ACARA (5) ACARA (5) ACARA (5)
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani, thermos = panas dan dynamic =
'perubahan adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak
hubungan termodinamika berasal.
Pengolahan tekanan tinggi atau lebih dikenal dengan istilah High Pressure
Processing (HPP) adalah metode pengolahan makanan dimana makanan
mengalami tekanan tinggi (hingga 600 Mpa, atau 87.000 pound per inch persegi
(psi) atau sekitar 6.000 atmosfer) dengan atau tanpa penambahan panas untuk
inaktivasi mikroba atau untuk mengubah atribut pangan untuk mendapatkan
kualitas yang diinginkan konsumen. Tekanan diberikan pada waktu tertentu
biasanya sekitar 3-5 menit.
Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan: “kalor mengalir secara alami
dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara
spontan dari benda dingin ke benda panas”.
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum kedua
termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan tetapi
tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah
proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin
berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible
(s1 = s2).
B. Tujuan
1.
Praktikan
dapat
memahami
2.
Termodinamika ke-2
Praktikan dapat memahami aplikasi sistem terisolasi pada kehidupan
3.
sehari hari
Praktikan mampu menganalisa sistem terisolasi sesuai Hukum
Termodinamika ke-2.
sistem
terisolasi
sesuai
Hukum
II. TINJAUAN PUSTAKA
Definisi gas yaitu suatu keadaan zat dalam ini molekul-molekulnya
dapat bergerak sangat bebas, dan dapat mengisi seluruh ruangan yang
ditempatinya. Gas adalah suatu fase benda. Seperti cairan, gas mempunyai
kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari
cairan, gas yang tak tertahan tidak mengisi suatu volume yang telah
ditentukan, sebaliknya mereka mengembang dan mengisi ruang apapun di
mana mereka berada. Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah
bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi
kinetis ini, atom-atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama
lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah (Samuel dkk, 1992).
Gas adalah zat yang selalu dapat bercampur sempurna satu sama lain
membentuk satu fase yang homogen. Jika dicampurkan gas-gas O2, N2, dan
CO2 di dalam ruang tertutup, maka akan diperoleh suatu campuran yang
homogen, karena tidak terdapat perbedaan secara fisik gas satu dengan yang
lain. Secara umum gas dapat dikelompokkan menjadi dua macam golongan,
yaitu gas ideal atau gas sempurna dan gas real/nyata atau sejati.
Gas adalah uap secara alami berkaitan dengan pangan dan sistem
pengolahan pangan. Diantaranya adalah penggunaan uap air (steam) sebagai
media pemanasan, dimana diperlukan pengetahuan tentang sifat-sifat gas
tersebut. Demikian juga dalam proses evaporasi atau penguapan air dari
bahan pangan akan terjadi perubahan fase dari air menjadi uap, dimana sifatsifat dari cair dan fase uap akan berbeda.
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut:
1.
2.
Gas bersifat transparan
Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya
3.
4.
Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding
Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak
diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya
5.
6.
7.
akan menjadi tak hingga kecilnya
Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar
Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata
Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan
8.
mengembang
Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum.
Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada
sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat
tersebut.
Sifat gas umum sebagai berikut:
1.
Gas mudah berubah bentuk dan volumenya
2.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
Kondisi gas ditentukan oleh tiga faktor yaitu : tekanan, suhu dan volume.
Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna, memiliki sifat tertentu
sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas.
Anggapan gas ideal harus memenuhi syarat sebagai berikut:
1.
Jumlah partikel gas banyak sekali tetapi tidak ada gaya tarik menarik antar
partikel
2.
Semua partikel bergerak dengan acak
3.
Ukuran gas sangat kecil bila dibanding dengan ukuran wadah, jadi ukuran gas
diabaikan
4.
Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna
5.
Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah
6.
Partikel gas memenuhi Hukum Newton tentang gerak
Dalam fisika, dikenal 3 macam sistem terkait dengan gas sebagai
berikut:
1. Sistem Terbuka; ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungannya. Contoh: lautan, tumbuh-tumbuhan.
2. Sistem Tertutup; ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran
massa sistem dengan lingkungannya. Contoh: Green house ada
pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan
lingkungan.
3. Sistem Terisolasi; tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungan. Contoh: tabung gas yang terisolasi (Tim Asisten, 2016).
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum kedua
termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan tetapi
tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah
proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin
berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible
(s1 = s2).
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum II
Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan
tetapi tidak dapat dimusnahkan”. Hubungan tekanan temperatur terhadap
tingkat wujud suatu zat dapat dilihat dengan titik didih suatu zat cair yang
dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin
besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara
standar (76 cmHg, 25ºC) titik didih air sebesar 100ºC (Anonim, 2011).
Artinya pelarut murni akan mendidih bila tekanan uap jenuh pada
permukaan cairan sama dengan tekanan udara luar. Pada sistem terbuka,
tekanan udara luar adalah 760 mmHg (tekanan udara pada permukaan
larutan) dan suhu pada tekanan udara luar 760 mmHg disebut titik didih
normal. Titik didih suatu cairan adalah suhu pada saat tekanan uap jenuh
cairan itu sama dengan tekanan luar (tekanan yang diberikan pada
permukaan cairan). Dari definisi ini kita ketahui bahwa titik didih cairan
bergantung pada tekanan udara pada permukaan cairan. Itulah sebabnya, titik
didih air di gunung berbeda dengan di pantai. Pada saat tekanan uap sama
dengan tekanan udara luar maka gelembung-gelembung uap dalam cairan
bergerak ke permukaan dan masuk fase gas (Tahang, 2011).
Sumber : Internet
Gambar 1. Hubungan tekanan dan temperatur terhadap tingkat wujud suatu
zat dapat ditentukan dari diagram P-T
Tr = titik tripel, yaitu titik keseimbangan antara ketiga wujud padat-cair-gas.
K = titik kritis, yaitu titik dimana gas di atas tekanan dan temperatur kritis tidak
dapat dicairkan hanya dengan mengecilkan volumenya, gasnya berwujud stabil.
