JURUSAN FISIKA TAHUN ANGGARAN 19992000 LEMBAGA PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT UNIVERSTTAS NEGERT PADANG
-PENYAJIAN SISTIMATIKA DAN METODOLOGI
TENTANG MATERl TEORI KlNETlK GAS DAN
TERMODINAMIKA KEPADA GURUGURU FISIKA SMU SE-KABUPATEN
PADANG PAFUAMAN
LAPORAN PELAKSANAAN
KEGIATAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
Drs. Ahmad -Fauzi,
MSi
.
Dilaksanakan atas biaya SPP/DPP
JURUSAN FISIKA TAHUN ANGGARAN
1999/2000
LEMBAGA PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSTTAS NEGERT PADANG
I
ha,
1999
RINGKASAN
Dalam beberapa tahun terakhir, .pengajaran fisika banyak menjadi sorotan
dari masyarakat. Sementara bagi siswa, pelajaran fisika dianggap sulit, tetapi apa
sesungguhnya yang menjadi kesulitan siswa, jarang di disk-usikan. Salah satu
materi fisika yang dianggap sulit oleh siswa SMU adalah teori kinetik gas dan
termdinamika. Bebaapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya seperti
Boko, (1990), Kesidou & Duit (2993) dan Lewis & Linn, (2994) menunjukkan
bahwa siswa sulit membedakan antara suhu dan kalor.
Di SMU, materi Termodinamika diajarkan setelah Teori Kinetik Gas.
Sernentara di Jurusan Fisika FMPA Unive~sitasNegeri Padang materi Teori
Kinetik Gas yang diberikan justru setelah materi (matakuliah) Termodinamika.
Meskipun mang lingkup kedua materi hampir sama, tetapi di aja~kandengan
pendekatan yang berbeda. Teori Kinetik Gas diajarkan dengan pendekatan
mikroskopik sedangkan Termodinamika diaja~kan dengan pendekatan
makroskopik. Bila guru-guru tidak mempunyai pengetahuan yang cukup tentang
kedua pendekatan di atas, maka tentu guru-gum akan kesulitan dalam
mengajarkannya di sekolah. Yang menjadi pertanyaan "Bagaimana pemahaman
guru-guru fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika".
Untuk menjawab pertanyaan di atas maka realisasi dari kegiatan ini meliputi ;
memperkenalkan kurikulum fisika sebagai pendekatan siklus, menguraikan materi
Teori Kinetik Gas berhsarkan model .partikelimolekul (mikroskopik) dan
menguraikan materi Termodinamika berdasarkan pendekatan makroskopik dalarn
suatu tata urut yang sesuai dengan turrtutan kurikulum SMU.
Kegiatan ini & laksanakan pada tanggal 2 Oktober 1999 di SMU 1.
Padang-Pariaman dengan jumlah peserta 7 orang. Faktor~faktor.pendukung adalah
adanya peran aktif dari penyuluh, peran aktif dari peserta dan bantuan biaya dari
SMU penyelenggara dan Jurusan Fisika-UNP. Sedangkan .faktor -falaor
penghambat adalah terbatasnya waktu yang tersedia. Untuk mengevaluasi tujuan
kegiatan maka di akhir kegiatan cli adakan tes tertulis. Hasil kegiatan ini dapat
hgunakan oleh guru-guru untuk menyusun suatu model pembelajaran yang
sistimat-isyang dapat .men.ingkatkancaTa belajar sis~vaaktif.
SAMBUTAN KETUA LPKM
Salah satu kegiatan Tridarma Perguruan Tingg yang hams dilaksanakan
adalah pengabdian kepada masyarakat. Hal ini merupakan bentuk kepedulian
perguruan tingg terhadap peingkatan kualitas hidup masyarakat. Dengan kegiatan
tersebut Perguruan Tinggi diharapkan dapat membantu kehidupan masyarakat
sejalan dengan tuntutan pembangunan nasional dan daerah.
Berbagai bentuk kegatan masyarakat yang dapat dilakukan oleh
Universitas Negeri Padang antara lain : mengembangkan hasil pendidikan dan
penelitian, memberikan
latihan, penyuluhan,
penataran ceramah
serta
memberikan pelayanan umum atau kegiatan lain yang menunjang pelaksanaan
tugas umum pemerintahan dan pembangunan. Oleh karena itu pengabdian
masyarakat yang bejudul PENYAJIAN SISTMATIKA DAN METODOLOGI
TENTANG MATERI TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMTKA
KEPADA
GURU-GURU
FISIKA
SMU
SE-KABUPATEN
PADANG
PARIAMAN, diharapkan dapat membantu guru-guru dalam upaya mengatasi
kesulitan siswa dalam mernpelajari fisika.
Terlaksanannya kegiatan ini adalah berkat dukungan dati berbagai pihak.
Untuk itu kami ucapkan terima kasih kepada pelaksana dan semua pihak yang
telah berpartisipasi dalam menyukseskan penyelenggaraan kegiatan ini. Semoga
bantuan yang telah diberikan akan mendapat balasan yang setimpal.
'2 0
\
--
Drs. Zulkahar Adenan
RINGKASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
SAMBUTAN KETUA LPKM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTARISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I
PENDAHULUAN
A. Analisis Situasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Perurnusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I1
TUJUAN DAN MANFAAT KEGIATAN
A.Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Manfaat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB 111
KERANGKA PEMECAHAN MASALAH
BAB IV
PELAKSANAAN KEGlATAN
A. Realisasi Pemecahan Masalah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Khalayak Sasaran Yang Strategis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CMetodayangdigunakan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB V
HASIL KEGIATAN
A. Analisa Evaluasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Hasil Pengabdian Kepada Masyarakat. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.FaborPendukung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D.FaktorPenghambat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTAR PUSTAKA
LAMPLRAN
BAB I
PENDAHULUAN
A. Analisis Situasi
Dalam beberapa tahun terakhir, pengajaran fisika banyak menjadi sorotan
dari masyarakat. Sementara bagi siswa, pelaj aran fisika dianggap sulit, tetapi apa
sesungguhnya yang menjadi kesulitan sis~va,jarang di diskusikan. Sering kali
pengajaran fisika lebih mengutamakan penyelesaian matematis dari pada
memberikan penekanan-penekanan pada konsep-konsep esensial. Akibatnya
pengajaran fisika menjadi sulit dan siswa hanya di sodorkan rumus-rumus tanpa
di sertai dengan peristiwa fisis yang melatar belakanginya.
Salah satu materi fisika yang dianggap sulit oleh siswa SMU adalah teori
kinetik gas dan termodinamika. Hal ini di dasarkan atas beberapa penelitian yang
telah dilakukan baik di dalam maupun di luar negeri. Di Indonesia, Boko, (1990)
menemukan bahwa banyak siswa berpendapat kapasitor kalor yang besar akan
mempunyai kalor yang banyak sehingga suhunya tinggi. Di Jerman, Kesidou &
Duit (1993) menemukan bahwa siswa mengalami kesulitan dalam membedakan
antara suhu dan kalor dan sedikit siswa yang bisa menjelaskan model partikel
untuk menjelaskan proses perpindahan panas. Di Amerika Serikat, Lewis & Linn,
(1994) menemukan bahwa konsepsi remaja, dewasa dan ahli (expert) berbedabeda mengenai konsep suhu dan kalor. Dari uraian di atas dapat disimpulkan
bahwa pengajaran teori kinetik gas dan termodinamika di SMU perlu mendapat
perhatian serius sebab meskipun rumus-rumus pada kedua materi tidak terlalu
rumit tetapi kedua materi sarat dengan konsepkonsep dimana tingkat abstaksinya
sangat tinggi.
Di SMU, materi Termodinamika diajarkan setelah materi Teori Kinetik
Gas. Sementara Di Perguruan Tinggi, khususnya di Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Padang materi (matakuliah) termodinamika di ajarkan jwtru
sebelum materi Teori Kinetik Gas yang diberikan dalam matakuliah Fisika
Statistik. Dengan kata lain, matakuliah Termodinamika adalah prasyarat bagi
matakuliah Fisika Statistik.
Ruang lingkup materi termodinamika meliputi konsepkonsep dasar,
persamaan keadaan berbagai sistem sederhana, kalor dan hukum ke-no1
termodinamika, energi dalam dan hukum pertama termodinamika, entropi dan
hukum kedua termodinamika serta potensial termodinamik. Sedangkan ruang
lingkup teori kinetik gas meliputi asumsi dasar tentang gas ideal, tumbukan
dengan dinding, persamaan keadaan gas ideal, tumbukan dengan dinding yang
bergerak, persamaan keadaan Clausius, persamaan keadaan gas van der Waals,
prinsip ekipartisi energi, derajat kebebasan, dan teori klasik dari kapasitas kalor.
Sifat-sifat sistem makroskopik pada termodinamika dan hubungan antara sifatsifat yang terukur (persamaan keadaan) diungkap berdasarkan kenyataan
eksperimen (pure empirical science). Sebagai sains eksperimen, termodinamika
didasarkan pada sejumlah kecil prinsip yang generalisasinya dibuat dari
pengalaman yang berhubungan dengan sifat-sifat materi berskala besar
(makroskopik). Termodinamika tidak berhipotesa tentang struktur materi berskala
kecil (mikroskopik). Dari prinsip-prinsip termodinamika dapat diturunkan
hubungan antara besaran-besaran termodinamik seperti koefisien ekspansi,
kompresibilitas, kapasitas panas, transfer panas, koefisien magnetik dan koefisien
dielektrik terutama yang dipengaruhi oleh suhu.
Dilain pihak, terori kinetik mempergunakan teori molekuVmodel molekul
untuk meramalkan perilah dan sifat-sifat suatu sistem makroskopik, dimana
hukum-hukum mekanika diterapkan pada molekul-molekul individual dan dari
hukum-hukum ini diturunkan pemyataan tentang tekanan, energi internal,
kapasitas panas, persamaan keadaan dan sifat-sifat termodinamik lainnya.
Pendekatan statistik mempunyai kaitan yang erat dengan teori kinetik. Untuk
sistem-sistem partikel dimana energi partikel dapat ditentukan dengan bantuan
statistik, persamaan keadaan dan persamaan energi suatu subtansi dapat
diturunkan.
Jika dilihat dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa ruang lingkup
kedua materi hampir sama yaitu sama-sama mempelajari perilaku gas tapi
menggunakan pendekatan yang berbeda yaitu makroskopik dan mikroskopik.
Pendekatan makroskopik digunakan untuk mempelajari materi termodinamika
dan pendekatan mikroskopik digunakan untuk mempelajari materi teori kinetik
gas.
Bila guru-guru tidak mempunyai pengetahuan yang cukup tentang materi
dan untuk menggunakan kedua pendekatan di atas, maka tentu guru-guru akan
merasa kesulitan dalam mengajarkannya kepada siswa di depan kelas. Oleh
karena itu diperlukan suatu kegiatan pengabdian kepada masyarakat yang be judul
:" PENYAJIAN SISTIUATIKA DAN METODOLOGI TENTANG MATERI
TEORI KNl3TIK GAS DAN ERMODINAMIKA KEPADA GURU-GURU
FISIKA SMU SE-KABUPATEN PADANG PARIAMAN". Hasil kegiatan ini
dapat digunakan guru-guru untuk menyusun suatu model pembelajaran yang
sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar sis~vaaktif.
