konsep dasar termodinamika
"KONSEP DASAR TERMODINAMIKA"
1. Pendahuluan
Pelajaran termodinamika adalah ilmu yang membahas hubungan (pertukaran)
antara panas dan kerja. Hubungan ini didasarkan pada dua hukum-hukum dasar
termodinamika, yaitu hukum termodinamika pertama dan hukum termodinamika kedua.
Kedua hukum dasar tersebut akan dibahas pada bab selanjutnya. Pengetahuan dasar
termodinamika mutlak perlu dipahami dan dipelajari dalam bidang teknologi
proses atau industri seperti industri pengolahan minyak dan gas, industi pupuk,
pabrik semen, pabrik kertas dan lain-lain. Industri kimia ini memiliki proses
yang menggunakan reaktor (reformer), alat pemisah (saparator), motor-motor
bakar (turbin), alat pengalir fluida (pompa dan kompresor) dan penukar kalor
(heat exchanger). Semua peralatan tersebut menangani benda (gas dan cair) juga
menggunakan energi. Aliran panas dan kesetimbangan reaksi kimia juga tidak
terlepas dari prinsip-prinsip termodinamika.
2. Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mempelajari bagian ini,
mahasiswa diharapkan mampu:
·
Menjelaskan tentang pengertian dan
konsep dasar serta definisi dalam termodinamika
· Menjelaskan Satuan dalam
termodinamika
3. Konsep Dasar Termodinamika
Benda
adalah sesuatu yang memiliki massa dan
sifat makroskopik. Sifat makroskopik tersebut dapat diukur langsung, misalnya:
temperatur, tekanan dan volume. Juga dapat diukur secara tidak langsung
misalnya: kandungan energi. Sifat makroskopik tersebut dapat digunakan untuk
menyatakan keadaan benda tersebut berwujud gas, uap, uap jenuh, cair, cairan
jenuh atau padat.
Energi adalah kemampuan yang dimiliki oleh
benda untuk mendapatkan perubahan. Bentuk energi bermacam-macam antara lain:
energi kinetik, energi potensial, energi dalam, panas, kerja, dan lain
sebagainya. Energi yang hanya ada bila benda sedang mengalami perubahan,
misalnya panas. Panas atau kalor hanya ada
bila benda sedang berubah fasa atau berubah temperatur.
Bila sifat-sifat benda tersebut dapat
diketahui dengan baik, maka dapat diketahui besarnya perubahan kandungan energi
dengan efesien untuk merubah keadaan suatu benda. Bagaimanapun juga kehidupan
manusia tidak lepas dari penggunaan benda atau energi.
Termodinamika merupakan suatu
ilmu yang mempelajari perubahan energi yang dikandung oleh suatu benda akibat
adanya perubahan sifat makroskopik (perubahan fisik atau perubahan akibat
reaksi kimia). Termodinamika hanya memberi gambaran berapa besarnya perubahan
energi serta arah perpindahan energi akibat perubahan-perubahan sifat benda.
Perpindahan energi tersebut apakah keluar benda atau menuju benda. Tetapi kecepatan dan mekanisme perpindahan energi yang
menyatakan sukar tidaknya energi tersebut berpindah tidak dibahas dalam
termodinamika.
Dalam termodinamika perubahan energi benda
dibatasi oleh dua hukum pokok. Kedua hukum pokok tersebut dibuat atas dasar
pengamatan kejadian alam secara terus menerus untuk setiap benda sehingga kedua
hukum pokok ini bisa diterima oleh semua orang. Kedua hal
yang mendasari hukum pokok tersebut adalah:
- Bahwa energi itu sifatnya
kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan,
tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk
energi yang lain, selain itu dapat berpindah-pindah dari benda yang satu
ke benda yang lain. Pernyataan ini disebut dengan hukum pertama termodinamika
- Hasil pengamatan menunjukan
bahwa, kerja (salah satu bentuk energi)
- dapat dirubah seluruhnya
menjadi kalor (salah satu bentuk energi), tetapi kalor tidak dapat dirubah
seluruhnya menjadi kerja. Hal ini menunjukan bahwa dalam perubahan bentuk
energi ada yang membatasi. Pernyataan ini dinyatakan dalam hukum kedua termodinamika.