Garis AB adalah garis didih air, artinya setiap titik pada garis AB
terdapat kesetimbangan antara cair dan gas. Garis AC adalah garis beku air
artinya setiap titik pada garis AC terdapat kesetimbangan antara padat dan
cair. Titik R disebut titik tripel air, artinya pada titik R itu tercapai
kesetimbangan antara cair, padat dan gas. Titik tripel itu adalah 0,0099°C dan
tekanan 0,0060 atm. Karena tekanan uap jenuh larutan lebih rendah daripada
tekanan uap jenuh pelarut maka garis DE, yaitu garis didih larutan berada di
bawah garis AB. Pada tekanan luar 1 atm, air mendidih pada suhu 100 oC
(titik B). Pada saat itu tekanan uap air juga 1 atm dan tekanan uap larutan
masih di bawah 1 atm (titik L). jadi, agar larutan mendidih, perlu suhu
diperbesar sehingga titik L pindah ke titik E’. Pada titik E, tekanan uap jenuh
larutan sudah mencapai 1 atm (sama dengan tekanan udara luar). Jadi, pada
titik E larutan mendidih dan suhu didihnya titik E’. Selisih titik didih larutan
dengan titik didih pelarut disebut kenaikan titik didih (tb = boiling point).
tb = titik didih larutan – titik didih pelarut
Pada saat tercapi kesetimbangan antara cair dan padat suhu itu disebut
suhu beku. Titik beku ini dicapai jika tekanan uap cairan sama dengan
tekanan uap pelarut padatan (membeku). Pada gambar di atas terlihat titik
beku larutan (F’) lebih rendah daripada titik beku pelarut (C’). Selisih antara
titik beku pelarut dengan titik beku larutan disebut penurunan titik beku ( tf =
freezing point) (Daryanto, 2003).
tf = titik beku pelarut – titik beku larutan
Dari diagram P-T dapat disimpulkan bahwa :
1.
Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat
2.
Di atas titik tripel tidak mungkin merubah wujud zat dari padat langsung
ke gas
3.
Di atas titik kritis gas tidak dapat diembunkan tanpa menurunkan
tekanannya.
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Panci presto
Air
Termometer raksa
Termokopel
Hybrid recorder
Stopwatch
Alat tulis
1.
B. Prosedur Kerja
Alat dan bahan disiapkan
2.
Panci presto diisi dengan air setengah penuh dan dipanaskan, suhu awal
3.
air dan setelah mendidih diukur, serta nyalakan stopwatch
Panci diisi kembali dengan air baru dan dipanaskan dengan kondisi
ditutup dan suhu awal air dan suhu setelah mendidih diukur, serta
4.
durasinya dihitung dengan stopwatch
Hitung dengan rumus termodinamika dengan estimasi volume awal dan
akhir tetap:
P1
P2
5.
=
T1
T2
dimana:
P1 = Tekanan Mendidih 1
P2 = Tekanan Mendidih 2
T1 = Suhu Mendidih1
T2 = Suhu Mendidih2
Massa 1 uap saat mendidih 1 dan massa uap 2 saat mendidih 2 (vacum)
dihitung dengan rumus:
v=
dimana:
v = Volume spesifik (m3kg-1)
V = Volume (m3)
M = massa (kg)
Tabel 1. High Pressure
N
T
T
P
o
a
mendid
mendid
w
ih 1
ih 1
V
m
T
P
mendid
mendid
ih 2
ih 2
D
ur
asi
a
l
a
i
r
Tabel 2. Volume
Volume Spesifik
No
V uap1
Uap
m uap1
V uap2
m uap
2
K
eteran
gan
Kondis
i
IV.
1.
a.
1)
2)
3)
b.
1)
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Perhitungan :
Kelompok 1 dan 3
Volume panci = 4 L
Volume air = 0,5 L
T1 (awal) = 29,5ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 100,7ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 30ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 100ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 191 detik
t (non vakum) = 194 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
100,7
P2 =
x 100 = 341,35 kPa = 0,341 mPa
29,5
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,341
0,001073−x
=
0,3−0,4
0,001073−0,001084
−0,041
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000451
x = 0,00107751 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107751
= 3,25 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,334
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,034
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073
2)
3)
2.
a.
1)
2)
3)
b.
– x = -0,00000374
x = 0,00107674 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107674
= 3,25 kg
Kelompok 5 dan 7
Volume panci = 8 L
Volume air = 0,7 L
T1 (awal) = 32ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 94ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 31ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 98,3ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 421 detik
t (non vakum) = 542 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
94
P2 =
x 100 = 293,75 kPa = 0,294 mPa
32
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,294 mPa)
0,2−0,294
0,001061−x
=
0,2−0,3
0,001061−0,001073
−0,094
0,001061−x
=
−0,1
−0,000012
0,001061 – x = -0,00001128
x = 0,00107228 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
7,3 x 10−3
=
0,00107228
= 6,81 kg
Kondisi non vakum
P1
P2
=
T1
T2
100
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
1) Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,317
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,017
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000187
x = 0,00107487 m3/kg
2) Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
3) Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
7,3 x 10
=
0,00107487
= 6,79 kg
P2 =
Tabel 3. Pengamatan
N
T didih (ºC) P2 didih (ºC)
o
1
100,7
341,35
2
10
333,34
3
94
293,75
4
98,3
317,09
Tabel 4. Hasil data perhitungan
N Volume spesifik Volume uap
o
(m3/kg)
(m3)
1
0,00107751
3,5x10-3
2
0,00107674
3,5x10-3
3
0,00107228
3,5x10-3
4
0,00107487
3,5x10-3
Keterangan
Durasi (s)
Vakum
Non vakum
Vakum
Non vakum
191
194
421
542
Massa uap
(kg)
3,25
3,26
6,81
6,79
Keterangan
Vakum
Non Vakum
Vakum
Non Vakum
Alat yang digunakan pada saat praktikum, sebagai berikut :
a
b
c
Sumber : Internet
Gambar 2. Gelas ukur
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Gagang gelas, berfungsi sebagai pegangan gelas ukur
Skala, berfungsi untuk ukuran volume
Tabung, berfungsi untuk menampung benda atau cairan yang ingin
diukur volumenya
b
a
c
d
e
Sumber : Internet
Gambar 3. Kompor gas
Fungsi bagian :
a.
b.
Lubang selang gas, berfungsi sebagai lubang selang gas
Burner, berfungsi sebagai sumbu kompor
c.
Kerangka kompor gas, berfungsi sebagai kerangka/pelindung bagian
d.
e.
dalam kompor
Tungku, berfungsi sebagai dudukan dari wajan/pamci
Pemantik gas, berfungsi untuk menyalakan api gas/membesar kecilkan
api
a
b
c
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 4. Termometer raksa
Fungsi bagian :
a. Skala, berfungsi untuk mengukur suhunya
b. Tabung kaca, berfungsi sebagai pelindung bagian dalam termometer
c. Perak, berfungsi sebagai sensitivitas
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 5. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
c
b
a
e
d
f
Sumber : Internet
Gambar 6. Panci presto
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Ventilasi udara, berfungsi lubang ventilasi udara
Gagang tutup panci, berfungsi untuk membuka/menutup panci
Pengatur tekanan, berfungsi untuk mengatur tekanan yang ada di dalam
d.
panci
Tutup panci, berfungsi untuk meunutup panci bagian dalam agar
e.
f.
terhindar dari kotoran yang masuk ke dalam panci
Gagang panci, berfungsi untuk pegangan panci
Wadah, berfungsi untuk menahan air/bahan atau sebagai tempatnya
a
b
c
d
Sumber : Internet
Gambar 7. Stopwatch
Fungsi bagian :
a.
