TEKANAN ZAT CAIR

TEKANAN

kita akan membahas tentang tekanan . Tekanan itu ada beberapa macam yaitu tekanan zat cair, tekanan zat gas, dan tekanan zat padat. Namun dalam pembahasan kali ini tidak semua macam tekanan akan kita bahas hanya salah satunya saja yaitu TEKANAN ZAT CAIR.

PENERAPAN TEKANAN ZAT CAIR :

Mengapa air dapat mengalir?

Dapatkah air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi?

Bagaimana prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah?

Apa contoh alat penggunaan hukum bejana berhubungan?

a. Mengapa air dapat mengalir?

Mengapa zat cair selalu dapat mengalir? Marilah kita tinjau lebih lanjut. Benda-benda apapun juga terdiri dari molekul-molekul, antara molekul-molekul yang terkandung didalam suatu benda terdapat celah-celah atau jarak. Tetapi bermacam-macam benda mempunyai jarak atau celah-celah antara molekul-molekul yang berlainan jenis pula. Pada zat padat seperti logam, kayu, karet atau batu jarak antara molekul-molekul sangat kecil satu sama lain tarik menarik dengan kuat nya, maka dari itu zat padat mempunyai bentuk dan volume yang tertentu. Hal ini berbeda dengan zat cair, jarak antara molekul-molekul zat cair agak besar, persatuan atau perpaduan antar molekul-molekul nya tidak begitu rapat dan sangat mudah terlepas dari ikatannya karena itu air dapat mengalir.

b. Dapatkah air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi?

Pada prinsipnya air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah, hal itu adalah sifat air. Hal ini bisa juga dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Kalau tidak ada gravitasi air hanya mengambang saja. Selain itu, karena air mempunyai massa jenis lebih berat dari udara, jadi air selalu di bawah udara.
Air mengalir ke atas (lebih tinggi) bisa terjadi jika tekanan di bawah lebih tinggi dari di atas, misalnya pada sumur artesis. Hal ini terjadi karena adanya tekanan (power head) dari bawah menuju ke atas, maka terjadi selisih ketinggian air, di mana air di bagian yang ada power headnya lebih rendah dari yangg lain, sehingga air akan bergerak utk mencapai keseimbangan tinggi air (bejana berhubungan).

c.  Bagaimana prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah?

Prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah melalui hukum pascal. Hukum pascal ialah jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya.

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar.  Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan sama besar. Air menyembur dari setiap lubang kantong plastik dengan jarak yang sama. Semakin kuat kantong plastik ditekan, semakin cepat semburan airnya begitu sebaliknya. Dengan demikian kita dapat menyimpulkan bahwa tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

Jika penampang A1 diberi gaya F1 ke bawah, zat cair dalam penampang A1 mengalami tekanan P sebesar F1/A1. Kemudian tekanan akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke penampang A2. Seandainya gaya yang diberikan pada penampang A2 adalah F2 maka akan diperoleh persamaan seperti berikut :

F2 = P. A2 dimana P = F1/A1

Beberapa alat yang bekerja berdasarkan hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik, rem hidrolik dan alat pengangkat mobil.Teknologi yang membantu sistem kerja aliran air PAM ke rumah-rumah diberi nama microhydrolic.

Prinsip kerjanya, air kotor yang disedot dari sungai mengalir akan diteruskan ke bak penampungan pertama yang terdiri atas 10 bak. Di bak-bak ini akan dilangsungkan pemisahan air yang bisa digunakan dan air yang tidak bisa digunakan. Lalu dilakukan predesinfektan. Kemudian air dimasukkan ke bakflocculator untuk diolah kembali. Setelah ada peningkatan kualitas, air kembali dialirkan ke bak sedimentasi. Di bak sedimentasi akan terjadi pemisahan antara air dan endapan-endapan tak terpakai yang selanjutnya akan dibuang. Sedangkan air bersih dialirkan ke rumah-rumah. Untuk dapat mengalirkan air ke rumah-rumah diperlukan tekanan yang cukup memadai.

d. Apa contoh alat penggunaan hukum bejana berhubungan?

Zat cair menekan ke segala arah. Zat cair akan memberi tekanan ke semua arah yang ada dengan besar yang sama, hal ini terjadi karena menganut hukum bejana berhubungan. Contohnya: apabila ember yang berisi air kita beri lubang di banyak tempat maka terlihat bahwa air mengucur dari semua lubang yang ada. Contoh kerja alat penggunaan hukum bejana berhubungan dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Pada gambar dapat dilihat bahwa lubang bejana yang paling bawah menyemburkan air paling jauh. Hal ini menunjukkan bahwa pada bagian yang paling dalam tekanannya paling besar. Selain itu, kita juga menemukan bahwa air dan minyak menghasilkan zat cair yang berbeda jauhnya. Dengan demikian, massa jenis zat cair berpengaruh juga terhadap besar kecilnya tekanan.

PRINSIP KERJA BALON UDARA

Sebelum kita mengetahui bagaimana cara kerja balon udara, ada baiknya kita ketahui terlebih dahulu bagian-bagian dari balon udara. Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

Envelope merupakan kantong yang terbuat dari bahan nilon berbentuk balon tempat udara dipanaskan. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope dilapisi dengan bahan anti api (skirt). Envelope ini berisi udara/gas ringan (seperti gas hidrogen) yang berfungsi mengangkat balon udara dari landasannya.

Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope. Burner ini mengatur tekanan dalam kantung udara agar balon dapat terbang dengan ketinggian yang diharapkan.

Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang mengendalikan balon udara atau penumpang yang menikmati penerbangan balon udara. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur dan terletak di bawah kantung udara.

Cara kerja balon udara sangat sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya sehingga balon udara mengembang dan dapat naik (terbang). Udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa per unit volumenya lebih sedikit.

