Radiasi Benda Hitam

RADIASI BENDA HITAM

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan  leh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan  pektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body. Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang  adanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama  engan satu.

Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan  arakteristik 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.

Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada dibawah. Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.

1.   Hukum Stefan-Boltzmann

2.   Hukum Pergeseran Wien

3.   Reyleigh- Jean

4.  Teori Planck

Info Termo : Benda Hitam

BENDA HITAM 

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.
Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar hitam karena dia juga memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dimulai dari merah, jingga, kuning dan putih.
Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam

Ketika temperatur berkurang, puncak dari kurva radiasi benda hitam bergerak ke intensitas yang lebih rendah dan panjang gelombang yang lebih panjang. Grafik radiasi benda hitam ini dibandingkan dengan model klasik dari Rayleigh dan Jeans.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa memedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.
Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.
Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.

Info Termo : Apa perbedaan kalor dan panas?

Perbedaan Kalor dan Panas

 

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.Teori Kalor Dasar :

1. Kalor yang diterima sama dengan (=) kalor yang dilepas : Azas/asas Black

- Penemu adalah Joseph Black (1720 - 1799) dari Inggris.

2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan

- Penemunya adalah Benyamin Thompson (1753 - 1814) dari Amerika Serikat

3. Kalor adalah salah satu bentuk energy

- Ditemukan oleh Robert Mayer (1814 - 1878)

4. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi disebut kalor mekanik.

- Digagas oleh James Prescott (1818 - 1889)

Pengertian Panas

Panas adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule. Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi-dalam yang berhubungan dengan gerak acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya. Energi-dalam ini directly proportional terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan panas dan energi internal. Perbedaanya adalah panas dihubungkan dengan pertukaran energi internal dan kerja yang dilakukan oleh sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengerti hukum pertama termodinamika Radiasi inframerah sering dihubungkan dengan panas, karena objek dalam suhu ruangan atau di atasnya akan memancarkan radiasi kebanyakan terkonstentrasi dalam "band" inframerah-tengah. (lihat badan hitam)

Variabel dalam Termodinamika : Tekanan

Tekanan
Tekanan secara matematis dapat diefinisikan seperti berikut ini :
P=F_n/A                                                                                                          (6)
F_n   = Komponen Gaya Normal tegak lurus A
A     = Luas penampang Lintang

Agar lebih mudah dipahami, perhatikan Gambar 2 berikut ini.

Untuk gas dan cairan, istilah tekanan sering digunakan, tetapi untuk zat padat, lebih sering digunakan istilah tegangan. Tekanan pada tiap titik dalam fluida yang diam besarnya sama ke segala arah dan tekanan didefinisikan sebagai komponen gaya yang tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas. Tekanan P pada suatu titik di dalam fluida yang berada dalam kesetimbangan besarnya sama ke segala arah, akan tetapi untuk zat cair yang pekat dan dalam keadaan bergerak, variasi tekanan terhadap kedudukan bidang datumnya merupakan suatu hal yang penting dan perlu pembahasan khusus di luar thermodinamika. Dalam thermodinamika klasik, umumnya diperhatikan tekanan fluida dalam keadaan setimbang.

Dalam berbagai penggunaan, umumnya digunakan istilah tekanan absolut, yaitu tekanan yang dimiliki oleh sistem pada batas sistem. Istilah absolut digunakan untuk membedakannya dari tekanan relatif (pressure gauge), karena dalam praktek, pengukur tekanan dan pegukur kevakuman menyatakan perbedaan antara tekanan absolut dan tekanan atmosfer. Untuk memperoleh tekanan absolut, maka tekanan atmosfer harus ditambahkan pada pembacaan tekanan relatif, jadi :

            P_absolut  = P_relatif + P_atmosfer                                                                      (7)