Dari
kedua pernyataan tersebut, kemudian dikembangkan dalam formulasi matematik
sehingga dapat digunakan untuk meramalkan besarnya perubahan suatu energi suatu
benda bila benda tersebut berubah keadaannya. Demikian juga sebaliknya.
Sebelum membahas kaitan antara
energi dan perubahan benda, terlebih dahulu dibahas sifat-sifat makroskopik
yang dimiliki oleh benda antara lain, tekanan, temperatur, volum, kandungan
energi dan lainnya. Bahasan termodinamika diawali dengan difinisi-difinisi yang akan digunakan, kemudian dibahas
pengertian kedua pokok termodinamika dan bagaimana bentuknya dalam formulasi
matematis, sehingga dengan mudah dapat digunakan untuk analisis suatu masalah.
3.1 Pengertian
Termodinamika
Sesuai dengan asal kata termo dan dinamika, maka pada mulanya termodinamika merupakan ilmu yang
mempelajari tentang perubahan (konversi) panas menjadi gerak atau kerja
mekanis. Hal ini, bertujuan untuk menunjang penelitian terhadap peralatan yang
menyebabkan timbulnya revolusi industri. Peralatan yang dimaksud adalah mesin
uap yang ditemukan oleh James Watt (1736-1819).
Dalam termodinamika, tokoh-tokoh yang banyak
berjasa adalah Josep Black, J.J Thompson, J.P Joule dan lain-lain. Apa yang
telah mereka lakukan dan
variable-variabel yang menjadi dasar
untuk termodinamika berikut ini adalah:
a.
Josep Black
Josep Black, hidup pada tahun 1728-1799,
mengadakan penelitian tentang perpindahan panas dari suatu materi ke materi
lain yang berbeda. Black menyatakan bahwa panas selalu berpindah dari suhu
tinggi ke suhu yang lebih rendah dan perpindahan panas akan berhenti jika suhu
kedua materi tersebut sama, walaupun kemampuan materi satu dengan yang lain
berbeda dalam menampung panas. Dari hasil penelitiannya, Black dapat
membedakan antara suhu dan panas. Selain itu, dapat disimpulkan bahwa setiap
materi mempunyai kapasitas panas tersendiri.
b.
J. J.
Thompson
Penelitian yang dilakukannya bermula
saat melakukan pengeboran logam untuk meriam. Karena dua logam bergesekan
secara terus menerus maka timbul panas. Thompson berkesimpulan, selain panas
dapat menghasilkan kerja, kerja juga dapat menghasilkan panas. Dengan demikian,
maka sebenarnya terdapat persamaan karakteristik antara panas dan kerja.
c.
James P.
Joule
Joule hidup pada tahun 1818-819, dalam
penelitiannya Joule menggunakan sejumlah air yang dalam sebuah gelas. Suhu air
tersebut diukur secara teliti dengan termometer. Kemudian, ke dalam air
tersebut dirangkaikan sebuah pengaduk yang digerakkan secara mekanis. Gerakan
mekanis tersebut ditimbulkan oleh adanya benda jatuh. Dengan demikian, saat benda jatuh maka
gerakan ini diteruskan ke pengaduk melalui rangkaian mekanis. Pengaduk berputar
dan suhu air meningkat. Pada akhir perhitungan dari data yang diperoleh, Joule
menemukan bahwa energi benda jatuh (bergerak) sebanyak 4.18 Nm (Newton meter)
dapat meningkatkan suhu satu gram air sebesar 1 ° C.
Untuk dapat mengungkap fenomena
tentang panas dan kerja dilakukan secara intensif di Eropa. Mayer, Helmholtz
dan Rudolf Clausius di Jerman, Colding di Denmark serta William Thomson di
Inggris berhasil memahami dan meletakan dasar termodinamika modern yang
menganggap bahwa sebenarnya panas dan kerja merupakan salah satu bentuk energi.
Dengan anggapan
tersebut, maka pengertian tentang termodinamika menjadi lebih luas. Definisi termodinamika saat ini adalah
ilmu yang membahas masalah perubahan bentuk (transformasi) energi berikut
faktor-faktor yang mempengaruhinya.
3.2
Satuan dasar dalam termodinamika
Pada dasarnya, materi yang dibahas
dalam termodinamika merupakan pengembangan lebih lanjut dari materi kimia
fisika. Terutama mengenai energi. Dalam mempelajari termodinamika, perlu
dipahami terlebih terlebih dahulu besaran dan satuan.