Tombol
start/stop,
b.
pengukuran
Tombol kalibrasi, berfungsi untuk mengkalibrasi sebelum pengukuran
c.
dan membuat posisi jarum menunjukkan angka nol
Skala pengukuran, berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan
d.
dalam menit dan detik
Jarum penunjuk menit, berfungsi untuk menunjukkan hasil pembacaan
dalam menit.
berfungsi
untuk
memulai/mengakhiri
waktu
B. Pembahasan
Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna, memiliki sifat
tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas. Gas ideal adalah
suatu gas yang diidekan oleh manusia, secara real gas ideal tidak ditemukan
di permukaan bumi. Gas ideal adalah gas yang mematuhi persamaan gas
umum dari PV = nRT dan hukum gas lainnya di semua suhu dan tekanan.
Faktor yang memepengaruhi gas ideal adalah tekanan, volume, suhu,
jumlah partikel dan jenis gas. Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai
berikut:
1.
2.
3.
4.
Gas bersifat transparan
Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya
Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding
Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak
diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya
5.
6.
7.
akan menjadi tak hingga kecilnya
Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar
Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata
Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan
8.
mengembang
Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Sedangkan sifat dari gas ideal, diantaranya :
1.
Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang
senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang
yang kecil
2.
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga
ukuran partikel gas dapat diabaikan
3.
Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding
tempatnya adalah elastis sempurna
4.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum II
Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan
tetapi tidak dapat dimusnahkan.” Hubungan tekanan temperatur terhadap
tingkat wujud suatu zat dapat dilihat dengan titik didih suatu zat cair yang
dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin
besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara
standar (76 cmHg, 25ºC) titik didih air sebesar 100ºC (Anonim, 2011).
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 di dunia, dari yang mulanya
menggunakan 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 di dalam gelas yang menyebabkan terjadi
pengembunan di luar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang
memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam.
Proses timbulnya air pada permuakaan gelas itu menandakan adanya suatu
sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa udara yang
ada di sekeliling gelas mengandung uap air. Ketika gelas diisi es, gelas menjadi
dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap
air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap
air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini
merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika
yang ke dua yang berbunyi sebagai berikut “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, dari hukum ini proses yang terjadi di dalam gelas
merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi
dingin, sementara udara mengandung kadar air yang tinggi pada kelembaban yang
tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga
timbul air pada permukaan luar pada gelas.
Dari contoh es pada gelas di atas merupakan sistem pertukaran secara
tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda
dengan menggunakan media pembatas rigid (tidak boleh mempertukarkan kerja)
dengan mempertukarkan panas melalui medium gelas.
Termos pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I
termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos
yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya
ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada
termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju
lingkungan maupun sebaliknya. Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi
termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin
merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam
silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.
Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk
mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang
digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “thermo-electric”.
Sistem kerja termokopel cukup mudah dan sederhana. Pada dasarnya
termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan
digabungkan ujungnya.
Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada
termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap)
sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu
panas.
Untuk lebih jelas mengenai sistem kerja termokopel, mari kita melihat
gambar dibawah ini :
Sumber: Internet
Gambar 8. Sistem kerja termokopel
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 9. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
Berikut ini adalah jenis-jenis atau tipe termokopel yang umum digunakan
berdasarkan Standar Internasional.
1.
Termokopel Tipe E
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 900˚C
2.
Termokopel Tipe J
Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C – 750˚C
3.
Termokopel Tipe K
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C – 1250˚C
4.
Termokopel Tipe N
Bahan Logam Konduktor Positif : Nicrosil
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C – 1250˚C
5.
Termokopel Tipe T
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 350˚C
6.
Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-Nickel
Rentang Suhu : 0˚C – 1450˚C
Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang
luas, hingga 2300°C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana
perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya
rentang suhu 0-100°C dengan keakuratan 0.1°C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan
RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :
1.
Industri besi dan baja
2.
Pengaman pada alat-alat pemanas
3.
Untuk termopile sensor radiasi
4.
Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile.
Termokopel
menggunakan
dua
jenis
logam
yang
berbeda
untuk
membangkitkan tegangan untuk kemudian tegangan tersebut dapat digunakan
sebagai acuan dalam pengukuran suhu. Termokopel telah banyak dipakai dalam
pengukuran suhu, khususnya dalam dunia industri. Beberapa jenis industri seperti
industri besi dan baja, pengaman pada alat pemanas, thermopile sensor radiasi,
pembangkit listrik tenaga panas radio isotop, dan lain-lain telah mendayagunakan
termokopel. Kemampuan dari termokopel yang dapat mengukur suhu dari suhu
yang sangat tinggi dan juga suhu rendah menjadi alasan mengapa termokopel
banyak dipakai.
Berikut ini merupakan kelebihan dan kekurangan dari termokopel, yakni:
Untuk kelebihannya, diantaranya :
1.
Mudah dibaca, karena memiliki layar yang tidak mudah keruh dan skala yang
jelas
2.
Respon cepat untuk setiap adanya perubahan suhu
3.
Akurasi yang tepat dalam pengukuran suhu
4.
Baik digunakan untuk pengukuran variasi suhu dengan jarak kurang dari 1
cm, termokopel tidak mudah rusak dan tahan lama.
Untuk kekurangannya, diantaranya :
1.
Kalibrasi yang sulit, saat termokopel dinyalakan, suhu yang tertera
2.
3.
adalah suhu pada ruangan tersebut
Hanya dapat digunakan untuk mengukur perbedaan suhu
Termokopel membutuhkan perlengkapan tambahan yang harganya
biasanya cukup mahal.
Prinsip dasar yang digunakan pada panci presto adalah kenaikan titik
didih. Secara teori, air akan mendidih pada suhu 100°C pada tekanan 1
atmosfer. Karena panci presto terbuat dari bahan stainless yang tebal dan
kuat serta mempunyai tutup yang rapat, maka uap air yang yang dihasilkan
saat proses pendidihan tidak mungkin keluar dan hanya terkumpul dalam
panci presto. Air yang terkumpul inilah yang membuat tekanan air dalam
panci presto naik, yang menyebabkan temperatur didihnya juga naik menjadi
>100 derajat Celsius. Kalau dengan sedikit teori anak sekolahan, itu seperti
persamaan gas ideal, dimana PV = CT, dimana P = tekanan; V = volume; T =
suhu ; C = konstanta kesebandingan gas, persamaan itu juga biasa disebut
Hukum Gay-Lussac. Jadi dapat juga diartikan hubungan antara P dan T
bahwa Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat.
Pada saat praktikum , kami mendapatkan hasil niai perhitungan yang
berbeda setiap kelompoknya. Berikut ini merupakan data yang didapat pada
saat praktikum :
Perhitungan :
1. Kelompok 1 dan 3
Volume panci = 4 L
Volume air = 0,5 L
T1 (awal) = 29,5ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 100,7ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 30ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 100ºC (kondisi non vakum)
a.
1)
2)
3)
b.