Persamaan  (7) ini digunakan untuk tekanan di atas tekanan atmosfer. Untuk tekanan di bawah tekanan atmosfer, maka tekanan relatif menjadi negatif, dan umumnya disebut tekanan vakum sebesar harga tekanan relatif tersebut. Jadi tekanan relatif sebesar –10 atm disebut vakum sebesar 10 atm. Hubungan antara tekanan absolut, tekanan relatif, tekanan atmosfer, dan vakum dinyatakan secara grafis dalam Gambar 3 berikut ini

Gambar 3. Skema Perbandingan Tekanan

Variabel-Variabel dalam Termodinamika : Temperatur

Temperatur

Seperti diketahui bahwa temperatur merupakan salah satu properti sistem yang telah dikenal luas penggunaannya, akan tetapi agak sukar untuk mendefinisikannya, oleh karenanya definisi tentang temperatur akan lebih baik diberikan dalam suatu fenomena saja. pertama kita menyadari adanya temperatur (suhu) sebagai perasaan panas atau dingin bila kita menyentuh suatu benda. Demikian juga apabila dua buah benda, yang satu panas dan yang satu dingin, disentuhkan satu sama lain, maka benda yang panas akan mendingin, dan yang dingin akan menjadi panas, sehingga pada suatu waktu, keduanya akan memiliki rasa panas atau dingin yang sama. Sebenarnya yang terjadi adalah kedua benda tersebut mengalami perubahan sifat, dan pada waktu proses perubahan ini berhenti, kedua benda berada dalam keadaan kesetimbangan thermal. Jadi dua sistem yang berada dalam kesetimbangan thermal mempunyai sifat yang sama, sifat ini disebut temperatur (suhu). Dengan kata lain, temperatur dari suatu benda adalah suatu indikator dari keadaan panas yang dimiliki-nya didasari kepada kemampuan benda tersebut untuk mentransfer panas ke benda lain. Hukum dasar yang mendasari pengukuran suhu dikenal dengan hukum thermodinamika ke-nol. Hukum thermodinamika ke-nol menyatakan bahwa apabila dua buah benda masing-masing berada dalam keadaan kesetimbangan thermal dengan benda yang ketiga, maka kedua benda ini berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain, artinya, suhu kedua benda tersebut adalah sama. Skala untuk menentukan besar kecilnya temperatur yang sudah dikenal adalah Fahrenheit, Celcius, Kelvin dan Rankine. Untuk melihat perbedaan skala dari ke empat skala tersebut, bisa dilihat pada gambar berikut ini                                                  .

Gambar 1. Skema Perbandingan Temperatur

Jelas terlihat bahwa satu satuan derajat (satuan perbedaan temperatur) adalah tidak sama untuk Kelvin-Celcius dengan Rankine-Fahrenheit, atau dengan kata lain bisa di buat :
                                                                                              (1)
                                                                                                 (2)
dan dari nilai skala seperti pada Gambar 1, diperoleh perbandingan :
                           dan                                  (3)
dari penjelasan tersebut, maka dapat diperoleh relasi antara Rankine dengan Fahrenheit dan relasi antara Celcius dengan Kelvin seperti berikut ini.
                                                          (4)
                                                            (5)

Info Termo : Kenapa api padam jika diguyur air ?

Posted by Komang Suardika Posted on 9/12/2012 02:28:00 am

Kalau ada nyala api, pasti disitu ada tiga unsur. Apa itu ? Unsur pertama adalah oksigen atau sering juga disebut zat asam, kedua, bahan bakar, dan ketiga, panas. Oleh para ahil, ketiga unsur pembentuk api itu dinamai segitiga api (Gambar 1). Pendek kata, untuk menimbulkan api ketiga unsur itu harus ada dan berhubungan. Oleh sebab itu, apabila ingin memadamkan api, maka paling sedikit satu diantara ketiga unsur itu harus dihilangkan atau dipisahkan. Atau dengan kata lain, hubungan diantara ketiga unsur itu harus diputuskan.

