Tugas Fisika dan Kimia 2B Termodinamika

Tugas Fisika dan Kimia 2B - Termodinamika

Nama

: I Putu Ega Septa Widhiarsa

NPM

: 13415203

Kelas

: 1IB02

Mata Kuliah

: Fisika dan Kimia 2B

Dosen

: Ariyani Fitri, ST.,MT

Jurusan Teknik Elektro, Universitas Gunadarma
2015/2016

1. Perbedaan Kalor dan Panas!
Kalor adalah energi yang diterima atau dilepaskan oleh suatu benda. Kapasitas suatu
kalor dinyatakan dalam simbol kalori (kal) dan kilokalori (kkal), di mana 1 kkal sama dengan
1.000 kalori.1 kalori ialah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air
sehingga suhunya naik 1 derajat celcius. Alat untuk mengukur kalor adalah kalorimeter.
Panas adalah energi yang berpindah akibat dari perbedaan suhu. Karakteristik panas
yaitu bergerak dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Satuan panas disimbolkan
dengan joule (J). Alat untuk mengukur panas adalah termometer.
Dari uraian singkat di atas, dapat ditarik suatu kesimpulan yaitu perbedaan antara kalor
dan panas sebagai berikut:
1.

Kalor merupakan salah satu bentuk energi, dan panas ialah energi yang berpindah.

2.

Kalor timbul karena gesekan, sedangkan panas terjadi karena perbedaan suhu.

3.

Satuan kalor dinyatakan dengan kalori, sementara satuan panas disimbolkan dengan

joule.
4.

1 kalori (kal) sama dengan 4,2 joule (J).

2. Perbedaan antara termodinamika, fisika statistik dan termodinamika teknik!
Termodinamika adalah salah satu cabang ilmu fisika yang menjelaskan interaksi dan
hubungan antara panas, kerja mekanik, dan aspek-aspek lain dari tenaga termasuk juga
perpindahan tenaga antara sistem dengan lingkungannya.
Fisika Statistik adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sistem banyak
partikel dari segi pandang statistik pada besaran mikroskopik untuk menjelaskan
besaran makroskopik (khususnya energi) berdasarkan mekanika klasik dan kuantum.
Termodinamika Teknik adalah salah satu cabang ilmu fisika menjelaskan interaksi dan
hubungan antara panas, kerja mekanik, dan aspek-aspek lain dari tenaga untuk

direpresentasikan dalam penerapan ilmu dan teknologi.

3. Jelaskan mengapa termodinamika disebut sebagai ilmu eksperimen!
Termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika
(Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan
kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala
besar (makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaranbesaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of
Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics).
Termodinamika juga dapat diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara
besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat di bawah pengaruh kalor. Besaran fisis ini
disebut koordinat makroskopis sistem. Kaitan atau rumus yang menjelaskan hubungan antar
besaran fisis diperoleh dari eksperimen dan kemudian dapat digunakan untuk meramalkan

perilaku zat di bawah pengaruh kalor. Jadi, Termodinamika merupakan ilmu yang berlandaskan
pada hasil-hasil eksperimen.

4. Jelaskan ruang lingkup termodinamika!
Termodinamika adalah satu cabang dari fisika dinamika, yang mempelajari tentang
perilaku gerakan energi dan materi, termasuk panas atau bahang (heat, therm) sebagai tenaga
atau energi, dan juga mencakup dinamika fluida (fluid dynamics) yang mempalajari tentang

aliran fluida (fluid flow), seperti gas, udara, air, dan benda bergerak didalamnya, materi atau
pun energy Dinamika fluida mencakup aerodinamika dan hidrodinamika. Ada perbedaan
mendasar antara termodinamika dengan aerodinamika dan hidrodinamika. Termodinamika
hanya berurusan dengan perilaku panas sebagai tenaga, perubahan kuantitas, perpindahan,
aliran, perubahan status, dan efek terjadi karena perubahan, tapi tak dengan mekanisme
bagaimana perubahan tersebut terjadi. Sedangkan aerodinamika dan hidrodinamika berurusan
dengan mekanisme pergerakan dalam aliran. Sehingga dalam kategori, termodinamika dibahas
tersendiri sebagai cabang khusus fisika tentang panas, sementara mekanisme aerodinamika
dan hidrodinamika dibahas dalam dinamika mekanika. Meski demikian, ada hubungan dan
keterkaitan antara tiga cabang fisika ini dalam konteks dinamika. Pembahasan termodinamika
dilakukan dalam sistem makro yang mengandung sangat banyak partikel, sehingga variabel
atau ubahan termodinamik adalah kuantitas statistik, seperti kompresi atau desakan atau presur
[p] atau tekanan, temperatur [T] atau suhu, dan volume [V] ruang lingkup suatu sistem
terisolasi, dimana dalam hal ini termodinamika berhubungan dengan dinamika fluida gas, udara,
dan air. Meski demikian, dalam konteks tertentu, konsep termodinamika bisa diberlakukan
untuk sistem mikro. Termodinamika dan pembahasan termodinamik berlandaskan pada tiga
hukum dasar dinamika panas, yang dinamakan sebagai hukum-hukum termodinamik (laws of
thermodynamics).