Dalam termodinamika besaran sistem dibagi dua,
yaitu besaran extensive dan intensive. Besaran extensive dipengaruhi oleh massa atau mol sistem, sedangkan besaran
intensive tidak dipengaruhi oleh
massa atau mol sistem, sebagai contoh:
-
Besaran
extensive : volume, kapasitas panas, kerja (energi), entropi, density (kerapatan),
dll
-
Besaran
intensive : tekanan, temperatur, dll
Dari
besaran-besaran extensive akan diperoleh harga-harga jenis (specific value) dan
harga-harga jenis molar (molal specific value) dari suatu sistem, sebagai
berikut:
¨ Harga jenis (specific value) adalah
perbandingan antara besaran extensive dengan massa sistem/zat.
Harga jenis =
Besaran extensive/massa sistem
(specific
value)
Contoh:
Volume jenis dari sistem adalah:
v = V/m (m3/kgm; ft3/lbm)
dimana : V = volume sebenarnya (m3 ;
ft3)
m = massa
sistem (kgm ; lbm
¨
Harga jenis molar (molal
specific value) adalah perbandingan antara besaran extensive dengan jumlah mol
dari suatu sistem atau zat.
Harga jenis molar =
Besaran extensive/Jumlah mole sistem
(molal
specific value)
Contoh: Volume
jenis molar dari sistem adalah:
v*
= V/n (m3/kgm-mol; ft3/lbm-mol)
dimana :
n = jumlah mol sistem (
kg-mol ;
lbm-mol
¨ Harga jenis molar (molal specific
value) adalah hasil ganda berat molekul sistem dengan harga jenis sistem/zat untuk
besaran yang sama.
Contoh:
n =
m/M M
= berat molekul sistem (kgm/kgm-mole; lbm/lbm-mole)
maka dapat ditulis:
V = v/m
Untuk density
(kerapatan) suatu sistem/zat dapat dibuat hubungan sbb:
r = m/V = 1/v (kgm/m3; lbm/ft3) atau
v* =
M/r
Contoh soal 1.1
Suatu bejana dengan volume 17 ft3
berisi oksigen dengan massa 10 lbm, tentukan volume jenis, volume jenis molar,
jumlah mol, dan density oksigen dalam bejana tersebut.
Penyelesaian:
Dik:
V = 17 ft3
BM = 32 lbm/lbm-mole)
m = 10
lbm
Dit:
-
Volume jenis
-
Volume jenis molar
-
Jumlah mol
-
Density oksigen
Jawab:
- Volume jenis oksigen: v
= V/m
= 17/10
ft3/lbm
=
1,7 ft3/lbm
- Volume jenis molar oksigen: v*
= BM.v
=
32 lbm/lbm-mole x 1,7 ft3/lbm
=
54,4 ft3/ lbm-mole
- Jumlah mole oksigen: n = m/BM
= 10 lbm/(32 lbm/lbm-mole)
= 0,32 lbm-mole
- density oksigen: r = 1/v = m/V
=
1/(1,7 ft3/lbm)
= 0,586 lbm/ft3.
4. Satuan dasar dalam termodinamika
Dalam termodinamika besaran sistem
dibagi dua, yaitu besaran extensive dan
intensive. Besaran extensive dipengaruhi oleh massa atau
mol sistem, sedangkan besaran intensive
tidak dipengaruhi oleh massa atau mol sistem, sebagai contoh:
-
Besaran
extensive : volume, kapasitas panas, kerja (energi), entropi, dll
-
Besaran
intensive : tekanan, temperatur, density
(kerapatan), dll
Besaran intensive dapat dibedakan dalam dua kelompok yaitu:
1.
besaran dasar
2.
besaran yang diturunkan
Besaran dasar dalam termodinamika yang penting adalah:
1.
waktu
2.
panjang
3.
massa
4.
gaya
5.
temperatur
Besaran satuan dapat digunakan untuk menyatakan besarnya harga
besaran-besaran tersebut. Namun demikian, jenis satuan yang
paling sering digunakan dalam termodinamika adalah:
1.
satuan sistem Inggris (British
unit)
2.
satuan sistem cgs (centimeter gram
second) mks
3.
satuan sistem internasional (SI)
Satuan SI merupakan satuan yang disepakati
untuk digunakan secara Internasional. Namun
demikian satuan sistem Inggris hingga saat ini masih banyak digunakan dalam
praktek keteknikan.