Unsur pertama oksigen. Udara di sekitar kita ini mengandung oksigen, yang sangat dibutuhkan oleh semua makhluk hidup. Jadi, oksigen tidak mungkin dihilangkan. Oksigen hanya bisa dipisahkan dari ketiga unsur api. Unsur kedua adalah bahan bakar. Bahan bakar bisa dihilangkan. Demikian juga panas. Bagaimana caranya ? Salah satu caranya, ya diguyur air.

Jika kita mengguyur api dengan air, apa yang terjadi ? Pertama-tama suhu panas, salah satu unsur segitiga api akan hilang dan menjadi dingin. Kemudian yang kedua, sebagian air yang dipergunakan untuk mengguyur akan menguap menjadi uap air. Nah, uap air inilah yang akan memisahkan api dari oksigen. Karena dua hal dari segitiga api, yaitu panas dan oksigen, tidak ada, padamlah api. Satu unsur hilang saja padam. apalagi dua (Gambar 3).

Namun, tidak semua api bisa dipadamkan dengan air. Cara memadamkan api dengan air ini hanya bisa dilakukan apabila bahan bakarnya berupa kayu, kain, plastik, atau kertas. Kalau api merupakan hasil percikan listrik atau ada unsur minyak tanah, atau bensin, maka tidak bisa dipadamkan dengan air. Mengguyurkan air pada api akibat percikan listrik sangat berbahaya, karena air adalah penghantar listrik. Si pengguyur bisa tersengat aliran listrik. Jika terjadi kebakaran akibat listrik, hal pertama yang harus dilakukan adalah memutuskan terlebih dahulu aliran listrik. Setelah yakin tidak aliran listrik baru bisa dipadamkan dengan air.

Bagaimana dengan minyak, atau bensin ? Karena berat jenis minyak atau bensin lebih kecil dibandingkan dengan air, maka ketika diguyur air, minyak atau bensin akan mengambang di atas air. Karena itu, minyak atau bensin itu tetap berhubungan dengan oksigen. Alhasil, api akan tetap menyala. Untuk memadamkan api jenis ini dibutuhkan pemadam kimia, yang biasanya berbentuk busa, atau zat karbondioksida.

Sumber : Susetyo Mulyodrono (LAPAN), 

http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?fenomena&1147101081&1

Fenomena Termodinamika

Fenomena yang berkaitan dengan proses irreversibel

(1) Bila kita menggosokan kedua telapak tangan, maka kedua telapak tangan kita biasanya akan menjadi panas. Dalam hal ini kalor/panas yang dihasilkan melalui kerja yang kita lakukan. Proses ini bersifat irreversibel karena panas yang dihasilkan tidak bisa dengan sendirinya melakukan kerja dengan menggosokan kedua tangan. (2) Pada gelas atau cangkir, bila kita jatuhkan maka gelas atau cangkir tersebut akan pecah. Pecahannya ini tidak bisa bersatu dengan seketika. Sehingga dinamakan proses irreversibel.

Fenomena yang berkaitan dengan proses keteraturan menjadi ketakteraturan.

(1) sebalok es berada di dalam panci di atas api. Balok es akan mencair dan suhunya akan terus meningkat sampai menguap. Molekul-molekul pada balok es memiliki tingkat keteraturan yang tinggi, yang kemudian terus berubah menjadi tidak teratur karena peningkatan suhu dan perubahan suhu. (2) Batu yang jatuh ke tanah, maka energi kinetiknya akan diubah menjadi energi termal. Energi termal tersebut adalah gerak acak yang tidak teratur dari molekul-molekul, molekul-melekul pada yang jatuh semuanya memiliki kecevatan ke bawah yang sama sebagai tambahan atas kecevatan acak itu sendiri. Sehingga energi kinetik batu yang lebih teratur diubah menjadi energi termal yang tidak teratur ketika menimpa tanah.

Fenomena yang berkaitan dengan proses reversibel

Fenomena ini bisa kita jumpai pada mesin carnot. Mesin carnot ini terdiri dari dua proses yaitu isotermal dan adiabatik. Pertama  gas diekspansi secara isotermal, kedua gas berekspansi secara adiabatis. Selanjutnya gas dimampatkan secara isotermal dan lagi dimampatkan secara adiabatis. Sehingga gas dapat kembali ke proses semula.