B. Perurnusan
masalah
Berdasarkan analisis situasi yang telah dikemukakan dapat dirurnuskan
permasalahan sebagai berikut. Pemahaman guru-guru Fisika SMU terhadap
materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika masih belum memadai. Kegiatan
pengadian
masyarakat ini merupakan upaya konglcrit
untuk
mengatasi
permasalahan di atas.. Yang menjadi pertanyaan dalam kegiatan pengabdian ini:
"Bagaimana pemahaman guru-guru fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik
Gas dan Termodinamika". Untuk menjawab pertanyaan di atas perlu diadakan
kegiatan pengabdian kepada masyrakat dengan menyusun suatu sistimatika dan
metodologi pengajaran materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Untuk
mengevaluasi kegiatan ini, di akhir kegiatan di adakan tes tertulis.
BAB I1
TUJUAN DAN MANFAAT KEGIATAN
A. Tujuan Kegiatan
Secara umum kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini bertujuan untuk
menjelasan model partikel gas serta keterkaitannya dengan materi dan hukumhukum termodinamika. Secara khusus, kegiatan pengabdian kepada masyarakat
ini bertujuan untuk :
1. Menjelaskan bahwa tekanan gas bergantung kepada energi kinetik rata-rata
partikel gas tersebut.
2. Memahami bahwa suhu sebanding dengan energi kinetik rata-rata partikel gas.
3. Memahami bahwa setiap derajat kebebasan suatu partikel memberikan
konstribusi sebesar 1/2 kT pada energi rata-rata partikel
4. Menjelaskan bahwa dalam suatu sistem termodinamika terdapat hubungan
antara usaha, kalor dan perubahan energi dalam.
5. Menjelaskan bahwa gas dapat menerima usaha dari lingkungan dan
sebaliknya.
6. Menjelaskan bahwa kalor yang diterinia dan usaha yang dilakukan terhadap
gas digunakan untuk menambah energi dalamnya.
7. Menjelaskan bahwa kemampuan gas untuk menyerap atau melepaskan kalor
persatuan suhu dinyatakan dengan kapasi tas kalor gas.
8. Menjelaskan bahwa suatu rangkaian proses (siklus) termodinamika dapat
menghasil kan usaha.
9. Memahami bahwa efisiensi suatu mesin tidak pernah mencapai 100%.
10. Memahami bahwa tidak mungkin membuat suatu mesin yang mengubah kalor
seluruhnya menjadi usaha luar.
11. Menjelaskan bahwa kalor tidak mungkin berpindah dari sistem bersuhu
rendah ke sistem bersuhu tinggi secara spontan.
B.Manfaat Kegiatan
Setelah mengikuti kegiatan kepada masyarakat ini di harapkan guru-guru
Fisika SMU :
1. Mampu menjelaskan bahwa tekanan gas bergantung kepada energi kinetik
rata-rata partikel gas tersebut.
2. Mampu memahami bahwa suhu sebanding dengan energi kinetik rats-rats
partikel gas.
3. Mampu memahami bahwa setiap derajat kebebasan suatu partikel
memberikan konstribusi sebesar 112 kT pada energi rata-rata partikel
4. Mampu menjelaskan bahwa dalam suatu sistem termodinamika terdapat
hubungan antara usaha, kalor dan perubahan energi dalam.
5 . Mampu menjelaskan bahwa gas dapat menerima usaha dari lingkungan dan
sebal i knya .
6 . Mampu menjetaskan bahwa kalor yang diterima dan l~sahayang dilakukan
terhadap gas digunakan untuk menambah energi data m nya.
7. Mampu
menjetaskan bahwa kemampuan gas untuk menyerap atau
melepaskan kalor persatuan suhu dinyatakan dengan kapasitas kalor gas.
8. Mampu menjelaslcan bahwa suatu rangkaian proses (siklus) termodinamika
dapat menghasilkan usaha.
9. Mampu memahami bahwa efiiensi suatu mesin tidak pernah mencapai 100%
10. Mampu memahami bahwa tidak mungkin membuat suatu mesin yang
mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha luar.
11. Mampu menjelaskan bahwa kalor tidak mungkin berpindah dari sis*tem
bersuhu rendah ke sistem bersuhu tinggi secara spontan.
BAB 111
KERANGKA PEMECAHAN MASALAH
Berdasarkan permasalahan yang di hadapi guru-guru Fisika SMU dalam
memahami sistimatika materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika perlu di kaji
ruang lingkup materi Teori Kinetik Gas meliputi asumsi dasar tentang gas ideal,
persamaan keadaan gas ideal, prinsip ekipartisi energi, derajat kebebasan, dan
teori klasik dari kapasitas kalor. Sedangkan ruang lingkup materi Termodinamika
meliputi konsepkonsep dasar termodinamika, persamaan keadaan berbagai
sistem sederhana, kalor dan hukum ke-no1 termodinamika, energi dalam dan
hukum pertama termodinamika, entropi dan hukum kedua termodinamika serta
potensial termodinami k.
Dalam pelaksanaanya materi di rangkum dalam satu tata urut sesuai
dengan tuntutan kurikulum SMU yaitu berdasarkan GBPP 1995. Dalam kegiatan
ini di susun pula suatu bahan ajar sederhana yang dapat dijadikan referensi
tambahan tambahan bagi guru dalam memahami materi Teori Kinetik Gas dan
Termodinamika.
Melalui kegiatan ini diharapkan guru-guru Fisika SMU dapat memahami
dengan baik perilaku mikroskopik dan makroskopik dari gas ideal. Secara khusus
guru-guru dituntut memahami konsep-konsep esensial dalam materi Teori
Konetik Gas dan Termodinamika sehingga dapat diterapkan untuk berbagai soalsoal termodnimaka dan teori kinetik gas dalam kehidupan sehari-hari. Setelah
kegiatan ini selesai di harapkan guru-guru dapat menyusun suatu model
pembelajaran yang sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar siswa akif.
13AB I\-'
PELAKSANAAN KEGIATAN
A. Realisasi Peniecahan Masalah
Berdasarkan penrmusan masalah yang telah dikemukakan sebelumnya,
maka realisasi dari kegiatan-kegiatan meliputi :
1 . Memperkenalkan kurikulum fisika di Perguruan Tinggi khususnya di Jurusan
Fisika FMPA Universitas Negeri Padang tentang keterkaitan satu konsep
(matakuliah) dengan konsep yang lain. Berdasarkan pendekatan siklus dan
pendekatan keilmuwan bahwa konsep-konsep fisika pada dasarnya relatif
tetap tetapi dapat muncul di tiap siklus dengan pendekatan berbeda. Sebagai
contoh : materi Ternlodinamika dan Teori Kinetik Gas pada dasarnya sama
yaitu mempelajari tentang perilaku gas ideal, tetapi pendekatannya berbeda
yaitu makroskopik untuk termodinamika dan mikroskopik untuk Teori Kinetik
Gas.
2. Menguraikan materi Teori Kinetik Gas berdasarkan model partikel/molekul
(mikroskopik). Dari model ini diturunkan bahwa energi internal gas ideal
hanya bergantung kepada energi gerak partikel. Selanjutnya juga di turunkan
energi internal rata-rata gas ideal dari pri nsip ekipartisi, fungsi distribusi
Maxwell-Boltzmann dan fungsi partisi. Dari ketiga cara ini terlihat bahwa
energi internal gas ideal hanya bergantung kepada temperatur dan bukan
kepada volume dan tekanan.
3. Menguraikan materi Termodinamika berdasarkan pendekatan makroskopik.
Konsep-konsep yang dibahas seperti persamaan keadaan, usaha, kalor,
perubahan energi internal, siklus (Carnot), dan perubahan entropi gas ideal.
Penekanan sangat diberikan kepada arti fisis dari tanda positif atau negatif
masing-masing variabel keadaan untuk tiap proses.
4. Mengadakan tes sehubungan dengan tujuan kegiatan yang ingin di capai dan
hasilnya kemudian di diskusikan bersama guru.
B. Khalayak Sasaran Yang Strategis
Sesuai dengan pennasalahan yang telah dikemukakan pada bagian
terdahulu, maka khalayak sasaran yang strategis adalah guru-guru fisika SMU
kelas tiga yang mengajar materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Karena
masing-masing sekolah hanya mengirimkan 1 orandsekolah maka jumlah peserta
dalam kegiatan ini adalah 7 orang dan berasal dari SMU se-Kabupaten PadangPariaman.
C. Metoda Yang digunakan
1. Lokasi Kegiatan
Kegiatan ini di laksanakan di SMU 1 Padang-Pariarnan berdasarkan surat
Ketua Sanggar IPA-SMU se-Pariaman No. 1 1171108.25.01/SMU.O1/LLl99
tertanggal27 September 1999.
2. Jadwal Kegiatan
Tahap-tahap kegiatan yang dilakukan meliputi persiapan (rnenulis buku ajar),
pelaksanaan, evaluasi dan laporan. Secara kronologis, jadwal kegiatan dapat
dilihat pada tabel di bawah ini :
No.
Bentuk Kegiatan
Waktu
1
Menulis buku ajar
25 sld 28-09-1 999
2
Pelaksanaan dan
2-10-1999
Laporan
Jurusan Fisika
SMU 1 Pariaman
evaluasi
3
Tempat
02- 1 1- 1999 s/d
Ju-rusanFisika
25-02-2000
3. Macam-macam kegiatan
Kegiatan yang dilaksanakan dalam pengabdian ini dapat dikategorikan
sebagai kegiatan penyuluhan untuk meningkatkan pemahaman guru-guru fisika
SMU lerhadap materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Kegiatan
penyuluhan ini diberikan dalam bentuk ceramah dan diskusi. Melalui ceramah
diberikan uraian materi sesuai dengan tuntutan kurikulum SMU sedangkan
diskusi digunakan untuk mengetahui umpan balik dan masalah-masalah yang
dihadapi guru dalam mengajarkan materi tersebut di sekolah. Untuk mengetahui
ketercapaian tujuan maka di adakan tes di akhir kegiatan dan hasilnya
didiskusikan dengan ,peserta sebagai tambahan wawasan dalam mernecahkan
soal-soal Teori Kinetik Gas dan Termodinamika secara cepat dan tuntas.
BAB V
HASIL KEGIATAN
A. Analisis Evaluasi
Untuk mengevaluasi kegiatan ini disusun suatu tes sebanyak enam butir
soal meliputi materi Teori Kinetik Gas dan Terrnodinamika sesuai dengan tujuan
yang ingin di capai. Ke-enam soal tersebut adalah :
1. Satu molekul Nitrogen (m =4,7x10-~~
kg) menempati suatu ruang bertemperatur
400K. Tentukan
a. Energi kinetik translasi rata-rata.
b. Kelajuan rata-rata ( V)
c. Kelajuan dengan peluang maksimum (v,).
2. Gas ideal adalah gas dimana molekul-molekulnya hanya mempunyai derajat
kebebasan kinetik.
a. Turunkan "persamaan keadaan" dari gas ideal tersebut untuk N molekul
b. Tentukan kapasitas panas dari gas pada volume dan tekanan konstan.
i
3. Se umlah gas ideal dengan C,. = 5/2nR mempunyai tekanan 1 atm, volume 6
m- dan suhu 27°C. Gas dikompresi sehingga volumenya menjadi setengah
semula. Hjtunglah usaha, perubahan energi dalam dan kalor yang terlibat
selama proses, jika prosesnya berlangsung sebagai beikut :
a. isobarik b. isoterrnik c. adiabatik.