1)
2)
3)
t (vakum) = 191 detik
t (non vakum) = 194 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
100,7
P2 =
x 100 = 341,35 kPa = 0,341 mPa
29,5
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,341
0,001073−x
=
0,3−0,4
0,001073−0,001084
−0,041
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000451
x = 0,00107751 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107751
= 3,25 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,334
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,034
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000374
x = 0,00107674 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
3,5 x 10
=
0,00107674
2.
a.
1)
2)
3)
b.
1)
= 3,25 kg
Kelompok 5 dan 7
Volume panci = 8 L
Volume air = 0,7 L
T1 (awal) = 32ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 94ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 31ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 98,3ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 421 detik
t (non vakum) = 542 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
94
P2 =
x 100 = 293,75 kPa = 0,294 mPa
32
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,294 mPa)
0,2−0,294
0,001061−x
=
0,2−0,3
0,001061−0,001073
−0,094
0,001061−x
=
−0,1
−0,000012
0,001061 – x = -0,00001128
x = 0,00107228 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
7,3 x 10
=
0,00107228
= 6,81 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,317
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,017
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000187
x = 0,00107487 m3/kg
2) Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
3) Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
7,3 x 10−3
=
0,00107487
= 6,79 kg
Tabel 5. Pengamatan
N
T didih (ºC) P2 didih (ºC)
o
1
100,7
341,35
2
10
333,34
3
94
293,75
4
98,3
317,09
Tabel 6. Hasil data perhitungan
N Volume spesifik Volume uap
o
(m3/kg)
(m3)
1
0,00107751
3,5x10-3
2
0,00107674
3,5x10-3
3
0,00107228
3,5x10-3
4
0,00107487
3,5x10-3
Keterangan
Durasi (s)
Vakum
Non vakum
Vakum
Non vakum
191
194
421
542
Massa uap
(kg)
3,25
3,26
6,81
6,79
Keterangan
Vakum
Non Vakum
Vakum
Non Vakum
Alat yang digunakan pada saat praktikum, sebagai berikut :
a
b
c
Sumber : Internet
Gambar 10. Gelas ukur
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Gagang gelas, berfungsi sebagai pegangan gelas ukur
Skala, berfungsi untuk ukuran volume
Tabung, berfungsi untuk menampung benda atau cairan yang ingin
diukur volumenya
b
a
c
d
e
Sumber : Internet
Gambar 11. Kompor gas
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Lubang selang gas, berfungsi sebagai lubang selang gas
Burner, berfungsi sebagai sumbu kompor
Kerangka kompor gas, berfungsi sebagai kerangka/pelindung bagian
d.
e.
dalam kompor
Tungku, berfungsi sebagai dudukan dari wajan/pamci
Pemantik gas, berfungsi untuk menyalakan api gas/membesar kecilkan
api
a
b
c
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 12. Termometer raksa
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Skala, berfungsi untuk mengukur suhunya
Tabung kaca, berfungsi sebagai pelindung bagian dalam termometer
Perak, berfungsi sebagai sensitivitas
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 13. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
c
a
b
e
d
f
Sumber : Internet
Gambar 14. Panci presto
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Ventilasi udara, berfungsi lubang ventilasi udara
Gagang tutup panci, berfungsi untuk membuka/menutup panci
Pengatur tekanan, berfungsi untuk mengatur tekanan yang ada di dalam
d.
panci
Tutup panci, berfungsi untuk meunutup panci bagian dalam agar
terhindar dari kotoran yang masuk ke dalam panci
e.
f.
Gagang panci, berfungsi untuk pegangan panci
Wadah, berfungsi untuk menahan air/bahan atau sebagai tempatnya
a
b
c
d
Sumber : Internet
Gambar 15. Stopwatch
Fungsi bagian :
a.
Tombol
start/stop,
b.
pengukuran
Tombol kalibrasi, berfungsi untuk mengkalibrasi sebelum pengukuran
c.
dan membuat posisi jarum menunjukkan angka nol
Skala pengukuran, berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan
d.
dalam menit dan detik
Jarum penunjuk menit, berfungsi untuk menunjukkan hasil pembacaan
dalam menit.
berfungsi
untuk
memulai/mengakhiri
waktu
V.
1.
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Hukum II Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi
2.
dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan”
Aplikasi sistem terisolasi pada kehidupan sehari hari dapat digunakan
dalam proses pengukuran suhu suatu zat ataupun media dengan
3.
menggunakan bantuan termometer sebagai alat pengukur suhunya
Kondisi gas ditentukan oleh tiga faktor yaitu : tekanan, suhu dan
volume. Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna,
memiliki sifat tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas.
B. Saran
Diharapkan asisten praktikum dapat lebih tegas lagi dalam menyikapi
praktikan yang datang terlambat pada saaat praktikum berlangsung, agar
lebih mengefesienkan waktu. Diharapkan pada saat praktikum juga, para
praktikan dapat lebih kondusif lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Hukum Termodinamika. kk.mercubuana.ac.id/files/13015-3860358017731.doc
Daryanto. 2003. Dasar-dasar Teknik Mesin. Jakarta: PT. Bhineka Cipta Jakarta.
Maron, Samuel H, and Lando, J.B. 1992 Fundamentals oh Physical Chemistry.
New York : Macmillan publishing co.inc.
Tahang.
2011.
Penerapan
Hukum-2
Termodinamika.
www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-thermodinamika.
Tim Asisten. 2016. Modul Praktikum Termodinamika. Purwokerto: Universitas
Jenderal Soedirman.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani, thermos = panas dan dynamic =
'perubahan adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak
hubungan termodinamika berasal.
Pengolahan tekanan tinggi atau lebih dikenal dengan istilah High Pressure
Processing (HPP) adalah metode pengolahan makanan dimana makanan
mengalami tekanan tinggi (hingga 600 Mpa, atau 87.000 pound per inch persegi
(psi) atau sekitar 6.000 atmosfer) dengan atau tanpa penambahan panas untuk
inaktivasi mikroba atau untuk mengubah atribut pangan untuk mendapatkan
kualitas yang diinginkan konsumen. Tekanan diberikan pada waktu tertentu
biasanya sekitar 3-5 menit.
Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan: “kalor mengalir secara alami
dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara
spontan dari benda dingin ke benda panas”.
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum kedua
termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan tetapi
tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah
proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin
berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible
(s1 = s2).
B. Tujuan
1.
Praktikan
dapat
memahami
2.