Untuk dapat terbang, udara di dalam envelope dipanaskan menggunakan burner dengan temperatur sekitar 100 derajat Celcius. Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope sehingga balon udara pun akan mengembang dan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat. Jika ingin mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun.

Bagaimana caranya balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain? Jawabanya adalah dengan cara memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. Arah tiupan angin berbeda pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pengemudi balon udara untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.

Balon udara mempunyai dua tipe yaitu:

1.     Balon udara yang diisi dengan udara panas, yaitu balon udara yang mempunyai pembakar yang berfungsi untuk memanaskan udara dalam balon sehingga udara dalam balon menjadi lebih ringan dari udara luar sekitarnya.

2.     Balon udara yang diisi dengan gas yang memang ringan, yaitu balon udara yang diisi gas yang ringan seperti contohnya gas hydrogen. Namun kelemahan gas hidrogen ini adalah mudah terbakar. Jika ingin aman bisa menggunakan gas helium, namun sangat mahal.

FLUIDA ..............?????

Apa itu fluida ? adakah aliran fluida ?

Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir. Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni: 1. Fluida statis 2. Fluida Dinamis.

Secara umum, aliran fluida dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu :

1. Aliran laminar

            Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – laminar dengan satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton.

2. Aliran turbulen

            Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.

3. Aliran transisi

            Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

Tanpa sadar, kita sebenarnya telah melihat fenomena tersebut dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada asap rokok. asap yang dekat pada rokoknya (aliran laminer), diatasnya (aliran transisi), dan diatasnya lagi (paling atas aliran turbulen).

CONTOH SOAL TERMODINAMIKA 1

1. Grafik tekanan (P) terhadap volume (V) dari suatu gas yang mengalami proses isokhorik. Usaha yang dilakukan gas pada proses AB adalah…

 

Pembahasan
Proses AB = proses isokhorik (volume tetap). Pada volume isokhorik, volume gas (dan volume ruang) tidak berubah sehingga tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas.

2. Tiga mol gas monoatomik bersuhu 47^oC dan bertekanan 2 x 10⁵ Pascal mengalami proses isokhorik hingga tekanannya bertambah menjadi 3 x 10⁵ Pascal. Perubahan energi dalam gas tersebut adalah… Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Pembahasan
Diketahui :
Suhu awal (T₁) = 47^oC + 273 = 320 K
Tekanan awal (P₁) = 2 x 10⁵ Pa
Tekanan akhir (P₂) = 3 x 10⁵ Pa
Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Jumlah mol (n) = 3
Ditanya : Perubahan energi dalam gas
Jawab :

Pada proses isokhorik, volume tetap sehingga tidak ada usaha yang dilakukan gas (W = 0).
Hukum I Termodinamika :

Berdasarkan penurunan rumus ini disimpulkan bahwa pada proses isokhorik, kalor yang ditambahkan pada sistem (Q) menyebabkan energi dalam (U) sistem bertambah. Demikian sebaliknya, kalor yang dilepaskan sistem menyebabkan energi dalam sistem berkurang. Berapa besar perubahan energi dalam gas ? Perubahan energi dalam gas dihitung menggunakan rumus energi dalam di bawah.
Energi dalam gas :

Agar dapat menghitung perubahan energi dalam maka harus diketahui suhu akhir (T₂). Hitung T₂ menggunakan rumus hukum Gay-Lussac.

Hukum Gay-Lussac (isokhorik/volume tetap) :
Hitung perubahan energi dalam gas :

Perubahan energi dalam gas adalah 5986,8 Joule.

3. Sebanyak 0,2 mol gas monoatomik bersuhu 27^oC berada di dalam sebuah bejana tertutup. Kalor yang harus diserap agar suhu gas bertambah menjadi 400 K adalah… Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Pembahasan
Diketahui :
Jumlah mol (n) = 0,2 mol
Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K
Suhu akhir (T₂) = 400 K
Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Ditanya : Kalor yang diserap (Q) ?

Jawab :
Pada proses isokhorik, volume tetap sehingga tidak ada usaha yang dilakukan gas (W = 0).
Hukum I Termodinamika :
Kalor yang diserap (Q) = pertambahan energi dalam gas (U). Perubahan energi dalam gas dihitung menggunakan rumus energi dalam di bawah.
Energi dalam gas :

Kalor yang diserap oleh gas = perubahan energi dalam = 249,45 Joule.

contoh soal dan pembahasan hukum I termodinamika

1.. Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan sistem melakukan usaha 2500 Joule pada lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Kalor (Q) = +3000 Joule
Usaha (W) = +2500 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam ?
Jawab :

Hukum I Termodinamika :
Aturan tanda :
Q positif jika kalor ditambahkan pada sistem
W positif jika sistem melakukan usaha pada lingkungan
Q negatif jika kalor dilepaskan sistem
W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada sistem
Perubahan energi dalam sistem :
Energi dalam sistem bertambah 500 Joule.

2. Kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Kalor (Q) = +2000 Joule
Usaha (W) = -2500 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam sistem
Jawab :
Energi dalam sistem bertambah 4500 Joule.

3. Kalor sebanyak 2000 Joule dilepaskan sistem dan lingkungan melakukan usaha 3000 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Kalor (Q) = -2000 Joule
Usaha (W) = -3000 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam sistem
Jawab :

Energi dalam sistem bertambah 1000 Joule.

Kesimpulan :
– Jika sistem menyerap kalor dari lingkungan maka energi dalam sistem bertambah
– Jika sistem melepaskan kalor pada lingkungan maka energi dalam sistem berkurang
– Jika sistem melakukan usaha pada lingkungan maka energi dalam sistem berkurang
– Jika lingkungan melakukan usaha pada sistem maka energi dalam sistem bertambah