4. Perhatikan diagram P-V disamping. Bila sistem dibawa A ke B sepanjang
lintasan A-C-B, sistem menyerap kalor 80 J dan melakukan usaha 30 J.
a. Berapa banyak kalor yang masuk ke
sistem sepanjang lintasan A-D-B, jika
sistem melakukan usaha 10 J.
b. Sistem dikembalikan dari B ke A melalui
lintasan A-B. Jika usaha yang diperlukan
adalah 20 J, berapa banyak kalor yang
dilepas untuk mengembalikan sisten dari B
ke A melalui lintasan A-B.
c. Jika U A =0, UD= 403, tentukan jurnlah
kalor yang diserap selama proes A-L) dan
D-B.
cE3
A
D
V
5. Sebuah mesin Carnot beroperasi diantara dua reservoir kalor pada suhu 127°C
dan 27°C.
a. Jika mesin menerima kalor 1200 kalori dari reservoir suhu tinggi dalam tiap
siklus hitunglah
I). Kalor yang dilepaskan ke reservoir suhu rendah.
2). Usaha yang dilakukan mesin
3). Efisiensi mesin
b. Jika mesin beroprasi sebagai mesin pendingin dan menerima 1200 kalori
dari reservoir suhu rendah, hitunglah
I). Kalor yang dilepaskan ke reservoir suhu tinggi.
2). Usaha yang diperlukan mesin.
3). Koefisien kerja mesin.
6. Empat kilogram es pada suhu -12% dicampur dengan satu kilogram uap air
pada suhu 110°C pada tekanan tetap. Bila diketahui kalor jenis es 0,5
kkal/kg°C, kalor jenis air 1 kkal/kgl'C, kalor jenis uap 4,5 kkal/kg0C, kalor
lebur es 80 kkal/"C dan kalor penguapan air 540 kkalPC, hitunglah :
a. suhu akhir campuran.
b. perubahan entropi es.
b. perubahan entropi campuran.
Keterangan :
Soal No. 1 digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 1 s.d 2.
Soal No 2. digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 3.
Soal No. 3 dan 4 digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 4 s.d 7
Soal No. 5. digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 8 s.d 10.
Soal No. 6 digunakan untuk me-ngevaluasi tujuan No. 1 1.
Berdasarkan hasil evaluasi dari soal No.1 ternyata guru-guru dapat
memahami dengan baik hubungan antara temperatur dan tekanan dengan energi
kinetik rata-rata. Dari soal No. 2 didapat informasi bahwa guru-guru kurang bisa
memahami konsep derajat kebebasan dari molekul-molekul gas ideal dan guruguru kesulitan dalam menerapkannya untuk menentukan energi internal gas
sehingga mereka tidak bisa menurunkan rumus kapasitas kalor gas pada volume
tetap .
Untuk soal No. 3 dan 4 dapat di simpulkan bahwa guru-guru kurang bisa
menjelaskan arti tanda positif dan negatif pada rumus-rumus dasar termodinamika
seperti apakah sistem menyerap atau melepaskan kalor, apakan sistem melakukan
atau di kenai usaha, apakah energi dalam sistem bertambah atau berkurang, dsb.
Disamping itu ada sebagian guru yang kurang menguasai dengan baik rumusrumus dasar usaha, kalor dan perubahan energi dalam untuk berbagai proses
seperti isotermal, isobarik, isovolume dan adiabatik.
Untuk soal No. 5 dapat di lerlihat bahkva guru-guru Fisika memahami
rumus-rumus
dasar
Siklus
Carnot
dengan
baik
tetapi
tidak
bisa
mengaplikasikannya pada siklus-siklus yang lain sehingga sasaran "efisiensi
sefiap mesin pemanas apapun jenisnya ridak pernah mencupai 100 %" belum
tercapai. Guru-guru di sarankan untuk mencari efisiensi mesin-mesin yang lain
seperti siklus Diesel, Otto, Stirling, Sargent, Joule, dl1 dan sekaligus membuktian
bahwa efesiensinya tidak pemah mencapai 100%.
Sedangkan dari soal-soal No. 6 terlihat bahwa guru-guru kurang terbiasa
menggunakan rumus-rumus perubahan entropi sehingga bagian b dan c dari soal
No 6 tidak dapat terselesaikan secara tuntas. Setelah guru-guru diberi contohcontoh lain berkaitan dengan perubahan entropi, maka guru-guru bisa menyadari
bahwa entropi alam selal u bertambah atau perubahan entropi alam selal u posi ti f.
Setelah diadakan diskusi dengan peserta terungkap bahwa guru-guru
kesulitan mengajarkan konsep "azaz bagi rata" kepada siswa karena mereka tidak
dapat memahami bahwa setiap derajat kebebasan memberikan konstribusi energi
sebesar 1/2 kT. Hal ini disebabkan karena hampir semua guru belum memperoleh
materi tersebut sewaktu kuliah di perguruan tinggi.
Setelah penyuluh
menurunkan energi rata-rata dari fungsi distribusi Maxwell-Boltzrnann untuk
berbagai jenis gerak translasi, rotasi dan vibrasi, guru-guru menyadari dan
sekaligus memahami bahwa satu derajat kebebasan memberikan konstribusi
sebesar 1/2kT.
Kesulitan lainnya yang di alami oleh guru-guru adalah mereka tidak dapat
memahami jalinan materi atau kaitan antara materi Teori Kinetik Gas dengan
materi Termodinamika. Setelah penyuluh menurunkan rumus energi internal gas
berdasarkan konsep derajat kebebasan dan menentukan kapasitas kalor gas ideal
dari energi internalnya, maka guru dapat menyadari bahwa pengajaran Teori
Kinetik Gas sebelum materi Termodinamika ternyata bermanfaat. Bahkan guru
merasakan akan lebih mudah menurunkan kapasitas kalor berdasarkan teori
kinetik gas daripada pendekatan ekperimen.
Disamping itu di jelaskan pula bahwa kapasitas kalor gas monoatomik
,
dapat diturunkan dari tiga derajat kebebasan translasi sehingga C=
3/2nR.
Sedangkan kapasitas kalor gas ideal diatomik pada suhu tinggi di turunkan dari
tujuh derajat kebebasan yaitu tiga dari derajat kebebasan translasi, dua dari
derajat kebebasan rotasi dan dua dari derajat kebebasan vibrasi sehingga C,=
7/2nR. Kapasitas kalor gas ideal diatomik pada suhu sedang di turunkan dari lima
derajat kebebasan yaitu tiga dari derajat kebebasan translasi dan dua dari derajat
kebebasan rotasi sehingga C,= 5/2nR . Kapasitas kalor gas ideal diatomik pada
suhu rendah di turunkan dari tiga derajat kebebasan translasi sehingga C,= 3/2nR .
Hal ini berarti pada suhu sedang gas tidak bervibrasi dan pada suhu rendah gas
bergerak translasi saja.
Dari hasil diskusi terungkap bahwa kegiatan ini sangat menambah
wawasan mereka tentang materi yang disa-jikan.Peserta berharap agar pengabdian
ini di lanjutkan pada masa-masa mendatang untuk materi-materi lain seperti
mekanika, lisrrik dan magnet, gelombang dan optik, fisika moderen, dll.
B. Hasil Pengabdian Kepada Masyarakat.
Hasil yang dapat dicapai melalui kegiatan kepada masyarakat ini antara lain :
1. Berdasarkan hasil evaluasi rang telah dilakukan menyangkut pemahaman
guru-gum Fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik Gas dan materi
Termodinamika menunjukkan bahwa sebagian besar gum-guru kurang dapat
memahami jalinan antara Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Secara
khusus guru-guru kesulitan dalam memahami konsep azaz bagi rata, derajat
kebebasan, rumus-rumus dasar usaha, kalor dan perubahan energi internal
untuk berbagai proses terrnodinamika, efisiensi selain Siklus Carnot dan
perubahan entropi untuk berbagai proses.
2. Berdasarkan hasil diskusi, sebagai besar guru-guru Fisika SMU mengharapkan
agar kegiatan ini dapat dilanjutkan pada masa-masa mendatang untuk materimateri yang lain. Dengan cara seperti akan tercipta kerjasama sekaligus
umpan balik antara Jumsan Fisika UNP sebagai lembaga penghasil tenaga
guru dan SMU sebagai lembaga pengguna.
C. Faktor Pendukung
Faktor-faktor pendukung dalam kegiatan ini antara lain
1. Peran akti f dari penyuluh.
Adanya motivasi dan persiapan yang cukup dari penyuluh seperti disediakan
dua bahan ajar khusus untuk kegiatan tersebut dan diberi judul Teori Kinetik
Gas dan Termodinami ka.
2. Peran akti f dari peserta.
Hal ini terlihat adanya motivasi dari peserta dalam menyiapkan bahan-bahan,
soal-soal dan permasalahan yang akan didiskusikan dengan penyul uh. Peserta
juga berperan aktif dan serius dalam mengejakan latihan-latihan yang
diberikan.
3. Adanya bantuan biaya pelaksanaan.
Pengabdian ini terlaksana berkat bantuan dana dari SMU penyelenggara dan
Jurusan Fisi ka-UNP.
D. Faktor Penghambat
Dalam melaksanakan kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini di rasakan
adanya faktor -faktor penghambat :
1. Terbatasnya wahqu yang tersedia sehingga materi yang diberikan sangat padat.
2. Adanya SMU yang tidak mengirimkan wakilnya sehingga sasaran penyuluhan
untuk seluruh guru-guru Fisika S M se-Kabupaten Pariaman tidak terpenuhi.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan analisis situasi dan hasil evaluasi dapat di ambil beberapa
kesimpulan
1. Salah satu aspek yang di tuntut dalam kurikulum SMU adalah materi
pelajaran di sajikan secara sistimatis sesuai tuntutan kurikulum. Oleh karena
itu diperlukan suatu model pembelajaran yang sistimatis dalam materi Teori
Kinetik Gas dan Terrnodinamika.
2. Guru-guru Fisika SMU sebagian besar tidak dapat memahami dengan baik
azaz b a g rata, derajat kebebasan, rumus-rumus dasar pada berbagai proses
termodinamika seperti usaha, kalor, perubahan energi internal dan perubahan
entropi.
3. Kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini dapat menambah wawasan guru-
guru fisika SMU tentang materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika.
B. Saran
Dari analisis situasi dan hasil evaluasi dapat di kemukakan beberapa saran sebaai
berikut :
1. Guru-guru fisika SMU di sarankan menularkan pengetahuan yang di peroleh
selama penyuluhan kepada guru-guru yang berhalangan hadir.
2. Guru-guru fisika SMU sebaiknya merujuk kepada buku-buku standar fisika
untuk memperdalam wawasannya disamping juga merujuk kepada buku-buku
paket SMU.
3. Guru-guru fisika SMU diharapkan dapat menyusun suatu model pembelajaran
yang sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar siswa aktif setelah
mengikuti kegiatan ini.
DAFTAR PUSTAKA
Boko, K .S., ( 1990), Mi.skon.sepsi Suhtr dan Knlor padu .si.swa SMI' ckm SMA,
dalam van den Berg, E., (1991). Miskonsepsi Fisika dan Remediasinya,
Penerbit Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
DEPDIKBUD, 1995, Ktrriktrltrm SMU: Garis-garis Resar Pengajaran, Dept. P &
K, Jakarta.
Kasedou, S., and Duit, R. ( 1993). Sftcclents' Conceptions of the Second Law of
Thermodinamics-An Inferprelive Sftrdy, Journal of Research in Science
Teaching, Vo1.30, No. 1, pp. 85-106
Lewis. E.L., and Li nn,M.C., (1994). Heat Energy anJ 7kmperafu1-e Concepts of
AcJole.scenfs, Adzrlfs, and Erperfs: Znlplicaiions fir Czrrricular
Improvemenfs, Journal of Research in Science Teaching, Vo1.31, No. 6, pp.