Termodinamika ke-2
Praktikan dapat memahami aplikasi sistem terisolasi pada kehidupan
3.
sehari hari
Praktikan mampu menganalisa sistem terisolasi sesuai Hukum
Termodinamika ke-2.
sistem
terisolasi
sesuai
Hukum
II. TINJAUAN PUSTAKA
Definisi gas yaitu suatu keadaan zat dalam ini molekul-molekulnya
dapat bergerak sangat bebas, dan dapat mengisi seluruh ruangan yang
ditempatinya. Gas adalah suatu fase benda. Seperti cairan, gas mempunyai
kemampuan untuk mengalir dan dapat berubah bentuk. Namun berbeda dari
cairan, gas yang tak tertahan tidak mengisi suatu volume yang telah
ditentukan, sebaliknya mereka mengembang dan mengisi ruang apapun di
mana mereka berada. Tenaga gerak/energi kinetis dalam suatu gas adalah
bentuk zat terhebat kedua (setelah plasma). Karena penambahan energi
kinetis ini, atom-atom gas dan molekul sering memantul antara satu sama
lain, apalagi jika energi kinetis ini semakin bertambah (Samuel dkk, 1992).
Gas adalah zat yang selalu dapat bercampur sempurna satu sama lain
membentuk satu fase yang homogen. Jika dicampurkan gas-gas O2, N2, dan
CO2 di dalam ruang tertutup, maka akan diperoleh suatu campuran yang
homogen, karena tidak terdapat perbedaan secara fisik gas satu dengan yang
lain. Secara umum gas dapat dikelompokkan menjadi dua macam golongan,
yaitu gas ideal atau gas sempurna dan gas real/nyata atau sejati.
Gas adalah uap secara alami berkaitan dengan pangan dan sistem
pengolahan pangan. Diantaranya adalah penggunaan uap air (steam) sebagai
media pemanasan, dimana diperlukan pengetahuan tentang sifat-sifat gas
tersebut. Demikian juga dalam proses evaporasi atau penguapan air dari
bahan pangan akan terjadi perubahan fase dari air menjadi uap, dimana sifatsifat dari cair dan fase uap akan berbeda.
Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai berikut:
1.
2.
Gas bersifat transparan
Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya
3.
4.
Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding
Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak
diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya
5.
6.
7.
akan menjadi tak hingga kecilnya
Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar
Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata
Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan
8.
mengembang
Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum.
Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada
sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat
tersebut.
Sifat gas umum sebagai berikut:
1.
Gas mudah berubah bentuk dan volumenya
2.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
Kondisi gas ditentukan oleh tiga faktor yaitu : tekanan, suhu dan volume.
Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna, memiliki sifat tertentu
sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas.
Anggapan gas ideal harus memenuhi syarat sebagai berikut:
1.
Jumlah partikel gas banyak sekali tetapi tidak ada gaya tarik menarik antar
partikel
2.
Semua partikel bergerak dengan acak
3.
Ukuran gas sangat kecil bila dibanding dengan ukuran wadah, jadi ukuran gas
diabaikan
4.
Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna
5.
Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah
6.
Partikel gas memenuhi Hukum Newton tentang gerak
Dalam fisika, dikenal 3 macam sistem terkait dengan gas sebagai
berikut:
1. Sistem Terbuka; ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungannya. Contoh: lautan, tumbuh-tumbuhan.
2. Sistem Tertutup; ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran
massa sistem dengan lingkungannya. Contoh: Green house ada
pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan
lingkungan.
3. Sistem Terisolasi; tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungan. Contoh: tabung gas yang terisolasi (Tim Asisten, 2016).
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum kedua
termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan tetapi
tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada sebuah
proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin
berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible
(s1 = s2).
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum II
Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan
tetapi tidak dapat dimusnahkan”. Hubungan tekanan temperatur terhadap
tingkat wujud suatu zat dapat dilihat dengan titik didih suatu zat cair yang
dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin
besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara
standar (76 cmHg, 25ºC) titik didih air sebesar 100ºC (Anonim, 2011).
Artinya pelarut murni akan mendidih bila tekanan uap jenuh pada
permukaan cairan sama dengan tekanan udara luar. Pada sistem terbuka,
tekanan udara luar adalah 760 mmHg (tekanan udara pada permukaan
larutan) dan suhu pada tekanan udara luar 760 mmHg disebut titik didih
normal. Titik didih suatu cairan adalah suhu pada saat tekanan uap jenuh
cairan itu sama dengan tekanan luar (tekanan yang diberikan pada
permukaan cairan). Dari definisi ini kita ketahui bahwa titik didih cairan
bergantung pada tekanan udara pada permukaan cairan. Itulah sebabnya, titik
didih air di gunung berbeda dengan di pantai. Pada saat tekanan uap sama
dengan tekanan udara luar maka gelembung-gelembung uap dalam cairan
bergerak ke permukaan dan masuk fase gas (Tahang, 2011).
Sumber : Internet
Gambar 1. Hubungan tekanan dan temperatur terhadap tingkat wujud suatu
zat dapat ditentukan dari diagram P-T
Tr = titik tripel, yaitu titik keseimbangan antara ketiga wujud padat-cair-gas.
K = titik kritis, yaitu titik dimana gas di atas tekanan dan temperatur kritis tidak
dapat dicairkan hanya dengan mengecilkan volumenya, gasnya berwujud stabil.
Garis AB adalah garis didih air, artinya setiap titik pada garis AB
terdapat kesetimbangan antara cair dan gas. Garis AC adalah garis beku air
artinya setiap titik pada garis AC terdapat kesetimbangan antara padat dan
cair. Titik R disebut titik tripel air, artinya pada titik R itu tercapai
kesetimbangan antara cair, padat dan gas. Titik tripel itu adalah 0,0099°C dan
tekanan 0,0060 atm. Karena tekanan uap jenuh larutan lebih rendah daripada
tekanan uap jenuh pelarut maka garis DE, yaitu garis didih larutan berada di
bawah garis AB. Pada tekanan luar 1 atm, air mendidih pada suhu 100 oC
(titik B). Pada saat itu tekanan uap air juga 1 atm dan tekanan uap larutan
masih di bawah 1 atm (titik L). jadi, agar larutan mendidih, perlu suhu
diperbesar sehingga titik L pindah ke titik E’. Pada titik E, tekanan uap jenuh
larutan sudah mencapai 1 atm (sama dengan tekanan udara luar). Jadi, pada
titik E larutan mendidih dan suhu didihnya titik E’. Selisih titik didih larutan
dengan titik didih pelarut disebut kenaikan titik didih (tb = boiling point).
tb = titik didih larutan – titik didih pelarut
Pada saat tercapi kesetimbangan antara cair dan padat suhu itu disebut
suhu beku. Titik beku ini dicapai jika tekanan uap cairan sama dengan
tekanan uap pelarut padatan (membeku). Pada gambar di atas terlihat titik
beku larutan (F’) lebih rendah daripada titik beku pelarut (C’). Selisih antara
titik beku pelarut dengan titik beku larutan disebut penurunan titik beku ( tf =
freezing point) (Daryanto, 2003).
tf = titik beku pelarut – titik beku larutan
Dari diagram P-T dapat disimpulkan bahwa :
1.
Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat
2.
Di atas titik tripel tidak mungkin merubah wujud zat dari padat langsung
ke gas
3.