5. Jelaskan prinsip percobaan Mayer atau Joule yang melahirkan 1 kal = 4,2 Joule!

JAMES PRESCOTT JOULE DAN HUKUM KEKEKALAN ENERGI
James Prescott Joule, seorang ilmuwan Inggris yang namanya diabadikan menjadi
satuan energi Joule ini lahir di Salford, Lancashire, Inggris pada 24 Desember 1818. James
Prescott Joule merumuskan Hukum Kekekalan , yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun
dimusnahkan." Ia adalah anak seorang pengusaha bir yang kaya raya, namun sedikitpun ia
tidak pernah merasakan pendidikan di sekolah hingga usia 17 tahun. Hal ini disebabkan karena
sejak kecil ia selalu sakit-sakitan akibat luka di tulang belakangnya. Sehingga, ia terpaksa
hanya tinggal di rumah sepanjang hari.
Karena itu, ayahnya sengaja mendatangkan guru privat ke rumahnya dan menyediakan
semua buku yang diperlukan Joule. Tidak hanya itu, ayahnya bahkan menyediakan sebuah
laboratorium khusus untuk Joule. Meskipun begitu, Joule tidak hanya mengandalkan pelajaran
yang ia dapatkan dari guru privatnya. Joule tetap berusaha belajar sendiri sehingga sebagian
besar pengetahuan yang dimilikinya diperoleh dengan cara belajar sendiri. Namun, ada satu
pelajaran yang cukup sulit dipahaminya, yaitu Matematika. Setelah berusia 17 tahun Joule baru

bersekolah dan masuk ke Universitas Manchester dengan bimbingan John Dalton, seorang ahli
kimia Inggris yang begitu terkenal.
Joule dikenal sebagai siswa yang rajin belajar, rajin bereksperimen, dan juga rajin
menulis buku. Bukunya yang berjudul Tentang Panas yang Dihasilkan oleh Listrik terbit pada
tahun 1840 saat ia berusia 22 tahun. Tiga tahun kemudian tepatnya pada tahun 1843 bukunya

mengenai ekuivalen mekanik panas terbit. Lalu, empat tahun berikutnya (1847) ia juga
menerbitkan buku mengenai hubungan dan kekekalan energi. Buku-buku hasil karyanya
tersebut begitu menarik perhatian Sir William Thomson atau dikenal dengan nama Lord Kevin.
Sehingga, akhirnya Joule bekerja sama dengan Thomson dan menemukan efek JouleThomson. Efek tersebut merupakan prinsip yang kemudian dikembangkan dalam pembuatan
lemari es. Efek tersebut menyatakan bahwa apabila gas dibiarkan berkembang tanpa
melakukan kerja ke luar, maka suhu gas itu akan turun. Selain itu, Joule yang sangat taat
kepada agama juga menemukan hukum kekekalan energi bersama dengan dua orang ahli
fisika dari Jerman, yaitu Hermann von Helmholtz dan Julius Von Mayer. Hukum kekekalan
energi yang mereka temukan menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk menjadi energi listrik, mekanik, atau kalor.
Ia adalah seorang yang hobi fisika. Dengan percobaan ia berhasil membuktkan bahwa
panas (kalori) tak lain adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan
teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir. Joule (simbol J) adalah satuan SI
untuk energi dengan basis unit kg.m2/s2. Nama joule diambil dari penemunya James Prescott
Joule. Joule disimbolkan dengan huruf J. Istilah ini pertama kali diperkenalkan oleh Dr. Mayer of
Heilbronn.
Joule diambil dari satuan unit yang didefinisikan sebagai besarnya energi yang
dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Oleh sebab itu, 1
joule sama dengan 1 newton meter (simbol: N.m). Selain itu, satu joule juga adalah energi
absolut terkecil yang dibutuhkan (pada permukaan bumi) untuk mengangkat suatu benda