657-677
Pointon, A,J., 1967, An Ii~iroa'zrcfion to Sfafis!ical I'l1y.vic.v for S ftrclenfs,Lon,gnan,
New York.
Sears, F.W., and Salinger, G.L., 1 975, Tl~ernrot$i~anzics,Kir~eiic Tl~eor):anti
S!atisficaI 7'hermodinamic.s, Addison-Wesley Publishing Company,
California.
Stowe, K., 1984, Irzfroci'ucfionio St~rtisiicalMecl~anicsanti' 7'l1errnot$namics,
John Wiley & Sons, New York.
I'IIRSAMAAN KEADAAN
I . /'C~~I(/(IJIII/IIO)I
Dalarli kcadaan seirnbarlg terrnodina~nik,setiap sisterti tertutup, dapat
digambarkan oleh tiga koordinat dan diantara kc tiga koordinat tersebut saling
ketersantungan dati hubungarl terterltu, yaitu f(s,y,z) = 0. Harlya dua diarltara ke
liga koordinat tersebut merupakan variabel bebns dan variabel yang sat11 Iagi tidak
bebas. I'ersart~aarl keadaan tiap zat berbeda berltukriya, dari hubungan yarlg
sederhana sampai pada hubungaan variabel keaclaan yang sangat kompleks.
2. I'er.\c~nicrcrti ketrck~ctngus i k u l .
l'ersa~tiaan keadaarl yarig paling sedertiaria adalah persartiaari keadaan gas
ideal. Persamaan keadaannya diperoleh melalili eksperimen
Hasil eksperinien rtienicrijukkan batiwa :
1). untuk suatu jenis gas, pada semua suhu graliknya memotong sumbu ordinat
y l,'
7'
-pada
satu titik yang sama
2 ). untuk selnua jenis gas. grafiknya juga memotong sulnbu ordinat
y !,'
-pada
T
satu
titik yang sama.
r)
r 1 L'
r
r
Harga lirnit varig r~lerljailii i t i k potong gratik Lerliadap p dari
T T
semila silhu dan semiln jenis gas tlisebui konstanin gas umum R dimann harga R =
8,1;I49 x I o'! jouleikmol K. Pada tel;anan gas yang rendah, maka berlaku :
j.2'
P?'
K atau pv = K-I
T
-- -
Pevs. diatus disebut pet-sarnaan Leadaatl Sas ideal. Bcrituk lair1 dari pers. diatas
adalah pV = nRT dan pV = mR,,T. ( R , adalah konstnnta gas khusi~s).
KEKEKALAN ENERGI D A L A M TERMODNAMIKA
1. l ' ) . o , s ~ , s
k11i I,Y;.Y~(I,Y;~.
Sister11 yang berada dalaltl keadaar~setitnbans terttlodinartlik akan tetap
mempertahankan keadaan i t i ~ . IJntnk meri~bah keadann setimbang itu, sistem
i~atusberi nteraksi dengan lingkutlgan. Ada tiga cara i nteraksi, yai tu : rtlelakukan
usaha luar, melalui pertukaran kalor, atau keduanya. Bila keadaan sistem berubah,
rnaka perubatlari kedaaati tersebut disebut proses. Proses dapat dterjadi secara
lii~asistasik atail nnn-ki~asistasik.Proses kuasistasik adalah s11at11proses ynng
periy irnpangan atau perubahan keseirtlbangan terrnodinatn ikanya (sangat) kecil,
sctlit~ggasctiap saat sernua lieailaarl yatlg dialatl~isister11dapat dilukiskat~ilerlgatl
memakai koordinat lermoclinamik.
2. I lstrhu krrusisltrsik.
t'ada setiap sistertl, tllisalriya gas, dikerial dua jerlis usaha yaitu usatla
dalam dan usaha Iilar. I~lsahadalam adnlah ~lsahayang dilakllkaan olrh s11atl)
ba~iati sistert~ pada bagiar~ sisterti yatlg lain. Hal i t l i tittibul karer~a adatiya
interaksi antar partikel, misalnya terjadi difusi dari bagian yang sat11 ke bagian
yarig lair1 dari sis~ertl, rla~~iurlsecara keselurul~ati sister11 tidak ttletlgalatrii
pergeseran atau perpindahan. Llsaha lllar terjadi jika sistem mengalami
~~ergeseraniperpindahaan
karena suatu gaya, yakni apabila siste~rlberititeraksi
dengan lingkungannya. Misalnya gas mengembang atau menyusut.
Ternlodinaniika llariya r~~etlgetialusaha luar-. Andaikari seju~ulal~
gas dalattl
silinder yang dilengkapi dengan piston dapat bergerak sehingga sistem dan
l i tigkungannya Japat bereinteraksi.
Gas dalam silinder mempunyai koordinat p,V
dan T. Gas meIakukan gaya pada piston sebesar
; *F, sedangkan udara rnengadakan gaya k' pada
Illaka piston akan
piston. Misalkan F
terdorong lie luar. Serelaah bergerak sejauh cis,
sistem !gas? telah melakukan usaha luar sebesar
ds
dW.
Menuritt mekanika, usaha yang dilak~rkang:ls dapar dirumusknn sb!?:
+
*
Bila luas perrnukaan silincler adalah A, Inaka
dW=pAds=pdV
Catalan
1 ) Rurtius ini berlaku utltuk proses kuasistasik nlauput~ r~otl-kuasislasili.Bila
prosesnya kllasistasik, maka p dapat diisikan pacla persarnaan Leadaan sistem
1,arig berlaku Misalnya untuk persarnaan keadaan gas ideal, pV = nRT, maka p
dapat diganti dengan p=nRTiV. Apabila prosesnya non-kilasistassik, maka
(iclak ada persarnaan keadaan yang dapat tnelukiskan sistern.
2) dW bukan diferensial eksak, karena ticlak di tur11nkan clari hlngsi W, tetapi
adrtlah usaha luar dalanl jumlah yang sangat kecil (infinitisimal). Hal ini dapat
dibuh-tikan dengan syarat Euler.
3) Bila sistern berekspansi (mengembang), volumenya bertambah, maka sistem
melakukan maha. Akibatnya energi sistem berkurang dan usaha dihitung neeatif.
jadi
Untuk gas yang mengembang : dW negatif.
IJrituk gas yang rt~enyusut
: dW positit'.
Bila volume sisiem berubah secara kuasis~asikdari Vi ke V,-, maka
Diagram p-V.
IJsalia yang dilakukan oleh sistem atau dilakukan pada sistem, prosesnya dapat
diperlihatkan pada program p-V beriki~l.
(a) Kurva I pemuaian, (b) Kurva I 1 pemampatan: (,c)kuwa I dan I 1 bersnma-snmn
rne~ribentukproses siklus.
I'mses siklus adalah serangkaian proses yarig berawal dari suatu keadaan
dan berakhir pada keadaan yang sama. Bila siklus searah dengan pi~taranjarurn
.iatti ~riakaWSikI,,nesatif dari bila berla\var~ariarah pularan jaruni jarn rrlaka Wiiklu3
positif. Dari pembahasan di atas dapnt disimpulkan bahwa maha yang dilakukan
sister11 tidak hanya bergaritung pada keadaan aival dan akhir, tetapi juga pada
jalan proses (lintasannya). Mcnurut kaikulus, pdr' adalah Iuas dacrah di halvah
r
2. lytrergi C/U/LIIII
Energi dalarn dari suatu sister11 adalah jurnlah energi yang din~ilikioleh
partikel-partikel sistem, yang dapat ben~paenergi kineiik, enegi rotasi, ensrgi
vibrasi, energi tnagnetik dan sebagairlya. Energi dalarn adalah fungsi keadaan,
jadi dapai dilihat sebagai fmgsi dua variabel.
Misalnya, untuk sister11l~idrostatikdiperoleh :
0'= U , (Tp,I.')
-+ c/U, =
/ n"L,T
dL,",
l,
c/p + (F!P clC'
li = U , ( C , 'T, I -+nu,- = [ $ ) r - d ~ . e + ( g ) , , d T
Ketiga dlJ ini bersifat eksak, tnaka :
Gay-Lussac dan Joule dari hasil percobaannya tnenetnukan bahwa untuk gas
ideal, energi dalam hanya bergantung pada temperatur, ditulis :
dan energi dalam untuk gas ideal pada temperatur tetap tidak bergantung pada
volume ditulis :
4. Ht/k1//)1I'C>)./(//~T(I
~Y>~/IToL/I/I(I)III~~/
a.. Untuk usaha adiabatik.
Proses adiabatik addah proses yang berlangsung tanpa adanya pertukarean
kalor antara sistem dengan lingki~ngannyasehingga tidak ada kalor yang masuli
atau keluar dari sistetn. Tiga contoh dari usaha adiabatik diperli hatkan pada
gambar di bawah ini:
Semua percobaan menunjukkan bahwa : bila sistem diubah dari keadaan i lie
keadaan f, r~iaka usaha yang diperlukan tidak bergantung pada cara yang
digunakan, selama cara tersebut adalah cara adiabatik kuasistasik. Usaha
demikian hanya di~entukanole11 keadaan awal ( i j dan keadaan akhir (1) dari
sistem, sehingga dapat ditulis
1 yl,, =
1
-1 pdPV
I
I'ers. dlatas lnengandung arti bahiva : ada suatu besaran tisis yang merupakan
fungsi dari koordinat sistem yang disebut fungsi keadaan. Fungsi keadaan ~ n i
adalall energi dalarli sistem (IJ) yang harganya sama dengan Wad Jadi :
i
Tanda (+) berarti sesuai dengan konvensi tanda yang berlaku untuk W, yaitu bila
W positif berarti usaha yang dilakukan pada sistem, maka energi dalam sistem
naik. Pers. diatas dapat ditulis
l'ers. diatas disebut perumusan hukurn pertama ten~lodinarnika untuk proses
adiabalik.
t~ lJntuk usalia non-adiabatik.
Sistem d~beri keselnpatan berinlegrast dengan
lingkungan. Sckararlg pada sisterrl yang sarna
dilakukan dua percobaan yang berbeda : percobaan
pertama secara adiabatik dan percobaan kedua secara
non-adiabatik. Hasilnya menunjitkkan bahwa pada
percobaan pertama usaha adiabatik adalah :
T' I
Q
sedangkan pada percobaan kedua :
I.,1.'tn-I + U , - U , =ACl
Ternyata untuk mencapai AU yang sama, diperlukan jurnlah usaha yang berbeda,
b+.?o,, +
atau,
Y,',
A LT - J,f,'(k! # 0
Jadi :
Ruas kiri dari persamaan di atas ndalah kalor, maka dapat ditulis
I'crs. (*) discbut pcrumusan hukurn pcrtama tcrmodinarnika sccara umurn.
Interprctasi pci. (*) :
1 ) Bila sistcm mcnycrap kalor, scbagian cncrgi ini digunakan untiik mcnaikkan
cncrgi dalam (AU positit) dan sisanya ur;tiik mclakiikan usaha luar ( W zcgatif)
dan kalor C) positif. Jadi Q positil'bila sistem menyerap kalor dan ncgati!: bila
sistcrn mclcpasksn kat or.
2) Pcrs. (*) mcrupakan hukurn kckckalan cncrgi, karena itu pcrsamaan tcrscbut
berlaku untuk proses apa saja: kuasistasik atau non-kiiasistasi, isotcrmal,
isobarik dan scbagainya. Dalam bcntuk difcrcnsial dapat ditulis :
3 ) Untuk proscs kuasistasik dCV= -pdV, schingga
5. li'tzp7a.vilas K
TENTANG MATERl TEORI KlNETlK GAS DAN
TERMODINAMIKA KEPADA GURUGURU FISIKA SMU SE-KABUPATEN
PADANG PAFUAMAN
LAPORAN PELAKSANAAN
KEGIATAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
Drs. Ahmad -Fauzi,
MSi
.