Satuan SI merupakan
adaptasi dari sistem mks (meter kilogram second) yang banyak digunakan dalam
praktek keteknikan di Eropa daratan, sedangkan sistem cgs lebih banyak
digunakan oleh kalangan ilmuwan. Satuan SI dan sistem Inggris untuk besaran
dasar yang digunakan dalam termodinamika dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Selain besaran dasar tersebut di atas, juga
digunakan besaran yang diturunkan. Besaran yang diturunkan adalah gabungan dari
besaran dasar yang didefinisikan. Misalnya luas adalah perkalian antara panjang
dan panjang, kecepatan adalah panjang persatuan waktu. Tekanan didefinisikan
sebagai gaya persatuan luas bidang yang tegak lurus dimana gaya tersebut
bekerja, sehingga satuan tekanan adalah satuan gaya dibagi satuan panjang
berpangkat dua.
Tabel 1.1 Satuan Besaran Dasar Termodinamika
Satuan besaran yang diturunkan yang sering digunakan dalam termodinamika
dapat dilihat pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Satuan Besaran yang Diturunkan
Dalam termodinamika satuan-satuan dasar
yang sering digunakan antara lain, adalah :
- Gaya
- Tekanan
atau pressure (P)
- Suhu
atau temperatur (T)
- Volum
(V)
- Panas
(Q)
- Kerja atau work (W).
4.1 Gaya
Menurut Newton, gaya (F) didefinisikan sebagai hasil kali antara massa
(m) dan percepatan (a), secara matematis ditulis:
F = m .
a
Definisi
gaya dalam satuan SI berbeda dengan satuan sistem Inggris. Dalam SI satuan
gaya Newton (N), ditetapkan dengan
difinisi bahwa gaya sebesar 1 N adalah besarnya gaya yang bekerja pada benda
bermassa satu satuan massa (1 kg) yang
mengalami percepatan sebesar 1 m/s2, dengan demikian:
1
N = 1 kg x 1 m/s2 = kg m/s2 dyne
= gr cm/s2
Dalam
sistem Inggris, satuan gaya (lbf) ditetapkan bahwa gaya sebesar 1 lbf adalah
besarnya gaya yang bekerja pada benda
yang memiliki massa satu satuan massa (1 lbm) yang mengalami percepatan
yang sama besarnya dengan gaya gravitasi bumi di permukaan laut. Besarnya
percepatan gravitasi bumi dipermukaan air laut adalah 32,17 ft/s2. Sehingga secara matematis perkalian antara massa dan
percepatan yang didefinisikan harus diberi faktor konvesi, dengan demikian:
1 lbf = 1lbm x 32,17 ft/s2
32,17 lbm/lbf.s2
Suku terakhir di ruas kanan adalah
pembagian oleh suatu faktor konversi sehingga hasil kali ruas kanan harganya
sama dengan harga ruas kiri. Harga 32,17 lbm.ft/ lbf.s2 diberi
simbol khusus gc, maka
gc
= 32,17 lbm.ft/lbf.s2
dimana dalam sistem britis harga gc
ditunjukan oleh persamaan di atas, sedangkan dalam SI harga gc sama dengan 1
dan tidak memiliki satuan. Dari dua cara pendifinisian yang berbeda, maka secara matematis gaya F
ditulis dalam bentuk:
f = m.a / gc
4.2 Tekanan
Tekanan
merupakan arti kata bahasa Inggris pressure, disingkat P. Beberapa sistem
menggunakan konsep yang berbeda dalam menentukan satuan tekanan. Sistem satuan
Inggris (British Unit) menyatakan tekanan dalam satuan psi, singkatan dari
pounds per square inch, yang berarti satu psi sama dengan satu pund gaya setiap
satu inch persegi. Meskipun satuan ini dinilai kurang praktis, namun karena
sudah digunakan dalam waktu yang cukup lama, maka keberadaannya tetap dipakai
sampai sekarang terutama kalangan industri di Inggris dan Amerika Serikat.
Satuan tekanan lainnya yang sering
digunakan di bidang teknik adalah atmosfer (atm). Satuan ini digunakan dengan mengacu kepada
tekanan udara rata rata diatas permukaan air laut. Karena tidak terdapat
patokan khusus tentang dimensi satuan ini, maka perlu dikonversi ke satuan lain
yang lebih kuat.