Di atas titik kritis gas tidak dapat diembunkan tanpa menurunkan
tekanannya.
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Panci presto
Air
Termometer raksa
Termokopel
Hybrid recorder
Stopwatch
Alat tulis
1.
B. Prosedur Kerja
Alat dan bahan disiapkan
2.
Panci presto diisi dengan air setengah penuh dan dipanaskan, suhu awal
3.
air dan setelah mendidih diukur, serta nyalakan stopwatch
Panci diisi kembali dengan air baru dan dipanaskan dengan kondisi
ditutup dan suhu awal air dan suhu setelah mendidih diukur, serta
4.
durasinya dihitung dengan stopwatch
Hitung dengan rumus termodinamika dengan estimasi volume awal dan
akhir tetap:
P1
P2
5.
=
T1
T2
dimana:
P1 = Tekanan Mendidih 1
P2 = Tekanan Mendidih 2
T1 = Suhu Mendidih1
T2 = Suhu Mendidih2
Massa 1 uap saat mendidih 1 dan massa uap 2 saat mendidih 2 (vacum)
dihitung dengan rumus:
v=
dimana:
v = Volume spesifik (m3kg-1)
V = Volume (m3)
M = massa (kg)
Tabel 1. High Pressure
N
T
T
P
o
a
mendid
mendid
w
ih 1
ih 1
V
m
T
P
mendid
mendid
ih 2
ih 2
D
ur
asi
a
l
a
i
r
Tabel 2. Volume
Volume Spesifik
No
V uap1
Uap
m uap1
V uap2
m uap
2
K
eteran
gan
Kondis
i
IV.
1.
a.
1)
2)
3)
b.
1)
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Perhitungan :
Kelompok 1 dan 3
Volume panci = 4 L
Volume air = 0,5 L
T1 (awal) = 29,5ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 100,7ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 30ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 100ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 191 detik
t (non vakum) = 194 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
100,7
P2 =
x 100 = 341,35 kPa = 0,341 mPa
29,5
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,341
0,001073−x
=
0,3−0,4
0,001073−0,001084
−0,041
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000451
x = 0,00107751 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107751
= 3,25 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,334
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,034
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073
2)
3)
2.
a.
1)
2)
3)
b.
– x = -0,00000374
x = 0,00107674 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107674
= 3,25 kg
Kelompok 5 dan 7
Volume panci = 8 L
Volume air = 0,7 L
T1 (awal) = 32ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 94ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 31ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 98,3ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 421 detik
t (non vakum) = 542 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
94
P2 =
x 100 = 293,75 kPa = 0,294 mPa
32
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,294 mPa)
0,2−0,294
0,001061−x
=
0,2−0,3
0,001061−0,001073
−0,094
0,001061−x
=
−0,1
−0,000012
0,001061 – x = -0,00001128
x = 0,00107228 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
7,3 x 10−3
=
0,00107228
= 6,81 kg
Kondisi non vakum
P1
P2
=
T1
T2
100
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
1) Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,317
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,017
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000187
x = 0,00107487 m3/kg
2) Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
3) Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
7,3 x 10
=
0,00107487
= 6,79 kg
P2 =
Tabel 3. Pengamatan
N
T didih (ºC) P2 didih (ºC)
o
1
100,7
341,35
2
10
333,34
3
94
293,75
4
98,3
317,09
Tabel 4. Hasil data perhitungan
N Volume spesifik Volume uap
o
(m3/kg)
(m3)
1
0,00107751
3,5x10-3
2
0,00107674
3,5x10-3
3
0,00107228
3,5x10-3
4
0,00107487
3,5x10-3
Keterangan
Durasi (s)
Vakum
Non vakum
Vakum
Non vakum
191
194
421
542
Massa uap
(kg)
3,25
3,26
6,81
6,79
Keterangan
Vakum
Non Vakum
Vakum
Non Vakum
Alat yang digunakan pada saat praktikum, sebagai berikut :
a
b
c
Sumber : Internet
Gambar 2. Gelas ukur
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Gagang gelas, berfungsi sebagai pegangan gelas ukur
Skala, berfungsi untuk ukuran volume
Tabung, berfungsi untuk menampung benda atau cairan yang ingin
diukur volumenya
b
a
c
d
e
Sumber : Internet
Gambar 3. Kompor gas
Fungsi bagian :
a.
b.
Lubang selang gas, berfungsi sebagai lubang selang gas
Burner, berfungsi sebagai sumbu kompor
c.
Kerangka kompor gas, berfungsi sebagai kerangka/pelindung bagian
d.
e.
dalam kompor
Tungku, berfungsi sebagai dudukan dari wajan/pamci
Pemantik gas, berfungsi untuk menyalakan api gas/membesar kecilkan
api
a
b
c
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 4. Termometer raksa
Fungsi bagian :
a. Skala, berfungsi untuk mengukur suhunya
b. Tabung kaca, berfungsi sebagai pelindung bagian dalam termometer
c. Perak, berfungsi sebagai sensitivitas
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 5. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
c
b
a
e
d
f
Sumber : Internet
Gambar 6. Panci presto
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Ventilasi udara, berfungsi lubang ventilasi udara
Gagang tutup panci, berfungsi untuk membuka/menutup panci
Pengatur tekanan, berfungsi untuk mengatur tekanan yang ada di dalam
d.
panci
Tutup panci, berfungsi untuk meunutup panci bagian dalam agar
e.
f.
terhindar dari kotoran yang masuk ke dalam panci
Gagang panci, berfungsi untuk pegangan panci
Wadah, berfungsi untuk menahan air/bahan atau sebagai tempatnya
a
b
c
d
Sumber : Internet
Gambar 7. Stopwatch
Fungsi bagian :
a.
Tombol
start/stop,
b.
pengukuran
Tombol kalibrasi, berfungsi untuk mengkalibrasi sebelum pengukuran
c.
dan membuat posisi jarum menunjukkan angka nol
Skala pengukuran, berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan
d.
dalam menit dan detik
Jarum penunjuk menit, berfungsi untuk menunjukkan hasil pembacaan
dalam menit.
berfungsi
untuk
memulai/mengakhiri
waktu
B. Pembahasan
Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna, memiliki sifat
tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas. Gas ideal adalah
suatu gas yang diidekan oleh manusia, secara real gas ideal tidak ditemukan
di permukaan bumi. Gas ideal adalah gas yang mematuhi persamaan gas
umum dari PV = nRT dan hukum gas lainnya di semua suhu dan tekanan.
Faktor yang memepengaruhi gas ideal adalah tekanan, volume, suhu,
jumlah partikel dan jenis gas. Sifat-sifat gas dapat dirangkumkan sebagai
berikut:
1.
2.
3.
4.
Gas bersifat transparan
Gas terdistribusi merata dalam ruang apapun bentuk ruangnya
Gas dalam ruang akan memberikan tekanan ke dinding
Volume sejumlah gas sama dengan volume wadahnya. Bila gas tidak
diwadahi, volume gas akan menjadi tak hingga besarnya, dan tekanannya
5.