Video Termo : Percobaan Pengukuran Suhu Rata-Rata Harian

Video Termo : Video Aplikasi Termodinamika "TERMOS"

Video Termo : Percobaan Suhu Pada Zat Padat dan Cair

Video Termo : Suhu dan kalor terhadap Volume

Penerapan termodinamika : Kapal Uap

Demonstrasi Fisika Sederhana dan Berkualitas 2 (Pembuktian Tekanan Udara)

Percobaan Sederhana Termo : MAN MODEL

Info Termo :Efek Rumah Kaca dan Hukum 2 Termodinamika

apa yang ilmu pengetahuan katakan...

Hukum ke-2 termodinamika konsisten dengan efek rumah kaca yang langsung diamati.

argumen skeptis...

Hukum 2 termodinamika bertentangan teori rumah kaca "Efek rumah kaca di atmosfer, sebuah ide dimana banyak penulis yang melacak kembali ke karya-karya tradisional Fourier 1824, Tyndall 1861, dan Arrhenius 1896, dan yang masih didukung dalam klimatologi global, pada dasarnya menjelaskan mekanisme fiktif, di mana suasana planet bertindak sebagai pompa panas didorong oleh lingkungan yang secara radiatif berinteraksi dengannya, tetapi secara radiatif diseimbangkan dengan sistem atmosfer. Menurut hukum kedua termodinamika seperti mesin planet tidak pernah bisa eksis. " ( Gerhard Gerlich )

Skeptis kadang-kadang mengklaim bahwa penjelasan untuk pemanasan global bertentangan dengan hukum kedua termodinamika. Tapi apakah itu? Untuk menjawab itu, pertama, kita perlu mengetahui bagaimana pemanasan global bekerja. Kemudian, kita perlu tahu apakah hukum kedua termodinamika itu, dan bagaimana itu berlaku untuk pemanasan global. Pemanasan global, singkatnya, bekerja seperti ini:

Matahari menghangatkan Bumi. Bumi dan atmosfernya memancarkan panas jauh ke ruang angkasa. Mereka memancarkan sebagian besar panas yang diterima dari matahari, sehingga suhu rata-rata bumi tetap lebih atau kurang konstan. Gas rumah kaca memerangkap beberapa panas yang keluar dekat dengan permukaan bumi, sehingga sulit untuknya, untuk menumpahkan panas itu, jadi bumi hangat untuk memancarkan panas lebih efektif. Jadi gas rumah kaca membuat bumi lebih hangat - seperti selimut melestarikan panas tubuh - dan ya, Anda memiliki pemanasan global. Lihat bagaimana Pemanasan Global dan Efek Rumah Kaca untuk penjelasan yang lebih rinci.

Hukum kedua termodinamika telah dinyatakan dalam banyak cara. Bagi kami,  Rudolf Clausius mengatakan itu yang terbaik:

"Panas umumnya tidak dapat mengalir secara spontan dari material dengan suhu yang lebih rendah ke material dengan suhu yang lebih tinggi."

Jadi jika Anda meletakkan sesuatu yang panas di samping sesuatu yang dingin, benda yang panas tidak bisa menjadi lebih panas, dan benda yang dingin tidak bisa menjadi lebih dingin. Itu sangat jelas bahwa hsl tersebut tidak perlu seorang ilmuwan untuk mengatakan itu, kita tahu ini dari kehidupan kita sehari-hari. Jika Anda menempatkan es batu ke dalam minuman Anda, minum tidak mendidih!

Skeptis mengatakan bahwa, karena udara, termasuk gas rumah kaca, lebih dingin dari permukaan bumi, tidak bisa menghangatkan Bumi. Jika tidak, kata mereka, itu berarti panas akan mengalir dari dingin ke panas, pelanggaran jelas dari hukum kedua termodinamika.