Satuan tekanan yang mempunyai dimensi pasti diantaranya
adalah :
- mm Hg
(torr) dan cm Hg.
- Pascal (Pa)
- Bar.
Tekanan absolut/mutlak adalah tekanan
yang dimulai dari nol atmosfir. Tekanan gauge (pengukuran) adalah tekanan
dengan referensi satu atmosfir sebagai titik nol-nya.
Jika; 0
P < 1
atmosfir, maka P disebut tekanan vakum. Gambar 1.1 dapat lebih menjelaskan
tentang tekanan gauge dan tekanan absolut/mutlak.
Gambar 1.1
Skala tekanan
mutlak/absolut dan tekanan gauge
Contoh Soal 1.2
Berapa atmosfer
tekanan di puncak gunung A, jika tinggi air raksa dalam kolom di puncak gunung
tersebut adalah 720 mm.
Penyelesaian:
Tekanan
di puncak gunung A = (720 mm x 1 atm/760
mm) = 0,947 atm < 1 atm
Satuan tekanan berikutnya adalah
pascal (Pa). Satu pascal adalah sama dengan tekanan yang terjadi jika gaya normal
sebesar satu newton (N) bekerja pada bidang seluas satu meter persegi. Jadi, 1
Pa = 1 N/m2.
Dari percobaan dan penilaian yang
pernah dilakukan ternyata terdapat kesataraan pada satuan-satuan tekanan
tersebut. Satu atmosfer setara dengan dengan 101.300 Pa. Dengan
alasan untuk menyederhanakan penyebutan angka maka satu atmosfer setara dengan 1,013 bar. Dengan demikian,
kesetaraan pada satuan tekanan adalah
1 atm =
760 mmHg = 76 cm Hg = 101 x 300 Pa = 1,013 bar
1 bar = 105 Pa.
Berdasarkan dimensi dasarnya, satuan tekanan yang
digunakan dalam Sitem Inggris dapat dikonversikan ke dalam satuan tekanan
Sistem Internasonal (SI) atau sebaliknya. Jadi, dalam melakukan konversi satuan
harus dilihat terlebih dahulu defenisinya. Seperti tersebut diatas, satuan
tekanan psi adalah tekanan yang terjadi akibat gaya normal sebesar satu pound
yang bekerja pada bidang seluas satu inci persegi. Satu pascal adalah akibat
gaya normal sebesar satu Newton yang bekerja pada bidang seluas satu meter
persegi.
Gaya satu Pound (1 lbf) setara dengan 4,448220 newton, sedangkan panjang
satu inch adalah sama dengan 0,0254005 meter. Dengan demikian, konversi satuan
tekanan dari Pa ke psi. 1 Pa =
1/6894,727 atau 1 Pa = 1,450383706 X 10-4 psi.
Dari pernyataan sebelumnya, diketahui
bahwa satu atmosfer sama dengan 1,013 bar. Dengan demikian, konversi satuan
dari atm. ke psi dan sebaliknya adalah :
1 atm = 1,013
bar
1 atm = 14,7
psi atau
1 psi = 0,06806
atm.
Bila
permukaan suatu zat (padat, cair dan gas) menerima gaya-gaya luar, maka bagian
permukaan zat yang menerima gaya tegak lurus akan mengalami tekanan (tertekan).
Gaya tegak lurus pada permukaan tersebut disebut tekanan. Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal persatuan luas.