seberat satu kilogram setinggi sepuluh sentimeter.
Definisi satu joule lainnya yaitu pekerjaan yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan
listrik sebesar satu coulomb melalui perbedaan potensial satu volt, atau satu coulomb volt
(simbol: C.V). 1 joule juga dapat didefinisikan sebagai pekerjaan untuk menghasilkan daya satu
watt terus-menerus selama satu detik, atau satu watt sekon (simbol: W.s).
Konversi 1 joule adalah sama dengan 107 erg.
1 joule mendekati sama dengan: 6.241506363x1018 eV (elektron volt), 0.239 kal
(kalori), 2.7778x10-7 kwh (kilowatt-hour), 2.7778x10-4 wh (watt-hour), atau 9.8692x10-3 literatmosfer. Berkat penemuan-penemuannya Joule menerima Medali Emas Copley, menjadi
anggota Royal Society –sebuah Lembaga Ilmu Pengetahuan Inggris yang pernah dipimpin
Newton selama 25 tahun. Selain itu, Joule juga menjadi Presiden Asosiasi Kemajuan Ilmu
Pengetahuan di Inggris.
PERCOBAAN JAMES PRESCOTT JOULE
Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang suhunya lebih tinggi ke benda
lain dengan suhu yang lebih rendah. Satuan kalor yang masih umum dipakai sampai saat ini

yaitu kalori. Satu kalori didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1
gram air sebesar 1°C. Terkadang satuan yang digunakan adalah kilokalori (kkal) karena dalam
jumlah yang lebih besar, di mana 1 kkal = 1.000 kalori. Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C.
Pada tahun 1800-an, seorang ilmuwan dari Inggris, James Prescott Joule (1818 - 1889)

melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk menetapkan pandangan bahwa kalor
merupakan bentuk transfer energi. Percobaan ini membuktikan bahwa apabila suatu bentuk
energi diubah menjadi bentuk energi lain, maka tidak ada energi yang musnah. Salah satu
bentuk percobaan Joule ditunjukkan secara sederhana seperti pada gambar di atas.
Inilah percobaan Joule yang paling terkenal, yang pada dasarnya tidak akan melibatkan
arus listrik. Peralatannya terdiri atas roda jantera kuningan yang memutar air didalam wadah
tembaga. Roda jantera diputar oleh sebuah beban yang dijatuhkan. Ketika jatuh, beban tadi
memiliki energi mekanis atau gerak. Joule menjatuhkan beban tadi berkali – kali. Mekanisme
kerja alatnya adalah pada waktu jatuh, beban memutar roda jantera dan mengaduk air. Setiap
kali beban jatuh, suhu air akan naik. Jumlah kenaikannya bergantung pada jarak beban yang
dijatuhkan. Hal ini membuktikan bahwa energi gerak beban yang dijatuhkan. Hal ini
membuktikan bahwa energi gerak beban yang dijatuhkan berubah menjadi energi panas dalam
air. Kenaikan suhu yang sama juga bisa diperoleh dengan memanaskan air di atas kompor.
Joule menentukan bahwa sejumlah kerja tertentu yang dilakukan selalu ekivalen dengan
sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekivalen
dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai ini (4,186 J = 1 kal) dikenal sebagai tara kalor mekanik.
Dari hasil percobaannya dengan tujuan untuk menentukan kesetaraan antara kalor dan
energi, Joule menyimpulkan hubungan antara kalor dan usaha yaitu sebagai berikut
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat berpindah dari lingkungan ke suatu
sistem atau sebaliknya karena ada perbedaan suhu antara suatu sistem dengan lingkungannya.

tanpa pengaruh dari luar, kalor akan selalu berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang
lebih rendah. Misalnya, perpindahan kalor saat pendinginan sebuah mesin kendaraan.
Usaha juga merupakan suatu bentuk perpindahan energi melalui gaya yang dilakukan
sistem pada lingkungan atau sebaliknya dimana titik tangkap gaya mengalami perpindahan.
Misalnya, usaha pada beban yang bergerak ke bawah.
Pada percobaan Joule tersebut, terjadi kenaikan suhu air yang dapat disebabkan oleh
adanya aliran kalor akibat usaha yang dilakukan. Perubahan suhu air, tentu akan menyebabkan
perubahan energi kinetik partikel – partikel air dan pada akhirnya akan mengakibatkan
perubahan energi dalam air. Energi dalam didefinisikan sebagai jumlah total energi kinetik
partikel – partikel zat dalam suatu sistem.