Dilaksanakan atas biaya SPP/DPP
JURUSAN FISIKA TAHUN ANGGARAN
1999/2000
LEMBAGA PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSTTAS NEGERT PADANG
I
ha,
1999
RINGKASAN
Dalam beberapa tahun terakhir, .pengajaran fisika banyak menjadi sorotan
dari masyarakat. Sementara bagi siswa, pelajaran fisika dianggap sulit, tetapi apa
sesungguhnya yang menjadi kesulitan siswa, jarang di disk-usikan. Salah satu
materi fisika yang dianggap sulit oleh siswa SMU adalah teori kinetik gas dan
termdinamika. Bebaapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya seperti
Boko, (1990), Kesidou & Duit (2993) dan Lewis & Linn, (2994) menunjukkan
bahwa siswa sulit membedakan antara suhu dan kalor.
Di SMU, materi Termodinamika diajarkan setelah Teori Kinetik Gas.
Sernentara di Jurusan Fisika FMPA Unive~sitasNegeri Padang materi Teori
Kinetik Gas yang diberikan justru setelah materi (matakuliah) Termodinamika.
Meskipun mang lingkup kedua materi hampir sama, tetapi di aja~kandengan
pendekatan yang berbeda. Teori Kinetik Gas diajarkan dengan pendekatan
mikroskopik sedangkan Termodinamika diaja~kan dengan pendekatan
makroskopik. Bila guru-guru tidak mempunyai pengetahuan yang cukup tentang
kedua pendekatan di atas, maka tentu guru-gum akan kesulitan dalam
mengajarkannya di sekolah. Yang menjadi pertanyaan "Bagaimana pemahaman
guru-guru fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika".
Untuk menjawab pertanyaan di atas maka realisasi dari kegiatan ini meliputi ;
memperkenalkan kurikulum fisika sebagai pendekatan siklus, menguraikan materi
Teori Kinetik Gas berhsarkan model .partikelimolekul (mikroskopik) dan
menguraikan materi Termodinamika berdasarkan pendekatan makroskopik dalarn
suatu tata urut yang sesuai dengan turrtutan kurikulum SMU.
Kegiatan ini & laksanakan pada tanggal 2 Oktober 1999 di SMU 1.
Padang-Pariaman dengan jumlah peserta 7 orang. Faktor~faktor.pendukung adalah
adanya peran aktif dari penyuluh, peran aktif dari peserta dan bantuan biaya dari
SMU penyelenggara dan Jurusan Fisika-UNP. Sedangkan .faktor -falaor
penghambat adalah terbatasnya waktu yang tersedia. Untuk mengevaluasi tujuan
kegiatan maka di akhir kegiatan cli adakan tes tertulis. Hasil kegiatan ini dapat
hgunakan oleh guru-guru untuk menyusun suatu model pembelajaran yang
sistimat-isyang dapat .men.ingkatkancaTa belajar sis~vaaktif.
SAMBUTAN KETUA LPKM
Salah satu kegiatan Tridarma Perguruan Tingg yang hams dilaksanakan
adalah pengabdian kepada masyarakat. Hal ini merupakan bentuk kepedulian
perguruan tingg terhadap peingkatan kualitas hidup masyarakat. Dengan kegiatan
tersebut Perguruan Tinggi diharapkan dapat membantu kehidupan masyarakat
sejalan dengan tuntutan pembangunan nasional dan daerah.
Berbagai bentuk kegatan masyarakat yang dapat dilakukan oleh
Universitas Negeri Padang antara lain : mengembangkan hasil pendidikan dan
penelitian, memberikan
latihan, penyuluhan,
penataran ceramah
serta
memberikan pelayanan umum atau kegiatan lain yang menunjang pelaksanaan
tugas umum pemerintahan dan pembangunan. Oleh karena itu pengabdian
masyarakat yang bejudul PENYAJIAN SISTMATIKA DAN METODOLOGI
TENTANG MATERI TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMTKA
KEPADA
GURU-GURU
FISIKA
SMU
SE-KABUPATEN
PADANG
PARIAMAN, diharapkan dapat membantu guru-guru dalam upaya mengatasi
kesulitan siswa dalam mernpelajari fisika.
Terlaksanannya kegiatan ini adalah berkat dukungan dati berbagai pihak.
Untuk itu kami ucapkan terima kasih kepada pelaksana dan semua pihak yang
telah berpartisipasi dalam menyukseskan penyelenggaraan kegiatan ini. Semoga
bantuan yang telah diberikan akan mendapat balasan yang setimpal.
'2 0
\
--
Drs. Zulkahar Adenan
RINGKASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..
SAMBUTAN KETUA LPKM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTARISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I
PENDAHULUAN
A. Analisis Situasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Perurnusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I1
TUJUAN DAN MANFAAT KEGIATAN
A.Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Manfaat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB 111
KERANGKA PEMECAHAN MASALAH
BAB IV
PELAKSANAAN KEGlATAN
A. Realisasi Pemecahan Masalah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Khalayak Sasaran Yang Strategis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CMetodayangdigunakan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB V
HASIL KEGIATAN
A. Analisa Evaluasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Hasil Pengabdian Kepada Masyarakat. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C.FaborPendukung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D.FaktorPenghambat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTAR PUSTAKA
LAMPLRAN
BAB I
PENDAHULUAN
A. Analisis Situasi
Dalam beberapa tahun terakhir, pengajaran fisika banyak menjadi sorotan
dari masyarakat. Sementara bagi siswa, pelaj aran fisika dianggap sulit, tetapi apa
sesungguhnya yang menjadi kesulitan sis~va,jarang di diskusikan. Sering kali
pengajaran fisika lebih mengutamakan penyelesaian matematis dari pada
memberikan penekanan-penekanan pada konsep-konsep esensial. Akibatnya
pengajaran fisika menjadi sulit dan siswa hanya di sodorkan rumus-rumus tanpa
di sertai dengan peristiwa fisis yang melatar belakanginya.
Salah satu materi fisika yang dianggap sulit oleh siswa SMU adalah teori
kinetik gas dan termodinamika. Hal ini di dasarkan atas beberapa penelitian yang
telah dilakukan baik di dalam maupun di luar negeri. Di Indonesia, Boko, (1990)
menemukan bahwa banyak siswa berpendapat kapasitor kalor yang besar akan
mempunyai kalor yang banyak sehingga suhunya tinggi. Di Jerman, Kesidou &
Duit (1993) menemukan bahwa siswa mengalami kesulitan dalam membedakan
antara suhu dan kalor dan sedikit siswa yang bisa menjelaskan model partikel
untuk menjelaskan proses perpindahan panas. Di Amerika Serikat, Lewis & Linn,
(1994) menemukan bahwa konsepsi remaja, dewasa dan ahli (expert) berbedabeda mengenai konsep suhu dan kalor. Dari uraian di atas dapat disimpulkan
bahwa pengajaran teori kinetik gas dan termodinamika di SMU perlu mendapat
perhatian serius sebab meskipun rumus-rumus pada kedua materi tidak terlalu
rumit tetapi kedua materi sarat dengan konsepkonsep dimana tingkat abstaksinya
sangat tinggi.
Di SMU, materi Termodinamika diajarkan setelah materi Teori Kinetik
Gas. Sementara Di Perguruan Tinggi, khususnya di Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Padang materi (matakuliah) termodinamika di ajarkan jwtru
sebelum materi Teori Kinetik Gas yang diberikan dalam matakuliah Fisika
Statistik. Dengan kata lain, matakuliah Termodinamika adalah prasyarat bagi
matakuliah Fisika Statistik.
Ruang lingkup materi termodinamika meliputi konsepkonsep dasar,
persamaan keadaan berbagai sistem sederhana, kalor dan hukum ke-no1
termodinamika, energi dalam dan hukum pertama termodinamika, entropi dan
hukum kedua termodinamika serta potensial termodinamik. Sedangkan ruang
lingkup teori kinetik gas meliputi asumsi dasar tentang gas ideal, tumbukan
dengan dinding, persamaan keadaan gas ideal, tumbukan dengan dinding yang
bergerak, persamaan keadaan Clausius, persamaan keadaan gas van der Waals,
prinsip ekipartisi energi, derajat kebebasan, dan teori klasik dari kapasitas kalor.
Sifat-sifat sistem makroskopik pada termodinamika dan hubungan antara sifatsifat yang terukur (persamaan keadaan) diungkap berdasarkan kenyataan
eksperimen (pure empirical science). Sebagai sains eksperimen, termodinamika
didasarkan pada sejumlah kecil prinsip yang generalisasinya dibuat dari
pengalaman yang berhubungan dengan sifat-sifat materi berskala besar
(makroskopik). Termodinamika tidak berhipotesa tentang struktur materi berskala
kecil (mikroskopik). Dari prinsip-prinsip termodinamika dapat diturunkan
hubungan antara besaran-besaran termodinamik seperti koefisien ekspansi,
kompresibilitas, kapasitas panas, transfer panas, koefisien magnetik dan koefisien
dielektrik terutama yang dipengaruhi oleh suhu.
Dilain pihak, terori kinetik mempergunakan teori molekuVmodel molekul
untuk meramalkan perilah dan sifat-sifat suatu sistem makroskopik, dimana
hukum-hukum mekanika diterapkan pada molekul-molekul individual dan dari
hukum-hukum ini diturunkan pemyataan tentang tekanan, energi internal,
kapasitas panas, persamaan keadaan dan sifat-sifat termodinamik lainnya.
Pendekatan statistik mempunyai kaitan yang erat dengan teori kinetik. Untuk
sistem-sistem partikel dimana energi partikel dapat ditentukan dengan bantuan
statistik, persamaan keadaan dan persamaan energi suatu subtansi dapat
diturunkan.
Jika dilihat dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa ruang lingkup
kedua materi hampir sama yaitu sama-sama mempelajari perilaku gas tapi
menggunakan pendekatan yang berbeda yaitu makroskopik dan mikroskopik.
Pendekatan makroskopik digunakan untuk mempelajari materi termodinamika
dan pendekatan mikroskopik digunakan untuk mempelajari materi teori kinetik
gas.
Bila guru-guru tidak mempunyai pengetahuan yang cukup tentang materi
dan untuk menggunakan kedua pendekatan di atas, maka tentu guru-guru akan
merasa kesulitan dalam mengajarkannya kepada siswa di depan kelas. Oleh
karena itu diperlukan suatu kegiatan pengabdian kepada masyarakat yang be judul
:" PENYAJIAN SISTIUATIKA DAN METODOLOGI TENTANG MATERI
TEORI KNl3TIK GAS DAN ERMODINAMIKA KEPADA GURU-GURU
FISIKA SMU SE-KABUPATEN PADANG PARIAMAN". Hasil kegiatan ini
dapat digunakan guru-guru untuk menyusun suatu model pembelajaran yang
sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar sis~vaaktif.
B. Perurnusan
masalah
Berdasarkan analisis situasi yang telah dikemukakan dapat dirurnuskan
permasalahan sebagai berikut. Pemahaman guru-guru Fisika SMU terhadap
materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika masih belum memadai. Kegiatan
pengadian
masyarakat ini merupakan upaya konglcrit
untuk
mengatasi
permasalahan di atas.. Yang menjadi pertanyaan dalam kegiatan pengabdian ini:
"Bagaimana pemahaman guru-guru fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik
Gas dan Termodinamika". Untuk menjawab pertanyaan di atas perlu diadakan
kegiatan pengabdian kepada masyrakat dengan menyusun suatu sistimatika dan
metodologi pengajaran materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Untuk
mengevaluasi kegiatan ini, di akhir kegiatan di adakan tes tertulis.