P = F/A (kg/m2, lb/ft2,,
psi=lb/in2)
Jika tekanan pada kolom air statik (tidak bergerak), maka tekanan statik
adalah:
P = rgh + Po
Dimana: P = tekanan
Dimana: P = tekanan
F =
gaya
A = luas
r =
densitas fluida
g = percepatan gravitasi
h = tinggi kolom fluida
Po = tekanan pada bagian atas fluida
(tekanan udara luar)
Dalam termodinamika tekanan P dinyatakan dengan
skala absolut (tekanan absolut) dan
relatif atau tekanan pengukuran (tekanan gauge), Pembacaan tekanan absolut
tergantung pada tekanan pengukuran sistem dan tekanan udara luar (tekanan
barometrik), jadi:
a. bila tekanan pengukuran (sistem di atas tekanan
atmosfir, maka
Tekanan
absolut = Tekanan gauge
+ Tekanan barometik
P abs = Pgauge
+ Patm
b. bila tekanan pengukuran (tekanan gauge)
sistem di bawah tekanan atmosfir, maka:
Tekanan
absolut = Tekanan barometik -
Tekanan gauge
Pabs = Patm
– Pgauge
Atmosferik standar didefinisikan sebagai tekanan dalam gravitasi standar
ekivalen dengan 1 atm atau 760 mm Hg pada 00C atau nilai ekivalen
lainnya, sedangkan tekanan atmosfirik tidak tetap dan harus diperoleh dari
barometer. Atmosferik standar sama dengan:
1 atm = 14,7 psia =
33,91 ft H2O =
29,92 in Hg =
33,91 ft Hg = 760 mm Hg
= 1,013x105 Pascal (Pa) atau N/m2 atau 101,3
kPa
= 10332 kg/m2 =
1,01324 x 106 dyne/cm2
Dalam praktek satuan yang digunakan berbeda dengan yang ditampilkan dalam
Tabel 1.2 di atas. Misalnya, tekanan dinyatakan dalam lbf/in2 atau
psi (pound per square inch) atau dalam kgf/cm2. Hal ini dilakukan
untuk memperoleh angka yang praktis. Misalnya tekanan suatu bejana adalah 28
psi. Bila dinyatakan dalam lbf/ft2 harganya sama dengan 4032. Oleh
karenanya lebih mudah menyebut angka 28 dari pada 4032, sehingga dalam praktek
lebih sering digunakan satuan tekanan dalam psi atau kgf/cm2 dari
pada N/m2 atau Pa. Untuk mengubah dari satuan ke satuan lain,
misalnya dari psi menjadi N/m2, maka dapat dilakukan dengan
menggunakan bantuan konversi satuan.
Contoh Soal 1.3
Suatu tekanan pengukuran menunjukan suatu vacum dari 10 psig, jika tekanan
atmosfir pada 25 in Hg. Tentukan
tekanan absolut dalam psia.
Penyelesaian:
Dik:
P gauge = 10 psig
P atm
= 25 in Hg
Dit: P absolute
Jawab:
* Tekanan
atmosfir, P atm = 14,7 psi x 29,92 in Hg
25 in Hg
= 12,28 psi
* Tekanan absolut, Pabs = Patm
– P gauge
= (12,28 – 10) Psia
= 2,28
Psia
Contoh Soal 1.4
Udara mengalir melalui pipa di bawah aliran udara
(draft) sebesar 5 cm H2O. Barometer menunjukan bahwa tekanan
atmosfir adalah 750 mm Hg. Berapakah tekanan absolut gas dalam inchi mercuri (inHg)
Penyelesaian:
Dik: P
vakum =
5 cm H20
P atm =
750 mm Hg
Dit:
P abs
Jawab:
* Tekanan atmosfir, P atm = 29,92 in Hg x 760 mm Hg
750 mm Hg
= 29,52 in Hg
Karena pembacaan 5 cm H2O aliran udara (draft) di bawah
atmosferik, maka tekanan absolut,
= 5 cm H2O x 1 in x 1ft x 29,92 in Hg
2,45 cm x 12 in x 33,91ft H2O
=
0,15 in Hg
Sehingga tekanan absolut, Pabs = Patm - Pgauge
= (29,52 - 0,15) in Hg
= 29,37 in Hg
Contoh Soal 1.5
Pembacaan
sebuah manometer merkuri pada 298,15 K (25 0C) salah satu ujungnya
terbuka. Kecepatan gravitasi adalah
9,832 m S-2. Tekanan atmosfir 101,78 kPa. Berapakah tekanan
absolut dalam in kPa? Density merkuri pada 298,15 K (25 0C) adalah
13,534 gr/cm-3
Dik: h =
56.38 cm = 0.5638 m
gc =
9.832 m s-2
P0 = 101.78 kPa
Ρ = 13.534 g cm-3 = 13534 kg m-3
Penyelesaian:
P absoulute = P0
+ ρgh = 101.78 kPa + (13534 kg m-3 )(9.832 m s-2 )(0.5638 m)
= 101.78 kPa +
75022.77317 Pa
= 101.78 kPa + 75.02277317 kPa
= 176.8027732
kPa
4.3 Temperatur
Suhu adalah harga relatif
untuk menyatakan derajat panas/dinginnya suatu materi/zat. Skala suhu yang
sering digunakan adalah Celcius dan Kelvin (SI), Fahrenheit dan Rankine (British)
seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Suhu atau
temperatur adalah besaran yang menunjukan tingkat panas benda. Pada dasarnya
benda bersuhu tinggi relatif lebih panas atau lebih hangat dibandingkan benda
bersuhu lebih rendah. Dalam termodinamika terdapat empat skala satuan suhu yang
lazim digunakan
Gambar 2.2 Skala Perbandingan Beberapa Derajat Suhu
Masing-masing
skala menggunakan satuan yang berbeda dalam menunjukan suhu benda. Keempat
skala tersebut adalah:
- Celsius
(°C)
- Fahrenheit
(°F)
- Kelvin
(K)
- Rankine
(R)
Skala celsius ditetapkan dengan
ketentuan es yang sedang mencair pada tekanan satu atmosfer mempunyai suhu nol,
sedangkan air yang sedang mendidih pada tekanan satu atmosfer mempunyai suhu seratus. Dengan kata lain,
pada tekanan satu atmosfer, suhu es yang sedang mencair adalah 0 °C, sedangkan
suhu air mendidih adalah 100 °C akan tetapi Fahreinheit menentukan lain. Pada
kondisi yang sama seperti di atas, suhu es yang sedang mencair adalah 32 °F dan
suhu air mendidih adalah 212 °F.