Jadi apakah para ilmuwan iklim membuat kesalahan dasar? Tentu saja tidak! Skeptis ini mengabaikan fakta bahwa bumi sedang dihangatkan oleh matahari, yang membuat semua berbeda.

Untuk melihat mengapa, mempertimbangkan bahwa selimut yang membuat Anda hangat. Jika kulit Anda terasa dingin, membungkus diri dalam selimut dapat membuat Anda lebih hangat. Mengapa? Karena tubuh Anda menghasilkan panas, dan panas itu keluar dari tubuh Anda ke lingkungan. Bila Anda membungkus diri dengan selimut, hilangnya panas berkurang, beberapa dipertahankan pada permukaan tubuh Anda, dan Anda mengalami pemanasan. Anda akan menjadi lebih hangat karena panas tubuh yang Anda hasilkan tidak dapat melepaskan diri secepat sebelumnya.

Jika Anda meletakkan selimut pada boneka penjahit, yang tidak menghasilkan panas, itu tidak akan berpengaruh. Boneka itu secara spontan tidak akan menjadi lebih hangat. Itu jelas juga!

Apakah menggunakan selimut merupakan model yang akurat untuk pemanasan global oleh gas rumah kaca? Tentu saja ada perbedaan pada bagaimana panas dibuat dan hilang, dan tubuh kita dapat menghasilkan jumlah yang bervariasi dari panas, tidak seperti panas-dekat yang terus-menerus kita terima dari matahari. Tapi sejauh hukum kedua termodinamika berjalan, di mana kita hanya berbicara tentang aliran panas, perbandingan yang baik. Hukum kedua tidak mengatakan apa-apa tentang bagaimana panas dihasilkan, hanya sekitar bagaimana panas mengalir di antara zat-zat.

Untuk meringkas: Panas dari matahari menghangatkan bumi, seperti panas dari tubuh Anda membuat Anda hangat. Bumi kehilangan panas ke angkasa, dan tubuh Anda kehilangan panas ke lingkungan. Gas rumah kaca memperlambat laju hilangnya panas dari permukaan bumi, seperti selimut yang memperlambat laju di mana tubuh Anda kehilangan panas. Hasilnya adalah sama dalam kedua kasus, permukaan bumi, atau tubuh Anda, semakin panas.

Jadi pemanasan global tidak melanggar hukum kedua termodinamika. Dan jika seseorang memberitahu Anda yang lain, hanya ingat bahwa Anda seorang manusia yang hangat, dan tentu saja tidak ada yang bodoh.

Info Termo: Thermodynamics of Global Warming

Semakin besar energi yang dilepaskan, semakin mengarah kepada kekacauan sistem

“Ini adalah salah satu penjabaran hukum entropi”
Badai katrina, topan tornado, dll itu adalah contoh suatu fenomena kekacauan alam semesta ini. Lho kok bisa? Apa hubungannya dengan Entropi?

“Entropi adalah ukuran ketidaktreraturan sistem: Suatu sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya sedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah. Sedangkan sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya banyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi”
Maksudnya gini, padatan itu derajat ketidakteraturannya rendah, sedangkan gas ketidakteraturannya tinggi. Dengan metode interpolasi, maka cairan mempunyai derajat ketidakteraturan diantarnya.
Hubungan Entropi dengan Global Warming dan Badai Topan Macem2
Dari dalil diatas dapat kita simpulkan, bahwa proses konvesi zat menuju sistem dengan ketidakteraturan lebih tinggi (padat ke cair, padat ke gas, cair ke gas) akan meningkatkan entropi suatu sistem. Namanya aja meningkatkan ketidakteraturan mankanya akan semakin semrawut, ribut, acak adul dan sakpanunggalane.
Proses pembakaran merupakan proses yang sangat signifikan menaikkan angka entropi di sistem kita (“Bumi yang di selubungi atmosfir kita anggap sebagi sistem) karena disitu terjadi konvesi kimia dari padatan ke gas CO2 (batubara, kayu) dan cairan (minyak) ke gas CO2.
Walaupun CO2 akan terkonversi menjadi padatan lagi (ini proses kebalikannya, yang menurunkan entropi) melalui proses fotosintesa, tetapi secara agregat entropi meningkat atau dengan kata lain jumlah gas CO2 semakin meningkat.
Sekian pandangan Global Warming dari kaca mata Chemical Engineer.