BAB I1
TUJUAN DAN MANFAAT KEGIATAN
A. Tujuan Kegiatan
Secara umum kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini bertujuan untuk
menjelasan model partikel gas serta keterkaitannya dengan materi dan hukumhukum termodinamika. Secara khusus, kegiatan pengabdian kepada masyarakat
ini bertujuan untuk :
1. Menjelaskan bahwa tekanan gas bergantung kepada energi kinetik rata-rata
partikel gas tersebut.
2. Memahami bahwa suhu sebanding dengan energi kinetik rata-rata partikel gas.
3. Memahami bahwa setiap derajat kebebasan suatu partikel memberikan
konstribusi sebesar 1/2 kT pada energi rata-rata partikel
4. Menjelaskan bahwa dalam suatu sistem termodinamika terdapat hubungan
antara usaha, kalor dan perubahan energi dalam.
5. Menjelaskan bahwa gas dapat menerima usaha dari lingkungan dan
sebaliknya.
6. Menjelaskan bahwa kalor yang diterinia dan usaha yang dilakukan terhadap
gas digunakan untuk menambah energi dalamnya.
7. Menjelaskan bahwa kemampuan gas untuk menyerap atau melepaskan kalor
persatuan suhu dinyatakan dengan kapasi tas kalor gas.
8. Menjelaskan bahwa suatu rangkaian proses (siklus) termodinamika dapat
menghasil kan usaha.
9. Memahami bahwa efisiensi suatu mesin tidak pernah mencapai 100%.
10. Memahami bahwa tidak mungkin membuat suatu mesin yang mengubah kalor
seluruhnya menjadi usaha luar.
11. Menjelaskan bahwa kalor tidak mungkin berpindah dari sistem bersuhu
rendah ke sistem bersuhu tinggi secara spontan.
B.Manfaat Kegiatan
Setelah mengikuti kegiatan kepada masyarakat ini di harapkan guru-guru
Fisika SMU :
1. Mampu menjelaskan bahwa tekanan gas bergantung kepada energi kinetik
rata-rata partikel gas tersebut.
2. Mampu memahami bahwa suhu sebanding dengan energi kinetik rats-rats
partikel gas.
3. Mampu memahami bahwa setiap derajat kebebasan suatu partikel
memberikan konstribusi sebesar 112 kT pada energi rata-rata partikel
4. Mampu menjelaskan bahwa dalam suatu sistem termodinamika terdapat
hubungan antara usaha, kalor dan perubahan energi dalam.
5 . Mampu menjelaskan bahwa gas dapat menerima usaha dari lingkungan dan
sebal i knya .
6 . Mampu menjetaskan bahwa kalor yang diterima dan l~sahayang dilakukan
terhadap gas digunakan untuk menambah energi data m nya.
7. Mampu
menjetaskan bahwa kemampuan gas untuk menyerap atau
melepaskan kalor persatuan suhu dinyatakan dengan kapasitas kalor gas.
8. Mampu menjelaslcan bahwa suatu rangkaian proses (siklus) termodinamika
dapat menghasilkan usaha.
9. Mampu memahami bahwa efiiensi suatu mesin tidak pernah mencapai 100%
10. Mampu memahami bahwa tidak mungkin membuat suatu mesin yang
mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha luar.
11. Mampu menjelaskan bahwa kalor tidak mungkin berpindah dari sis*tem
bersuhu rendah ke sistem bersuhu tinggi secara spontan.
BAB 111
KERANGKA PEMECAHAN MASALAH
Berdasarkan permasalahan yang di hadapi guru-guru Fisika SMU dalam
memahami sistimatika materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika perlu di kaji
ruang lingkup materi Teori Kinetik Gas meliputi asumsi dasar tentang gas ideal,
persamaan keadaan gas ideal, prinsip ekipartisi energi, derajat kebebasan, dan
teori klasik dari kapasitas kalor. Sedangkan ruang lingkup materi Termodinamika
meliputi konsepkonsep dasar termodinamika, persamaan keadaan berbagai
sistem sederhana, kalor dan hukum ke-no1 termodinamika, energi dalam dan
hukum pertama termodinamika, entropi dan hukum kedua termodinamika serta
potensial termodinami k.
Dalam pelaksanaanya materi di rangkum dalam satu tata urut sesuai
dengan tuntutan kurikulum SMU yaitu berdasarkan GBPP 1995. Dalam kegiatan
ini di susun pula suatu bahan ajar sederhana yang dapat dijadikan referensi
tambahan tambahan bagi guru dalam memahami materi Teori Kinetik Gas dan
Termodinamika.
Melalui kegiatan ini diharapkan guru-guru Fisika SMU dapat memahami
dengan baik perilaku mikroskopik dan makroskopik dari gas ideal. Secara khusus
guru-guru dituntut memahami konsep-konsep esensial dalam materi Teori
Konetik Gas dan Termodinamika sehingga dapat diterapkan untuk berbagai soalsoal termodnimaka dan teori kinetik gas dalam kehidupan sehari-hari. Setelah
kegiatan ini selesai di harapkan guru-guru dapat menyusun suatu model
pembelajaran yang sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar siswa akif.
13AB I\-'
PELAKSANAAN KEGIATAN
A. Realisasi Peniecahan Masalah
Berdasarkan penrmusan masalah yang telah dikemukakan sebelumnya,
maka realisasi dari kegiatan-kegiatan meliputi :
1 . Memperkenalkan kurikulum fisika di Perguruan Tinggi khususnya di Jurusan
Fisika FMPA Universitas Negeri Padang tentang keterkaitan satu konsep
(matakuliah) dengan konsep yang lain. Berdasarkan pendekatan siklus dan
pendekatan keilmuwan bahwa konsep-konsep fisika pada dasarnya relatif
tetap tetapi dapat muncul di tiap siklus dengan pendekatan berbeda. Sebagai
contoh : materi Ternlodinamika dan Teori Kinetik Gas pada dasarnya sama
yaitu mempelajari tentang perilaku gas ideal, tetapi pendekatannya berbeda
yaitu makroskopik untuk termodinamika dan mikroskopik untuk Teori Kinetik
Gas.
2. Menguraikan materi Teori Kinetik Gas berdasarkan model partikel/molekul
(mikroskopik). Dari model ini diturunkan bahwa energi internal gas ideal
hanya bergantung kepada energi gerak partikel. Selanjutnya juga di turunkan
energi internal rata-rata gas ideal dari pri nsip ekipartisi, fungsi distribusi
Maxwell-Boltzmann dan fungsi partisi. Dari ketiga cara ini terlihat bahwa
energi internal gas ideal hanya bergantung kepada temperatur dan bukan
kepada volume dan tekanan.
3. Menguraikan materi Termodinamika berdasarkan pendekatan makroskopik.
Konsep-konsep yang dibahas seperti persamaan keadaan, usaha, kalor,
perubahan energi internal, siklus (Carnot), dan perubahan entropi gas ideal.
Penekanan sangat diberikan kepada arti fisis dari tanda positif atau negatif
masing-masing variabel keadaan untuk tiap proses.
4. Mengadakan tes sehubungan dengan tujuan kegiatan yang ingin di capai dan
hasilnya kemudian di diskusikan bersama guru.
B. Khalayak Sasaran Yang Strategis
Sesuai dengan pennasalahan yang telah dikemukakan pada bagian
terdahulu, maka khalayak sasaran yang strategis adalah guru-guru fisika SMU
kelas tiga yang mengajar materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Karena
masing-masing sekolah hanya mengirimkan 1 orandsekolah maka jumlah peserta
dalam kegiatan ini adalah 7 orang dan berasal dari SMU se-Kabupaten PadangPariaman.
C. Metoda Yang digunakan
1. Lokasi Kegiatan
Kegiatan ini di laksanakan di SMU 1 Padang-Pariarnan berdasarkan surat
Ketua Sanggar IPA-SMU se-Pariaman No. 1 1171108.25.01/SMU.O1/LLl99
tertanggal27 September 1999.
2. Jadwal Kegiatan
Tahap-tahap kegiatan yang dilakukan meliputi persiapan (rnenulis buku ajar),
pelaksanaan, evaluasi dan laporan. Secara kronologis, jadwal kegiatan dapat
dilihat pada tabel di bawah ini :
No.
Bentuk Kegiatan
Waktu
1
Menulis buku ajar
25 sld 28-09-1 999
2
Pelaksanaan dan
2-10-1999
Laporan
Jurusan Fisika
SMU 1 Pariaman
evaluasi
3
Tempat
02- 1 1- 1999 s/d
Ju-rusanFisika
25-02-2000
3. Macam-macam kegiatan
Kegiatan yang dilaksanakan dalam pengabdian ini dapat dikategorikan
sebagai kegiatan penyuluhan untuk meningkatkan pemahaman guru-guru fisika
SMU lerhadap materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Kegiatan
penyuluhan ini diberikan dalam bentuk ceramah dan diskusi. Melalui ceramah
diberikan uraian materi sesuai dengan tuntutan kurikulum SMU sedangkan
diskusi digunakan untuk mengetahui umpan balik dan masalah-masalah yang
dihadapi guru dalam mengajarkan materi tersebut di sekolah. Untuk mengetahui
ketercapaian tujuan maka di adakan tes di akhir kegiatan dan hasilnya
didiskusikan dengan ,peserta sebagai tambahan wawasan dalam mernecahkan
soal-soal Teori Kinetik Gas dan Termodinamika secara cepat dan tuntas.
BAB V
HASIL KEGIATAN
A. Analisis Evaluasi
Untuk mengevaluasi kegiatan ini disusun suatu tes sebanyak enam butir
soal meliputi materi Teori Kinetik Gas dan Terrnodinamika sesuai dengan tujuan
yang ingin di capai. Ke-enam soal tersebut adalah :
1. Satu molekul Nitrogen (m =4,7x10-~~
kg) menempati suatu ruang bertemperatur
400K. Tentukan
a. Energi kinetik translasi rata-rata.
b. Kelajuan rata-rata ( V)
c. Kelajuan dengan peluang maksimum (v,).
2. Gas ideal adalah gas dimana molekul-molekulnya hanya mempunyai derajat
kebebasan kinetik.
a. Turunkan "persamaan keadaan" dari gas ideal tersebut untuk N molekul
b. Tentukan kapasitas panas dari gas pada volume dan tekanan konstan.
i
3. Se umlah gas ideal dengan C,. = 5/2nR mempunyai tekanan 1 atm, volume 6
m- dan suhu 27°C. Gas dikompresi sehingga volumenya menjadi setengah
semula. Hjtunglah usaha, perubahan energi dalam dan kalor yang terlibat
selama proses, jika prosesnya berlangsung sebagai beikut :
a. isobarik b. isoterrnik c. adiabatik.
