT-SIFAT TERMODINAMIK ZAT MURNI

Zat murni adalah zat yang mempunyai komposisi kimia yang  tetap dan homogeny. Zat murni kebanyakan mengandung lebih dari satu fase, tetapi komposisi kimianya sama untuk semua fase. Misalnya, cairan air, campuran dari cairan air dan uap air, atau campuran dari padatan es dan cairan air adalah zat murni karena setiap fase mempunyai komposisi kimia sama. Namun, campuran udara cair dan udara gas bukan merupakan zat murni karena komposisi fase udara cair dan udara gas bukan merupakan zat murni karena komposisi fase udara cair berbeda dengan udara uap. Seringkali zat murni disebut zat yang dapat termampatkan sederhana.

ZAT MURNI (PURE SUBSTANCE) Merupakan zat yang mempunyai komposisi kimia yang tetap (stabil), misalnya : air (water) , nitrogen, helium, dan CO2. Zat murni bisa terdiri dari satu elemen kimia (N2 ) maupun campuran (udara).Campuran dari beberapa fase zat murni adalah zat murni, contohnya campuran air dan uap air. Tetapi campuran dari udara cair dan gas bukan zat murn karena susunan kimianya berubah atau berbeda.

FASE dari ZAT MURNI 

Diidentifikasi berdasarkan susunan molekulnya.

• Solid (padat) : jarak antar molekul sangat dekat sehingga gaya tarik antar molekul sangat kuat, maka bentuknya tetap. Gaya tarik antara molekulmolekul cenderung untuk mempertahankannya pada jarak yang relatif konstan.Pada temperatur tinggi molekul melawan gaya antar molekul dan terpencar.

• Liquid (cair) : Susunan molekul mirip dengan zat padat , tetapi terhadap yang lain sudah tidak tetap lagi. Sekumpulan molekul akan mengambang satu sama lain.

 • Gas : Jarak antar molekul berjauhan dan susunannya acak. Molekul bergerak secara acak.

PERUBAHAN FASA dari ZAT MURNI

Semua zat murni mempunyai mempunyai kelakuan umum yang sama. Sebagai contoh air (water). 

State 1 : Pada state ini disebut compressed liquid atau subcooled liquid. Pada state ini penambahan panas hanya akan menaikkan temperatur tetapi belum menyebabkan terjadi penguapan (not about to vaporize).

State 2 : Disebut saturated liquid (cairan jenuh). Pada state ini fluida tepat akan berubah fasenya. Penambahan panas sedikit saja akan menyebabkan terjadi penguapan (about to vaporize). Akan mengalami sedikit penambahan volume.

State 3 : Disebut “Saturated liquid - vapor mixture” (campuran uap - cairan jenuh). Pada keadaan ini uap dan cairan jenuh berada dalam kesetimbangan. Penambahan panas tidak akan menaikkan temperatur tetapi hanya menambah jumlah penguapan.

 State 4 : Campuran tepat berubah jadi uap seluruhnya, disebut “saturated vapor” (uap jenuh). Pada keadaan ini pengurangan panas akan menyebabkan terjadi pengembunan (“about to condense”).

State 5 : Disebut “superheated vapor” (uap panas lanjut). Penambahan panas akan menyebabkan kenaikkan suhu dan volume.

SISTEM TERMODINAMIKA

Sistem Termodinamika

Dalam termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem adalah benda atau sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan menjadi pusat perhatian. Sedangkan lingkungan adalah benda-benda yang berada diluar dari sistem tersebut. Sistem bersama dengan lingkungannya disebut dengan semesta atau universal. Batas adalah perantara dari sistem dan lingkungan. Contohnya adalah pada saat mengamati sebuah bejana yang berisi gas, yang dimaksud dengan sistem dari peninjauan itu adalah gas tersebut sedangkan lingkungannya adalah bejana itu sendiri.

Kajian termodinamika secara formal dimulai sejak awal abad ke 19 walaupun berbagai aspek termodinamika telah dipelajari sejak dahulu kala. Kata termodinamika berasal dari bahasa yunani therme berarti kalor dan dynamics berarti kakas. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda panas menghasilkan usaha/kerja. Namun sekarang ini pengertian termodinamika telah berkembang, termodinamika diartikan sebagai ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat (properties) fisis materi. Energi muncul dalam berbagai bentuk seperti energi listrik, energi magnet, energi yang digunakan untuk memanaskan air, energi untuk memindahkan objek, dan lain sebagainya. Dalam termodinamika, kalor dan usaha merupakan dua bentuk energi yang paling banyak dan paling utama dipelajari.

APLIKASI TERMODINAMIKA

                                                           

Penerapan prinsip dan metode termodinamika membentang di seluruh kehidupan manusia. Perkembangan teknologi telah memacu manusia untuk memanfaatkan energi dan kemaslahatan bersama. Alam telah menunjukkan bagaimana kerja dapat diubah menjadi kalor dapatdiubah menjadi kerja dengan sebuah mesin. Namun sebagian kalor masih terbuang secara percuma ketika mesin bekerja dalam siklus. Ini adalah tantangan bagi manusia bagaimana memperkecil kalor yang terbuang dan meningkatkan kamampuan melakukan kerja dari sebuah mesin.