6.
7.
akan menjadi tak hingga kecilnya
Gas berdifusi ke segala arah tidak peduli ada atau tidak tekanan luar
Bila dua atau lebih gas bercampur, gas-gas itu akan terdistribusi merata
Gas dapat ditekan dengan tekanan luar. Bila tekanan luar dikurangi, gas akan
8.
mengembang
Bila dipanaskan gas akan mengembang, bila didinginkan akan mengkerut.
Sedangkan sifat dari gas ideal, diantaranya :
1.
Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang
senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang
yang kecil
2.
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga
ukuran partikel gas dapat diabaikan
3.
Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding
tempatnya adalah elastis sempurna
4.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.
Hukum II Termodinamika berpusat pada masalah entropi. Hukum II
Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi dapat diciptakan
tetapi tidak dapat dimusnahkan.” Hubungan tekanan temperatur terhadap
tingkat wujud suatu zat dapat dilihat dengan titik didih suatu zat cair yang
dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin
besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara
standar (76 cmHg, 25ºC) titik didih air sebesar 100ºC (Anonim, 2011).
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 di dunia, dari yang mulanya
menggunakan 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 di dalam gelas yang menyebabkan terjadi
pengembunan di luar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang
memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam.
Proses timbulnya air pada permuakaan gelas itu menandakan adanya suatu
sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa udara yang
ada di sekeliling gelas mengandung uap air. Ketika gelas diisi es, gelas menjadi
dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap
air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap
air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini
merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika
yang ke dua yang berbunyi sebagai berikut “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, dari hukum ini proses yang terjadi di dalam gelas
merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi
dingin, sementara udara mengandung kadar air yang tinggi pada kelembaban yang
tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga
timbul air pada permukaan luar pada gelas.
Dari contoh es pada gelas di atas merupakan sistem pertukaran secara
tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda
dengan menggunakan media pembatas rigid (tidak boleh mempertukarkan kerja)
dengan mempertukarkan panas melalui medium gelas.
Termos pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I
termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos
yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya
ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada
termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju
lingkungan maupun sebaliknya. Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi
termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin
merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam
silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.
Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk
mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang
digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “thermo-electric”.
Sistem kerja termokopel cukup mudah dan sederhana. Pada dasarnya
termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan
digabungkan ujungnya.
Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada
termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap)
sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu
panas.
Untuk lebih jelas mengenai sistem kerja termokopel, mari kita melihat
gambar dibawah ini :
Sumber: Internet
Gambar 8. Sistem kerja termokopel
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 9. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
Berikut ini adalah jenis-jenis atau tipe termokopel yang umum digunakan
berdasarkan Standar Internasional.
1.
Termokopel Tipe E
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 900˚C
2.
Termokopel Tipe J
Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C – 750˚C
3.
Termokopel Tipe K
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C – 1250˚C
4.
Termokopel Tipe N
Bahan Logam Konduktor Positif : Nicrosil
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C – 1250˚C
5.
Termokopel Tipe T
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 350˚C
6.
Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-Nickel
Rentang Suhu : 0˚C – 1450˚C
Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang
luas, hingga 2300°C. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana
perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya
rentang suhu 0-100°C dengan keakuratan 0.1°C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan
RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :
1.
Industri besi dan baja
2.
Pengaman pada alat-alat pemanas
3.
Untuk termopile sensor radiasi
4.
Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile.
Termokopel
menggunakan
dua
jenis
logam
yang
berbeda
untuk
membangkitkan tegangan untuk kemudian tegangan tersebut dapat digunakan
sebagai acuan dalam pengukuran suhu. Termokopel telah banyak dipakai dalam
pengukuran suhu, khususnya dalam dunia industri. Beberapa jenis industri seperti
industri besi dan baja, pengaman pada alat pemanas, thermopile sensor radiasi,
pembangkit listrik tenaga panas radio isotop, dan lain-lain telah mendayagunakan
termokopel. Kemampuan dari termokopel yang dapat mengukur suhu dari suhu
yang sangat tinggi dan juga suhu rendah menjadi alasan mengapa termokopel
banyak dipakai.
Berikut ini merupakan kelebihan dan kekurangan dari termokopel, yakni:
Untuk kelebihannya, diantaranya :
1.
Mudah dibaca, karena memiliki layar yang tidak mudah keruh dan skala yang
jelas
2.
Respon cepat untuk setiap adanya perubahan suhu
3.
Akurasi yang tepat dalam pengukuran suhu
4.
Baik digunakan untuk pengukuran variasi suhu dengan jarak kurang dari 1
cm, termokopel tidak mudah rusak dan tahan lama.
Untuk kekurangannya, diantaranya :
1.
Kalibrasi yang sulit, saat termokopel dinyalakan, suhu yang tertera
2.
3.
adalah suhu pada ruangan tersebut
Hanya dapat digunakan untuk mengukur perbedaan suhu
Termokopel membutuhkan perlengkapan tambahan yang harganya
biasanya cukup mahal.
Prinsip dasar yang digunakan pada panci presto adalah kenaikan titik
didih. Secara teori, air akan mendidih pada suhu 100°C pada tekanan 1
atmosfer. Karena panci presto terbuat dari bahan stainless yang tebal dan
kuat serta mempunyai tutup yang rapat, maka uap air yang yang dihasilkan
saat proses pendidihan tidak mungkin keluar dan hanya terkumpul dalam
panci presto. Air yang terkumpul inilah yang membuat tekanan air dalam
panci presto naik, yang menyebabkan temperatur didihnya juga naik menjadi
>100 derajat Celsius. Kalau dengan sedikit teori anak sekolahan, itu seperti
persamaan gas ideal, dimana PV = CT, dimana P = tekanan; V = volume; T =
suhu ; C = konstanta kesebandingan gas, persamaan itu juga biasa disebut
Hukum Gay-Lussac. Jadi dapat juga diartikan hubungan antara P dan T
bahwa Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat.
Pada saat praktikum , kami mendapatkan hasil niai perhitungan yang
berbeda setiap kelompoknya. Berikut ini merupakan data yang didapat pada
saat praktikum :
Perhitungan :
1. Kelompok 1 dan 3
Volume panci = 4 L
Volume air = 0,5 L
T1 (awal) = 29,5ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 100,7ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 30ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 100ºC (kondisi non vakum)
a.
1)
2)
3)
b.
1)
2)
3)
t (vakum) = 191 detik
t (non vakum) = 194 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
100,7
P2 =
x 100 = 341,35 kPa = 0,341 mPa
29,5
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,341
0,001073−x
=
0,3−0,4
0,001073−0,001084
−0,041
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000451
x = 0,00107751 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
3,5 x 10−3
=
0,00107751
= 3,25 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,334
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,034
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000374
x = 0,00107674 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (4x10-3) – (0,5x10-3)
= 3,5x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
3,5 x 10
=
0,00107674
2.
a.