Dari keterangan tersebut, maka pada
skala celsius mulai dari es yang sedang mencair sampai air yang sedang mendidih
dibagi menjadi 100 skala (100 – 0). Fahrenheit membaginya menjadi 180 skala
(212 – 32). Dengan demikian perbandingan antara jumlah skala celsius dengan
skala fahrenheit adalah lima berbanding sembilan (5/9). Oleh karena itu, suhu
yang diukur menggunakan skala celsius dapat diubah (dikonversikan) ke skala
fahreinheit atau sebaliknya.
Konversi satuan dari skala celsius ke
skala fahrenheit dapat dilakukan dengan menggunakan rumus :
T
°C = 9/5 (T) + 32 °F
Misalnya, 50 °C
jika dikonversikan ke satuan fahrenheit menjadi
50 °C = 9/5 (50) + 32 atau 50 °C = 122 °F
Sebaliknya, satuan suhu pada
skala fahrenheit dapat dikonversikan menjadi satuan suhu skala celsius dengan
cara :
T
°F = (T – 32) x 5/9
Misalnya, suhu
98 °F =
(98 – 32) x 5/9
°C atau 98 °F
= 36.67 °C
Temperatur titik didih (boiling
point) atau titik leleh (melting point) dan titik beku (freezing point) untuk
beberapa zat diberikan pada pada tabel 1.2 .
Tabel 1.2 Temperatur Untuk Beberapa Zat
Skala kelvin dan rankine merupakan
skala absolut, maka pada penulisannya tidak perlu tanda derajat. Hubungan
antara keempat skala suhu tersebut dapat dilakukan dengan rumusan berikut :
Konversi satuan
suhu dari °C ke K, °F dan R
N
°C = (N + 273,15) K
= (N x 9/5 + 32) °F
= (N x 9/5 +32 + 459,67) R
N
°F = [ (N – 32) X 5/9] °C
= [ (N – 32) x
5/9 + 273,15 ] K
Konversi satuan suhu dari R ke °F, K dan °C
N
°R = (N – 459,67) °F
= (N x 9/5 ) K
= (N x 9/5 + 273,15) °C
Konversi satuan suhu dari K ke °C, °F dan R
N K = (N – 273,15) °C
= (N x 9/5) R
= (N x 9/5 + 459,67) °F
Contoh Soal 1.7
Konversikan suhu-suhu berikut ini.
1.
500 °C ke skala fahrenheit,
rankine dan kelvin.
2.
300 °F ke skala celsius,
kelvin dan rankine.
Penyelesaian:
1) 1. 500 °C = 500 x 9/5 + 32 = 932 °F
= 500 x 9/5 + 32 + 459,67
= 1391,67 R
= 500 + 273, 15 = 773, 15 K
2) 2. 500 °F = (300 – 32) x 5/9 = 148,89 °C
= (300 – 32) x 5/9 + 273,15 = 422,04 °C
= 300 + 459,67 = 759,67 R
sumber :
BUKU AJAR TERMODINAMIKA 1
BUKU AJAR TERMODINAMIKA 1
Comments
Post a Comment