Alam juga menunjukkan kesatuarahan dalam proses. Kerja dapat diubah menjadi kalor secara spontan namun kalor tidak dapat berubah menjadi kerja secara spontan. Kalor selalu berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah dengan sendirinya namun proses sebaliknya tidak dapat terjadi dengan sendirinya.

Oleh karena itu manusia menciptakan mesin-mesin untuk mengubah kalor menjadi kerja yang diacu sebagai mesin kalor danmesin-mesin untuk memindahkan kalor dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi yang diacu sebagai mesin pendingin. Berbagai contoh mesin-mesin kalor dan mesin-mesin pendingin yang menggunakan prinsip-prinsip termodinamika dalam perancangannya adalah mesin pembakaran internal, pembangkit listrik energi nuklir dan konvensional, mesin turbo, sistem pengkondisi udara dan refrijerasi, sistem penggerak propulsi roket, misla peswata terbang, kapal, dan kendaraan darat, sistem magnet dan listrik dan sistem termolistrik.

Gambar Diagram skematik pembangkit daya uap

PERUBAHAN FASE

Apa itu perubahan fase???

Sebelum ke perubahan fase, kita harus mengetahui apa itu fase?

FASE

Fase, dari bahasa Belanda, yang awalnya dari bahasa Yunani, phasisi, bisa berarti:

1.   tahap, tingkatan, masa

2.   Semua perubahan yang terjadi berturut-turut daripada sebuah proses

3.   wujud atau rupa sebuah benda. Misalkan air dalam keadaan beku disebut es. Keadaan.

Fase adalah besaran zat yang mempunyai struktur fisika dan komposisi kimia yang seragam. Struktur fisika dikatakan seragam apabila zat terdiri dari gas saja, cair saja, atau padat saja. Sistem dapat terdiri dari dua fase seperti cair dan gas. Komposisi kimia dikatakan seragam apabila suatu zat hanya terdiri dari satu bahan kimia yang dapat beebentuk padat, cari atau gas, atau campuran dari dua atau tiga bentuk itu. Campuran gas seperti udara atmosfer dianggapsenyawa tunggal.

Zat murni mempunyai komposisi kimia yang seragam dan tidak berubah. Zat murni dapat berada dalam beberapa fase yaitu:

1. Fase padat biasanya dikenal dengan es

2. Fase cair

3. Fase uap

4. Campuran kesetimbangan fase cair dan uap

5. Campuran kesetimbangan fase padat dan cair

6. Campuran kesetimbangan fase padat dan uap

Zat murni kebanyakan mengandung lebih dari satu fase, tetapi komposisi kimianya sama untuk semua fase. Cairan air, campuran dari cairan air dan uap air, atau campuran es dan cairan air adalah zat murni karena setaip fase mempunyai komposisi kimia sama yaitu H₂O. Namun, campuran udara cair dan udara gas bukan merupakan zat murni karena komposisi fase udara cair berbeda dengan fase udara uap.

Kadang-kadang campuran gas seperti udara dianggap sebagai zat murni sepanjang tidak ada perubahan fase karena udara mempunyai beberapa karakteristik zat murni.

PERUBAHAN FASE

1. KEADAAN CAIR

Jika cairan berada pada suhu lebih rendah daripada suhu jenuh disebut cairan subdingin (subcooled) dan disebut cairan tekan (liquid compressed) bila tekanannya lebih tinggi dari tekanan jenuh.

2. CAMPURAN DUA FASE CAIR-UAP

Selama proses penguapan berlangsung suhunya konstan karena kalor yang diserap digunakan untuk berubah fase. Pada suhu jenuh ini sebagian zat berupa cairan dan sebagian berupa uap dan didefinisikan suatu besaran yang disebut kualitas. Kualitas didefinisikan hanya zat bila berada pada keadaan jenuh yaitu pada suhu dan tekanan jenuh. Suhu akan bertambah setelah tetesan terakhir cairan air menguap. Kualitas merupakan sifat intensif.

3. KEADAAN UAP

Setelah semua massa cairan berubah menjadi uap, suu akan naik lagi dan volume jenis uap ikut bertambah pula. Uap yang berada pada suhu dia atas suhu jenuh dikatakan sebagai uap panas lanjut atau sering disebut gas. Tekanan dan suhu uap panas lanjut adalah sifat paling bebas, karena pada keadaan ini suhu terus meningkat akan tetapi tekanan tetap konstan.

4. PERUBAHAN DARI FASE PADAT

Meskipun perubahan fase cair menjadi uap menjadi perhatian utama dalam termodinamika. Namun tidak ada salahnya kita membahas perubahan fase dari fase padat.