Aplikasi Hukum Termodinamika : Mesin Stirling Sederhana

Percobaan Kalorimeter Sederhana

Aplikasi Termodinamika : Termos

Termos Vacuum Flash adalah alat bantu komponen yang mempunyai fungsi untuk menyimpan air, di sini menyimpan air tidak hanya menyimpan air biasa tetapi juga menjaga suhu air agar tetap. Contohnya bila diisi air panas maka suhu air dalam termos akan tetap tinggi karena panas tidak bisa merambat pada dinding termos.

Penemuan vacuum flask (tabung hampa udara) oleh Sir James Dewar di OxfordUniversity menjadi cikal bakal penemuan termos tempat menyimpan air panas dan dingin untuk minuman. Penemuan yang di ciptakan secara tidak sengaja ini menjadi produk hotter atau cooler bagi produk minuman di dunia. James Dewar lahir pada tanggal 20 September 1842 di Kincardineon-Fourth, Scotlandia. Ia dibesarkan dari keluarga berprofesi sebagai pedagang anggur. Semenjak kecil dan dewasa ia tinggal di kota kelahirannya. Setelah lulus dari bangku sekolah, ia melanjutkan pendidikan ke Universitas Edonburgh dan m,enjadi murid ilmuan kimia Lyon Playfair.

Menurut Teori Pertukaran dari Henry Prevost Babbage (1824 – 1918) bahwa benda yang lebih dingin selalu menyerap gelombang panas dari benda yang lain sampai keduanya mempunyai temperatur yang sama. Didasarkan pada teori ini maka teh yang panas ataupun dingin dalam termos akan kehilangan panas atau menyerap panas dari tempatnya. Namun, termos sudah didesain agar bisa menghambat ketiga cara panas berpindah: konduksi, konveksi, dan radiasi.

Lalu Bagaimana Prinsip Kerja Termos?

Prinsip kerja termos itu sederhana. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik. Bahan adiabatik secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan.

Kalau tidak ada interaksi antara sistem dan lingkungan, maka tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur.

Dengan menggunakan bahan adiabatik ini termos mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya. Air panas yang udah masuk termos tidak cepat dingin.

Aplikasi Termodinamika : Dispenser panas dan dingin.

Dispenser digunakan untuk mendinginkan dan memanaskan air dalam galon aqua ukuran 19 liter. didalam dispenser bagian atas terdapat tabung yang terbuat dari stenles steel yang dibagian luar tabungnya dililitkan pipa tembaga ukuran 1/4 yang berfungsi untuk mendinginkan air. lilitan pipa pada luar tabung dapat disamakan dengan sebuah evaporator pada AC atau pada lemari es

cara kerja pendinginan pada dispenser dapat disamakan bila kita meletakan sebuah gelas dari stenles steel yang berisi air kedalam bagian frezzer pada lemari es. pada bagian tengah dispenser terdapat tabung yang dibagian tengahnya dililitkan sebuah heater/pemanas dan thermostat. fungsi dari heater tersebut berguna untuk memanaskan air yang berada pada tabung, air akan mengalir/keluar melalui kran warna merah karena air panas dalam tabung menghasilkan suatu tekanan. sedangkan air yang dingin keluar dari kran yang berwarna biru didasari oleh proses gravitasi.

Kerusakan-kerusakan yang terjadi pada dispenser adalah sbb:

·         air yang keluar melalui kran warna biru tidak dingin

- chek thermostat yang berada pada belakang dispenser, apakah diposisi paling rendah?
jika ya, putar thermostat kearah kanan/keposisi tinggi.