4. Perhatikan diagram P-V disamping. Bila sistem dibawa A ke B sepanjang
lintasan A-C-B, sistem menyerap kalor 80 J dan melakukan usaha 30 J.
a. Berapa banyak kalor yang masuk ke
sistem sepanjang lintasan A-D-B, jika
sistem melakukan usaha 10 J.
b. Sistem dikembalikan dari B ke A melalui
lintasan A-B. Jika usaha yang diperlukan
adalah 20 J, berapa banyak kalor yang
dilepas untuk mengembalikan sisten dari B
ke A melalui lintasan A-B.
c. Jika U A =0, UD= 403, tentukan jurnlah
kalor yang diserap selama proes A-L) dan
D-B.
cE3
A
D
V
5. Sebuah mesin Carnot beroperasi diantara dua reservoir kalor pada suhu 127°C
dan 27°C.
a. Jika mesin menerima kalor 1200 kalori dari reservoir suhu tinggi dalam tiap
siklus hitunglah
I). Kalor yang dilepaskan ke reservoir suhu rendah.
2). Usaha yang dilakukan mesin
3). Efisiensi mesin
b. Jika mesin beroprasi sebagai mesin pendingin dan menerima 1200 kalori
dari reservoir suhu rendah, hitunglah
I). Kalor yang dilepaskan ke reservoir suhu tinggi.
2). Usaha yang diperlukan mesin.
3). Koefisien kerja mesin.
6. Empat kilogram es pada suhu -12% dicampur dengan satu kilogram uap air
pada suhu 110°C pada tekanan tetap. Bila diketahui kalor jenis es 0,5
kkal/kg°C, kalor jenis air 1 kkal/kgl'C, kalor jenis uap 4,5 kkal/kg0C, kalor
lebur es 80 kkal/"C dan kalor penguapan air 540 kkalPC, hitunglah :
a. suhu akhir campuran.
b. perubahan entropi es.
b. perubahan entropi campuran.
Keterangan :
Soal No. 1 digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 1 s.d 2.
Soal No 2. digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 3.
Soal No. 3 dan 4 digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 4 s.d 7
Soal No. 5. digunakan untuk mengevaluasi tujuan No. 8 s.d 10.
Soal No. 6 digunakan untuk me-ngevaluasi tujuan No. 1 1.
Berdasarkan hasil evaluasi dari soal No.1 ternyata guru-guru dapat
memahami dengan baik hubungan antara temperatur dan tekanan dengan energi
kinetik rata-rata. Dari soal No. 2 didapat informasi bahwa guru-guru kurang bisa
memahami konsep derajat kebebasan dari molekul-molekul gas ideal dan guruguru kesulitan dalam menerapkannya untuk menentukan energi internal gas
sehingga mereka tidak bisa menurunkan rumus kapasitas kalor gas pada volume
tetap .
Untuk soal No. 3 dan 4 dapat di simpulkan bahwa guru-guru kurang bisa
menjelaskan arti tanda positif dan negatif pada rumus-rumus dasar termodinamika
seperti apakah sistem menyerap atau melepaskan kalor, apakan sistem melakukan
atau di kenai usaha, apakah energi dalam sistem bertambah atau berkurang, dsb.
Disamping itu ada sebagian guru yang kurang menguasai dengan baik rumusrumus dasar usaha, kalor dan perubahan energi dalam untuk berbagai proses
seperti isotermal, isobarik, isovolume dan adiabatik.
Untuk soal No. 5 dapat di lerlihat bahkva guru-guru Fisika memahami
rumus-rumus
dasar
Siklus
Carnot
dengan
baik
tetapi
tidak
bisa
mengaplikasikannya pada siklus-siklus yang lain sehingga sasaran "efisiensi
sefiap mesin pemanas apapun jenisnya ridak pernah mencupai 100 %" belum
tercapai. Guru-guru di sarankan untuk mencari efisiensi mesin-mesin yang lain
seperti siklus Diesel, Otto, Stirling, Sargent, Joule, dl1 dan sekaligus membuktian
bahwa efesiensinya tidak pemah mencapai 100%.
Sedangkan dari soal-soal No. 6 terlihat bahwa guru-guru kurang terbiasa
menggunakan rumus-rumus perubahan entropi sehingga bagian b dan c dari soal
No 6 tidak dapat terselesaikan secara tuntas. Setelah guru-guru diberi contohcontoh lain berkaitan dengan perubahan entropi, maka guru-guru bisa menyadari
bahwa entropi alam selal u bertambah atau perubahan entropi alam selal u posi ti f.
Setelah diadakan diskusi dengan peserta terungkap bahwa guru-guru
kesulitan mengajarkan konsep "azaz bagi rata" kepada siswa karena mereka tidak
dapat memahami bahwa setiap derajat kebebasan memberikan konstribusi energi
sebesar 1/2 kT. Hal ini disebabkan karena hampir semua guru belum memperoleh
materi tersebut sewaktu kuliah di perguruan tinggi.
Setelah penyuluh
menurunkan energi rata-rata dari fungsi distribusi Maxwell-Boltzrnann untuk
berbagai jenis gerak translasi, rotasi dan vibrasi, guru-guru menyadari dan
sekaligus memahami bahwa satu derajat kebebasan memberikan konstribusi
sebesar 1/2kT.
Kesulitan lainnya yang di alami oleh guru-guru adalah mereka tidak dapat
memahami jalinan materi atau kaitan antara materi Teori Kinetik Gas dengan
materi Termodinamika. Setelah penyuluh menurunkan rumus energi internal gas
berdasarkan konsep derajat kebebasan dan menentukan kapasitas kalor gas ideal
dari energi internalnya, maka guru dapat menyadari bahwa pengajaran Teori
Kinetik Gas sebelum materi Termodinamika ternyata bermanfaat. Bahkan guru
merasakan akan lebih mudah menurunkan kapasitas kalor berdasarkan teori
kinetik gas daripada pendekatan ekperimen.
Disamping itu di jelaskan pula bahwa kapasitas kalor gas monoatomik
,
dapat diturunkan dari tiga derajat kebebasan translasi sehingga C=
3/2nR.
Sedangkan kapasitas kalor gas ideal diatomik pada suhu tinggi di turunkan dari
tujuh derajat kebebasan yaitu tiga dari derajat kebebasan translasi, dua dari
derajat kebebasan rotasi dan dua dari derajat kebebasan vibrasi sehingga C,=
7/2nR. Kapasitas kalor gas ideal diatomik pada suhu sedang di turunkan dari lima
derajat kebebasan yaitu tiga dari derajat kebebasan translasi dan dua dari derajat
kebebasan rotasi sehingga C,= 5/2nR . Kapasitas kalor gas ideal diatomik pada
suhu rendah di turunkan dari tiga derajat kebebasan translasi sehingga C,= 3/2nR .
Hal ini berarti pada suhu sedang gas tidak bervibrasi dan pada suhu rendah gas
bergerak translasi saja.
Dari hasil diskusi terungkap bahwa kegiatan ini sangat menambah
wawasan mereka tentang materi yang disa-jikan.Peserta berharap agar pengabdian
ini di lanjutkan pada masa-masa mendatang untuk materi-materi lain seperti
mekanika, lisrrik dan magnet, gelombang dan optik, fisika moderen, dll.
B. Hasil Pengabdian Kepada Masyarakat.
Hasil yang dapat dicapai melalui kegiatan kepada masyarakat ini antara lain :
1. Berdasarkan hasil evaluasi rang telah dilakukan menyangkut pemahaman
guru-gum Fisika SMU terhadap materi Teori Kinetik Gas dan materi
Termodinamika menunjukkan bahwa sebagian besar gum-guru kurang dapat
memahami jalinan antara Teori Kinetik Gas dan Termodinamika. Secara
khusus guru-guru kesulitan dalam memahami konsep azaz bagi rata, derajat
kebebasan, rumus-rumus dasar usaha, kalor dan perubahan energi internal
untuk berbagai proses terrnodinamika, efisiensi selain Siklus Carnot dan
perubahan entropi untuk berbagai proses.
2. Berdasarkan hasil diskusi, sebagai besar guru-guru Fisika SMU mengharapkan
agar kegiatan ini dapat dilanjutkan pada masa-masa mendatang untuk materimateri yang lain. Dengan cara seperti akan tercipta kerjasama sekaligus
umpan balik antara Jumsan Fisika UNP sebagai lembaga penghasil tenaga
guru dan SMU sebagai lembaga pengguna.
C. Faktor Pendukung
Faktor-faktor pendukung dalam kegiatan ini antara lain
1. Peran akti f dari penyuluh.
Adanya motivasi dan persiapan yang cukup dari penyuluh seperti disediakan
dua bahan ajar khusus untuk kegiatan tersebut dan diberi judul Teori Kinetik
Gas dan Termodinami ka.
2. Peran akti f dari peserta.
Hal ini terlihat adanya motivasi dari peserta dalam menyiapkan bahan-bahan,
soal-soal dan permasalahan yang akan didiskusikan dengan penyul uh. Peserta
juga berperan aktif dan serius dalam mengejakan latihan-latihan yang
diberikan.
3. Adanya bantuan biaya pelaksanaan.
Pengabdian ini terlaksana berkat bantuan dana dari SMU penyelenggara dan
Jurusan Fisi ka-UNP.
D. Faktor Penghambat
Dalam melaksanakan kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini di rasakan
adanya faktor -faktor penghambat :
1. Terbatasnya wahqu yang tersedia sehingga materi yang diberikan sangat padat.
2. Adanya SMU yang tidak mengirimkan wakilnya sehingga sasaran penyuluhan
untuk seluruh guru-guru Fisika S M se-Kabupaten Pariaman tidak terpenuhi.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan analisis situasi dan hasil evaluasi dapat di ambil beberapa
kesimpulan
1. Salah satu aspek yang di tuntut dalam kurikulum SMU adalah materi
pelajaran di sajikan secara sistimatis sesuai tuntutan kurikulum. Oleh karena
itu diperlukan suatu model pembelajaran yang sistimatis dalam materi Teori
Kinetik Gas dan Terrnodinamika.
2. Guru-guru Fisika SMU sebagian besar tidak dapat memahami dengan baik
azaz b a g rata, derajat kebebasan, rumus-rumus dasar pada berbagai proses
termodinamika seperti usaha, kalor, perubahan energi internal dan perubahan
entropi.
3. Kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini dapat menambah wawasan guru-
guru fisika SMU tentang materi Teori Kinetik Gas dan Termodinamika.
B. Saran
Dari analisis situasi dan hasil evaluasi dapat di kemukakan beberapa saran sebaai
berikut :
1. Guru-guru fisika SMU di sarankan menularkan pengetahuan yang di peroleh
selama penyuluhan kepada guru-guru yang berhalangan hadir.
2. Guru-guru fisika SMU sebaiknya merujuk kepada buku-buku standar fisika
untuk memperdalam wawasannya disamping juga merujuk kepada buku-buku
paket SMU.
3. Guru-guru fisika SMU diharapkan dapat menyusun suatu model pembelajaran
yang sistimatis yang dapat meningkatkan cara belajar siswa aktif setelah
mengikuti kegiatan ini.
DAFTAR PUSTAKA
Boko, K .S., ( 1990), Mi.skon.sepsi Suhtr dan Knlor padu .si.swa SMI' ckm SMA,
dalam van den Berg, E., (1991). Miskonsepsi Fisika dan Remediasinya,
Penerbit Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
DEPDIKBUD, 1995, Ktrriktrltrm SMU: Garis-garis Resar Pengajaran, Dept. P &
K, Jakarta.
Kasedou, S., and Duit, R. ( 1993). Sftcclents' Conceptions of the Second Law of
Thermodinamics-An Inferprelive Sftrdy, Journal of Research in Science
Teaching, Vo1.30, No. 1, pp. 85-106
Lewis. E.L., and Li nn,M.C., (1994). Heat Energy anJ 7kmperafu1-e Concepts of
AcJole.scenfs, Adzrlfs, and Erperfs: Znlplicaiions fir Czrrricular
Improvemenfs, Journal of Research in Science Teaching, Vo1.31, No. 6, pp.