1)
2)
3)
b.
1)
= 3,25 kg
Kelompok 5 dan 7
Volume panci = 8 L
Volume air = 0,7 L
T1 (awal) = 32ºC (kondisi vakum)
T2 (akhir) = 94ºC (kondisi vakum)
P1 (awal) = 100 kPa
T1 (awal) = 31ºC (kondisi non vakum)
T1 (akhir) = 98,3ºC (kondisi non vakum)
t (vakum) = 421 detik
t (non vakum) = 542 detik
Kondisi vakum
P1
T1
=
P2
T2
94
P2 =
x 100 = 293,75 kPa = 0,294 mPa
32
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,294 mPa)
0,2−0,294
0,001061−x
=
0,2−0,3
0,001061−0,001073
−0,094
0,001061−x
=
−0,1
−0,000012
0,001061 – x = -0,00001128
x = 0,00107228 m3/kg
Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
−3
7,3 x 10
=
0,00107228
= 6,81 kg
Kondisi non vakum
P1
T1
=
P2
T2
100
P2 =
x 100 = 333,34 kPa = 0,334 mPa
30
Mencari volume spesifik (P diketahui = 0,341 mPa)
0,3−0,317
0,001073−x
=
0,3−0,4
−0,001073−0,001084
−0,017
0,001073−x
=
−0,1
−0,000011
0,001073 – x = -0,00000187
x = 0,00107487 m3/kg
2) Mencari volume uap
Volume uap air = volume panci – volume air
= (8x10-3) – (0,7x10-3)
= 7,3x10-3 m3
3) Mencari massa uap
volume uap
Massa uap =
volume spesifik
7,3 x 10−3
=
0,00107487
= 6,79 kg
Tabel 5. Pengamatan
N
T didih (ºC) P2 didih (ºC)
o
1
100,7
341,35
2
10
333,34
3
94
293,75
4
98,3
317,09
Tabel 6. Hasil data perhitungan
N Volume spesifik Volume uap
o
(m3/kg)
(m3)
1
0,00107751
3,5x10-3
2
0,00107674
3,5x10-3
3
0,00107228
3,5x10-3
4
0,00107487
3,5x10-3
Keterangan
Durasi (s)
Vakum
Non vakum
Vakum
Non vakum
191
194
421
542
Massa uap
(kg)
3,25
3,26
6,81
6,79
Keterangan
Vakum
Non Vakum
Vakum
Non Vakum
Alat yang digunakan pada saat praktikum, sebagai berikut :
a
b
c
Sumber : Internet
Gambar 10. Gelas ukur
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Gagang gelas, berfungsi sebagai pegangan gelas ukur
Skala, berfungsi untuk ukuran volume
Tabung, berfungsi untuk menampung benda atau cairan yang ingin
diukur volumenya
b
a
c
d
e
Sumber : Internet
Gambar 11. Kompor gas
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Lubang selang gas, berfungsi sebagai lubang selang gas
Burner, berfungsi sebagai sumbu kompor
Kerangka kompor gas, berfungsi sebagai kerangka/pelindung bagian
d.
e.
dalam kompor
Tungku, berfungsi sebagai dudukan dari wajan/pamci
Pemantik gas, berfungsi untuk menyalakan api gas/membesar kecilkan
api
a
b
c
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 12. Termometer raksa
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Skala, berfungsi untuk mengukur suhunya
Tabung kaca, berfungsi sebagai pelindung bagian dalam termometer
Perak, berfungsi sebagai sensitivitas
e
a
b
f
c
g
d
h
Sumber : Laboratorium TP
Gambar 13. Termokopel dan Hybrid Recorder
Fungsi bagian termokopel dan hybrid recorder :
a.
Gagang hybrid recorder, berfungsi sebagai pegangan saat mengangkat hybrid
recorder
b.
Kerangka, berfungsi untuk melindungi bagian dalam hybrid recorder
c.
Display, berfungsi sebagai pembaca suhu
d.
Printer, berfungsi sebagai mesin pencetak
e.
Termokopel, berfungsi sebagai alat pengukur suhu
f.
Cabang termokopel, berfungsi sebagai kabel/kawat logam penghubung ke
dalam lubang hybrid recorder
g.
Tombol, berfungsi sebagai tombol pengatur hybrid recorder
h.
Colokan kabel, berfungsi untuk menghubungkan ke arus listrik
c
a
b
e
d
f
Sumber : Internet
Gambar 14. Panci presto
Fungsi bagian :
a.
b.
c.
Ventilasi udara, berfungsi lubang ventilasi udara
Gagang tutup panci, berfungsi untuk membuka/menutup panci
Pengatur tekanan, berfungsi untuk mengatur tekanan yang ada di dalam
d.
panci
Tutup panci, berfungsi untuk meunutup panci bagian dalam agar
terhindar dari kotoran yang masuk ke dalam panci
e.
f.
Gagang panci, berfungsi untuk pegangan panci
Wadah, berfungsi untuk menahan air/bahan atau sebagai tempatnya
a
b
c
d
Sumber : Internet
Gambar 15. Stopwatch
Fungsi bagian :
a.
Tombol
start/stop,
b.
pengukuran
Tombol kalibrasi, berfungsi untuk mengkalibrasi sebelum pengukuran
c.
dan membuat posisi jarum menunjukkan angka nol
Skala pengukuran, berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan
d.
dalam menit dan detik
Jarum penunjuk menit, berfungsi untuk menunjukkan hasil pembacaan
dalam menit.
berfungsi
untuk
memulai/mengakhiri
waktu
V.
1.
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Hukum II Termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi
2.
dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan”
Aplikasi sistem terisolasi pada kehidupan sehari hari dapat digunakan
dalam proses pengukuran suhu suatu zat ataupun media dengan
3.
menggunakan bantuan termometer sebagai alat pengukur suhunya
Kondisi gas ditentukan oleh tiga faktor yaitu : tekanan, suhu dan
volume. Gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna,
memiliki sifat tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas.
B. Saran
Diharapkan asisten praktikum dapat lebih tegas lagi dalam menyikapi
praktikan yang datang terlambat pada saaat praktikum berlangsung, agar
lebih mengefesienkan waktu. Diharapkan pada saat praktikum juga, para
praktikan dapat lebih kondusif lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Hukum Termodinamika. kk.mercubuana.ac.id/files/13015-3860358017731.doc
Daryanto. 2003. Dasar-dasar Teknik Mesin. Jakarta: PT. Bhineka Cipta Jakarta.
Maron, Samuel H, and Lando, J.B. 1992 Fundamentals oh Physical Chemistry.
New York : Macmillan publishing co.inc.
Tahang.
2011.
Penerapan
Hukum-2
Termodinamika.
www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-thermodinamika.
Tim Asisten. 2016. Modul Praktikum Termodinamika. Purwokerto: Universitas
Jenderal Soedirman.