- check pada dua kaki terminal thermostat, apakah ada sebuah tahanan/ohm untuk dapat mengalirkan arus listrik ke compressor?

- check compressor, apakah dapat beroperasi atau tidak?
jika tidak beroperasi cek relay compressor, overload compressor dan kabel-kabel yang menuju ke compressor.

- check kebocoran freon pada semua sistem sambungan pipa.

·          air keluar dari bagian bawah dispenser

- check karet seal yang berada pada kedua kran.

- check drat luar pada kran dan drat dalam sambungan kran, apakah mengalami kebocoran?

- check, apakah tabung air panas yang berada pada bagian tengah mengalami kebocoran?

- check selang untuk pengurasan air yang berada pada bagian bawah tabung air panas, apakah pecah atau mengalami kebocoran?  air yang keluar dari kran warna merah tidak panas sama sekali

- chek, apakah heater pemanas mengalami kerusakan, ukur dengan tester pada kedua kabel terminal pada posisi skala ohm.

- check, overload pada tabung air panas, apakah ada tahanan/ohm untuk mengalirkan arus listrik.

- check juga kabel-kabel yang menuju ke heater pemanas apakah terputus atau terbakar?

- check switch on-off heater pada bagian belakang dispenser, apakah pada posisi on?

·         Cara membuka kap depan dispenser sbb :

- angkat terlebih dahulu galon yang berisi air, dan keringkan air yang berada pada tabung stenless dan tabung air panas dengan cara membuka tutup pipa selang pengurasan yang terdapat pada bagian bawah konderser. atau bisa juga dengan menekan kedua kran dispenser.

- buka baut pada bagian belakang atas, agar kap bagian tabung atas terlepas.

- gunakan obeng kembang yang panjang untuk membuka baut kap depan dispenser, masukan obeng kembang panjang melalui sela-sela kondenser pada bagian belakang dispenser.

- setelah baut terlepas, lepaskan kedua kran dispenser dengan cara memutar kekiri.

- setelah kran terlepas buka bagian kap bagian kran dengan cara menariknya ke belakang.

kap dispenser ada 3 buah, satu terdapat pada bagian atas tabung stenless yang berfungsi untuk menahan beban galon air. kap yang kedua dibagian kran dispenser, dan kap yang ketiga dibagian bawah kran dispenser. sebelum melepas kap bagian bawah kran, perhatikan bagian bawah kap apakah terdapat baut? jika tidak ada baut, anda bisa melepaskannya dengan cara menarik kebelakang.

Aplikasi Termodinamika : KULKAS

Ø  Sistem Kerja Kulkas

                        Sistem kerja lemari es dimulai dari bagian kompresor sebagai jantung kulkas yang berfungsi sebagai tenaga penggerak. Pada saat dialiri listrik, motor kompresor akan berputar dan memberikan tekanan pada bahan pendingin. Bahan pendingin yang berwujud gas apabila diberi tekanan akan menjadi gas yang bertekanan dan bersuhu tinggi. Dengan wujud seperti itu, memungkinkan refrigerant mengalir menuju kondensor.

Pada titik kondensasi, gas tersebut akan mengembun dan kembali menjadi wujud cair, Refrigerant cair bertekanan tinggi akan terdorong menuju pipa kapiler. Dengan begitu refrigerant akan naik ke evaporator akibat tekanan kapilaritas yang dimiliki oleh pipa kapiler. Saat berada di dalam evaporator, refrigerant cair akan menguap dan wujudnya kembali menjadi gas yang memiliki tekanan dan suhu yang sangat rendah. Akibatnya, udara yang terjebak di antara evaporator menjadi bersuhu rendah dan akhirnya terkondensasi menjadi wujud cair. Pada kondisi yang berulang memungkinkan udara tersebut membeku menjadi butiran-butiran es. Hal tersebut terjadi pada benda atau air yang sengaja diletakkan di dalam evaporator.