657-677
Pointon, A,J., 1967, An Ii~iroa'zrcfion to Sfafis!ical I'l1y.vic.v for S ftrclenfs,Lon,gnan,
New York.
Sears, F.W., and Salinger, G.L., 1 975, Tl~ernrot$i~anzics,Kir~eiic Tl~eor):anti
S!atisficaI 7'hermodinamic.s, Addison-Wesley Publishing Company,
California.
Stowe, K., 1984, Irzfroci'ucfionio St~rtisiicalMecl~anicsanti' 7'l1errnot$namics,
John Wiley & Sons, New York.
I'IIRSAMAAN KEADAAN
I . /'C~~I(/(IJIII/IIO)I
Dalarli kcadaan seirnbarlg terrnodina~nik,setiap sisterti tertutup, dapat
digambarkan oleh tiga koordinat dan diantara kc tiga koordinat tersebut saling
ketersantungan dati hubungarl terterltu, yaitu f(s,y,z) = 0. Harlya dua diarltara ke
liga koordinat tersebut merupakan variabel bebns dan variabel yang sat11 Iagi tidak
bebas. I'ersart~aarl keadaan tiap zat berbeda berltukriya, dari hubungan yarlg
sederhana sampai pada hubungaan variabel keaclaan yang sangat kompleks.
2. I'er.\c~nicrcrti ketrck~ctngus i k u l .
l'ersa~tiaan keadaarl yarig paling sedertiaria adalah persartiaari keadaan gas
ideal. Persamaan keadaannya diperoleh melalili eksperimen
Hasil eksperinien rtienicrijukkan batiwa :
1). untuk suatu jenis gas, pada semua suhu graliknya memotong sumbu ordinat
y l,'
7'
-pada
satu titik yang sama
2 ). untuk selnua jenis gas. grafiknya juga memotong sulnbu ordinat
y !,'
-pada
T
satu
titik yang sama.
r)
r 1 L'
r
r
Harga lirnit varig r~lerljailii i t i k potong gratik Lerliadap p dari
T T
semila silhu dan semiln jenis gas tlisebui konstanin gas umum R dimann harga R =
8,1;I49 x I o'! jouleikmol K. Pada tel;anan gas yang rendah, maka berlaku :
j.2'
P?'
K atau pv = K-I
T
-- -
Pevs. diatus disebut pet-sarnaan Leadaatl Sas ideal. Bcrituk lair1 dari pers. diatas
adalah pV = nRT dan pV = mR,,T. ( R , adalah konstnnta gas khusi~s).
KEKEKALAN ENERGI D A L A M TERMODNAMIKA
1. l ' ) . o , s ~ , s
k11i I,Y;.Y~(I,Y;~.
Sister11 yang berada dalaltl keadaar~setitnbans terttlodinartlik akan tetap
mempertahankan keadaan i t i ~ . IJntnk meri~bah keadann setimbang itu, sistem
i~atusberi nteraksi dengan lingkutlgan. Ada tiga cara i nteraksi, yai tu : rtlelakukan
usaha luar, melalui pertukaran kalor, atau keduanya. Bila keadaan sistem berubah,
rnaka perubatlari kedaaati tersebut disebut proses. Proses dapat dterjadi secara
lii~asistasik atail nnn-ki~asistasik.Proses kuasistasik adalah s11at11proses ynng
periy irnpangan atau perubahan keseirtlbangan terrnodinatn ikanya (sangat) kecil,
sctlit~ggasctiap saat sernua lieailaarl yatlg dialatl~isister11dapat dilukiskat~ilerlgatl
memakai koordinat lermoclinamik.
2. I lstrhu krrusisltrsik.
t'ada setiap sistertl, tllisalriya gas, dikerial dua jerlis usaha yaitu usatla
dalam dan usaha Iilar. I~lsahadalam adnlah ~lsahayang dilakllkaan olrh s11atl)
ba~iati sistert~ pada bagiar~ sisterti yatlg lain. Hal i t l i tittibul karer~a adatiya
interaksi antar partikel, misalnya terjadi difusi dari bagian yang sat11 ke bagian
yarig lair1 dari sis~ertl, rla~~iurlsecara keselurul~ati sister11 tidak ttletlgalatrii
pergeseran atau perpindahan. Llsaha lllar terjadi jika sistem mengalami
~~ergeseraniperpindahaan
karena suatu gaya, yakni apabila siste~rlberititeraksi
dengan lingkungannya. Misalnya gas mengembang atau menyusut.
Ternlodinaniika llariya r~~etlgetialusaha luar-. Andaikari seju~ulal~
gas dalattl
silinder yang dilengkapi dengan piston dapat bergerak sehingga sistem dan
l i tigkungannya Japat bereinteraksi.
Gas dalam silinder mempunyai koordinat p,V
dan T. Gas meIakukan gaya pada piston sebesar
; *F, sedangkan udara rnengadakan gaya k' pada
Illaka piston akan
piston. Misalkan F
terdorong lie luar. Serelaah bergerak sejauh cis,
sistem !gas? telah melakukan usaha luar sebesar
ds
dW.
Menuritt mekanika, usaha yang dilak~rkang:ls dapar dirumusknn sb!?:
+
*
Bila luas perrnukaan silincler adalah A, Inaka
dW=pAds=pdV
Catalan
1 ) Rurtius ini berlaku utltuk proses kuasistasik nlauput~ r~otl-kuasislasili.Bila
prosesnya kllasistasik, maka p dapat diisikan pacla persarnaan Leadaan sistem
1,arig berlaku Misalnya untuk persarnaan keadaan gas ideal, pV = nRT, maka p
dapat diganti dengan p=nRTiV. Apabila prosesnya non-kilasistassik, maka
(iclak ada persarnaan keadaan yang dapat tnelukiskan sistern.
2) dW bukan diferensial eksak, karena ticlak di tur11nkan clari hlngsi W, tetapi
adrtlah usaha luar dalanl jumlah yang sangat kecil (infinitisimal). Hal ini dapat
dibuh-tikan dengan syarat Euler.
3) Bila sistern berekspansi (mengembang), volumenya bertambah, maka sistem
melakukan maha. Akibatnya energi sistem berkurang dan usaha dihitung neeatif.
jadi
Untuk gas yang mengembang : dW negatif.
IJrituk gas yang rt~enyusut
: dW positit'.
Bila volume sisiem berubah secara kuasis~asikdari Vi ke V,-, maka
Diagram p-V.
IJsalia yang dilakukan oleh sistem atau dilakukan pada sistem, prosesnya dapat
diperlihatkan pada program p-V beriki~l.
(a) Kurva I pemuaian, (b) Kurva I 1 pemampatan: (,c)kuwa I dan I 1 bersnma-snmn
rne~ribentukproses siklus.
I'mses siklus adalah serangkaian proses yarig berawal dari suatu keadaan
dan berakhir pada keadaan yang sama. Bila siklus searah dengan pi~taranjarurn
.iatti ~riakaWSikI,,nesatif dari bila berla\var~ariarah pularan jaruni jarn rrlaka Wiiklu3
positif. Dari pembahasan di atas dapnt disimpulkan bahwa maha yang dilakukan
sister11 tidak hanya bergaritung pada keadaan aival dan akhir, tetapi juga pada
jalan proses (lintasannya). Mcnurut kaikulus, pdr' adalah Iuas dacrah di halvah
r
2. lytrergi C/U/LIIII
Energi dalarn dari suatu sister11 adalah jurnlah energi yang din~ilikioleh
partikel-partikel sistem, yang dapat ben~paenergi kineiik, enegi rotasi, ensrgi
vibrasi, energi tnagnetik dan sebagairlya. Energi dalarn adalah fungsi keadaan,
jadi dapai dilihat sebagai fmgsi dua variabel.
Misalnya, untuk sister11l~idrostatikdiperoleh :
0'= U , (Tp,I.')
-+ c/U, =
/ n"L,T
dL,",
l,
c/p + (F!P clC'
li = U , ( C , 'T, I -+nu,- = [ $ ) r - d ~ . e + ( g ) , , d T
Ketiga dlJ ini bersifat eksak, tnaka :
Gay-Lussac dan Joule dari hasil percobaannya tnenetnukan bahwa untuk gas
ideal, energi dalam hanya bergantung pada temperatur, ditulis :
dan energi dalam untuk gas ideal pada temperatur tetap tidak bergantung pada
volume ditulis :
4. Ht/k1//)1I'C>)./(//~T(I
~Y>~/IToL/I/I(I)III~~/
a.. Untuk usaha adiabatik.
Proses adiabatik addah proses yang berlangsung tanpa adanya pertukarean
kalor antara sistem dengan lingki~ngannyasehingga tidak ada kalor yang masuli
atau keluar dari sistetn. Tiga contoh dari usaha adiabatik diperli hatkan pada
gambar di bawah ini:
Semua percobaan menunjukkan bahwa : bila sistem diubah dari keadaan i lie
keadaan f, r~iaka usaha yang diperlukan tidak bergantung pada cara yang
digunakan, selama cara tersebut adalah cara adiabatik kuasistasik. Usaha
demikian hanya di~entukanole11 keadaan awal ( i j dan keadaan akhir (1) dari
sistem, sehingga dapat ditulis
1 yl,, =
1
-1 pdPV
I
I'ers. dlatas lnengandung arti bahiva : ada suatu besaran tisis yang merupakan
fungsi dari koordinat sistem yang disebut fungsi keadaan. Fungsi keadaan ~ n i
adalall energi dalarli sistem (IJ) yang harganya sama dengan Wad Jadi :
i
Tanda (+) berarti sesuai dengan konvensi tanda yang berlaku untuk W, yaitu bila
W positif berarti usaha yang dilakukan pada sistem, maka energi dalam sistem
naik. Pers. diatas dapat ditulis
l'ers. diatas disebut perumusan hukurn pertama ten~lodinarnika untuk proses
adiabalik.
t~ lJntuk usalia non-adiabatik.
Sistem d~beri keselnpatan berinlegrast dengan
lingkungan. Sckararlg pada sisterrl yang sarna
dilakukan dua percobaan yang berbeda : percobaan
pertama secara adiabatik dan percobaan kedua secara
non-adiabatik. Hasilnya menunjitkkan bahwa pada
percobaan pertama usaha adiabatik adalah :
T' I
Q
sedangkan pada percobaan kedua :
I.,1.'tn-I + U , - U , =ACl
Ternyata untuk mencapai AU yang sama, diperlukan jurnlah usaha yang berbeda,
b+.?o,, +
atau,
Y,',
A LT - J,f,'(k! # 0
Jadi :
Ruas kiri dari persamaan di atas ndalah kalor, maka dapat ditulis
I'crs. (*) discbut pcrumusan hukurn pcrtama tcrmodinarnika sccara umurn.
Interprctasi pci. (*) :
1 ) Bila sistcm mcnycrap kalor, scbagian cncrgi ini digunakan untiik mcnaikkan
cncrgi dalam (AU positit) dan sisanya ur;tiik mclakiikan usaha luar ( W zcgatif)
dan kalor C) positif. Jadi Q positil'bila sistem menyerap kalor dan ncgati!: bila
sistcrn mclcpasksn kat or.
2) Pcrs. (*) mcrupakan hukurn kckckalan cncrgi, karena itu pcrsamaan tcrscbut
berlaku untuk proses apa saja: kuasistasik atau non-kiiasistasi, isotcrmal,
isobarik dan scbagainya. Dalam bcntuk difcrcnsial dapat ditulis :
3 ) Untuk proscs kuasistasik dCV= -pdV, schingga
5. li'tzp7a.vilas K