Ø  KOMPONEN – KOMPONENYA

·         Kompresor

                  Kompresor merupakan bagian terpenting di dalam kulkas . Apabila di analogikan dengan tubuh manusia, kompresor sama dengan jantung yang berfungsi memompa darah ke seluruh tubuh begitu juga dengan kompresor. Kompresor berfungsi memompa bahan pendingin keseluruh bagian kulkas .

·         Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang banyak digunakan pada teknologi kulkas saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara. Yang digunakan pada sistem refrigrasi kulkas kecil maupun sedang. kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus .saat lemari es bekerja kondensor akan terasa hangat bila dipegang.

·         Filter

Filter ( saringan ) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin yang keluar setelah melakukan serkulasi agar tidak masuk kedalam konpresor dan pipa kapiler. Selain itu , bahan pendingan yang akan disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor lebih maksimal.

·         Evaporator

Evaporator berfungsi menyerap panas dari benda yang di masukkan kedalam kulkas, kemudian evaporator menguapkan bahan pendingin untuk melawan panas dan mendinginkannya. Sesuai fungsinya evaporator adalah alat penguap bahan pendingin agar efektif dalam menyerap panas dan menguapkan bahan pendingin, evaporator di buat dari bahan logam anti karat, yaitu tembaga dan almunium.

·         Thermostat

Thermostat memiliki banyak sebutan antara lain temperatur kontrol dan cool control. Apapun sebutannya, thermostat berfungsi mengatur kerja kompresor secara otomatis bedasarkan batasan suhu pada setiap bagian kulkas. Bisa dikatakan, thermostat adalah saklar otomatis berdasarkan pengaturan suhu. Jika suhau evaperator sesuai dengan pengatur suhu thermostat, secara otomatis thermostat akan memutuskan listrik ke kompresor.

·         Heater

Hampir keseluruan kulkas nofrost dan sebagian kecil kulkas defrost dilengkapi dengan pemanas ( heater ). Pemanas berfungsi mencairkan bunga es yang terdapat di evapurator . selain itu pemanas dapat mencegah terjadinya penimbunan bunga es pada bagian rak es dan rak penyimpan buah di bawah rak es.

·         Fan motor

Fan motor atau kipas angin berguna untuk menghembuskan angin . pada kulkas ada dua jenis fan

1. fan motor evaporator

Berfungsi menghembuskan udara dingin dari evaporator keseluruh bagian rak ( rak es , sayur ,dan buah ).

2.fan motor kondensot

kipas angin ini diletakkan pada bagian bawah kulkas yang memiliki kondensor yang berukuran kecil yang berfungsi mengisap atau mendorong udara melalui kondensor dan kompresor . selain itu berfungsi mendinginkan kompresor.

·         Overload motor protector

Adalah komponen pengaman yang letaknya menyatu dengan terminal kompresor. Cara kerjanya serupa dengan sekering yang dapat menyambung dan memutus arus listrik. Alat ini dapat melindungi komponen kelistrikan dari kerusakan arus akibat arus yang dihasilkan kompresor melebihi arus acuan normal.

·         Bahan Pendingin (Refrigerant)

Refrigerant adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair, ataupun sebaliknya. Jenis bahan pendingin sangat beragam. Setiap jenis bahan pendingin memiliki karakteristik yang berbeda.

        Jadi pada kulkas juga terdapat sistim termodinamika di sana, karna terdapat perubahan energi dari energi yang satu ke energi yang lain

Aplikasi Termodinamika : TURBIN GAS

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).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

1.       Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.

2.      Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).

3.      Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

 

Ø  Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1.       TURBIN GAS POROS TUNGGAL ( single shaft )

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

2.      TURBIN GAS POROS GANDA

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

Siklus-Siklus Turbin Gas

Ø  Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

1. Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

2. Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

3. Siklus Brayton

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:

Ø  Proses

1 ke 2 (kompresi isentropik): Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1).

Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2).Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4

Ø  Perkembangan Gas Turbin

              Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

            Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).