persamaan keadaan gas ideal

Persamaan keadaan (Equation of State) adalah persamaan yang menghubungkan antara tekanan, suhu dan volum jenis (spesific volume) dari suatu zat. Pada tulisan sebelum ini, kita telah melihat bagaimana hubungan dari ketiga properti ini melalui tabel yang berlaku untuk air.

Ada banyak jenis persamaan keadaan, namun yang paling sederhana diantaranya adalah persamaan gas ideal.

R  adalah konstanta proporsionalitas yang disebut dengan  gas constant memiliki nilai yang berbeda-beda tergantung jenis gas nya.

Persamaan diatas biasa ditulis dengan:

Karena 

dimana Ru merupakan konstanta gas universal (universal gas constant) dan M adalah berat molekul. Dan, massa adalah jumlah molekul di kalikan dengan berat molekul, yakni m = N.M, persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis menjadi:

PV = N Ru T

Nilai untuk Universal Gas Constant, Ru dalam berbagai jenis satuan adalah sebagai berikut:

8.314 kJ/(kmol×K)

8.314 kPa×m3/(kmol×K)

1.986 Btu/(lbmol×R)

1545 ft×lbf/(lbmol×R)

10.73 psia×ft3/(lbmol×R)

Jika suatu gas mengalami tekanan yang jauh lebih rendah dari tekanan kritisnya dan suhu yang jauh lebih tinggi dari suhu kritisnya maka gas tersebut dapat diperlakukan sebagai gas ideal.

Jika suatu gas diperlakukan sebagai gas ideal, maka rumusan berikut berlaku pada gas tersebut:

Persamaan keadaan gas ideal sangat sederhana, namun range penerapannya terbatas, sehingga diperlukan suatu persamaan keadaan yang akurat pada range yang lebar. Persamaan keadaan lain yang dikenal antara lain adalah:

• Persamaan Van der Waals (salah satu persamaan keadaan yang terdahulu)
• Persamaan Beattie-Bridgeman (terkenal dan cukup akurat)
• Persamaan Benedict-Webb-Rubin (terbaru dan sangat akurat)

Persamaan Van der Waals:

dimana :

Persamaan Beattie-Bridgeman:

dimana

Persamaan Benedict-Webb-Rubin

Macam-macam Termometer dan Ciri-cirinya Pada Bahan Zat Cair

Macam-macam thermometer dan Ciri-cirinya Pada Bahan Zat cair Termometer yang menggunakan bahan zat cair, antara lain termometer klinis/termometer demam, termometer dinding/ruang, dan termometer maksimum-minimum Six Bellani, Termometer Laboratorium dan Ciri-Ciri Termometer Pada Bahan Zat cair .  Zat cair yang paling banyak digunakan untuk mengisi tabung termometer adalah raksa dan alkohol. Berikut Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya Pada Bahan Zat cair antara lain..

Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya Pada Bahan Zat cair 

1.   Termometer Klinis

Karena suhu tubuh manusia tidak pernah lebih rendah dan 35°C dan tidak pernah lebih tinggi dan 42°C, Fungsi Termometer Klinis adalah untuk mengukur suhu tubuh manusia diperlukan termometer yang disesuaikan dengan keadaan tersebut yaitu yang dibuat dengan skala suhu antara 35°C sampai dengan 42°C. Di antara tandon raksa dan pipa kaca terdapat pembuluh termometer yang dibuat iebih sempit agar raksa yang sudah berada di atas pembuluh sempit itu tidak dapat turun dengan sendirinya agar pengukuran menjadi lebih akurat.

Cara menggunakan termometer untuk mengukur suhu tubuh adalah dengan memeriksa lebih dulu apakah termometer sudah menunjukkan suhu kurang dan 35°C. Jika belum, termometer kita guncang-guncangkan Iebih dulu agar menunjukkan suhu kurang dan 35°C. Selanjutnya, kamu pasang di ketiak atau lipatan tubuh selama kurang lebih 5 menit. Setelah itu, kamu ambil dan baca skala pada termometer. Skala yang ditunjukkan termometer menunjukkan suhu tubuh pada saat itu. 

Termometer ini digolongkan ke dalam termometer maksimum karena digunakan untuk mengukur suhu maksimum orang yang sedang demam. Oleh karena itu, termometer ini disebut pula termometer demam. Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya yang menggunakan Bahan Zat cair |  Ciri-ciri termometer Demam atau klinis Sebagai berikut…. 

Ciri-ciri termometer Demam atau klinis

Ciri-ciri termometer Demam atau klinis Sebagai berikut….

a. Termometer ini khusus digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia.

b. Skala ukurnya hanya 35—42°C.

c. Menggunakan zat muai raksa (Hg).

d. Pada pembuluh termometernya terdapat bagian yang disempitkan. Tujuannya agar raksa yang sudah memuai tidak mudah turun dan pengukuran menjadi Iebih akurat.

e. Untuk mengembalikan raksa ke dalam tandon, termometer harus diguncang-guncangkan Iebih dulu.

f. Merupakan termometer maksimum karena hanya dapat mengukur suhu tertinggi saja.

2.   Termometer Maksimum-Minimum Six-BelIani

Fungsi Termometer adalah untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah dalam jangka waktu tertentu. Termometer jenis pertama kali dibuat oleh Six Bellani sehingga Termometer ini dikenal dengan termometer maksimum-minimum Six Bellani. Jika suhu yang diukur naik maka alkohol dalam tabung A memuai dan menekan permukaan pipa sebelah kiri. Hal itu mengakibatkan air raksa di tabung B ikut naik dan mengangkat penunjuk skala baja disebelah kanan. Berhentinya penunjuk skala menyatakan suhu maksimum.

Sebaliknya, jika suhu yang diukur menurun maka alkohol di tabung B menyusut sehingga permukaan air raksa di tabung A menurun dan air raksa di pipa kiri naik mengangkat penunjuk baja disebelah kiri. Berhentinya penunjuk nyatakan suhu maksimum, Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya yang menggunakan Bahan Zat cair |  Berikut Ciri-Ciri Termometer Maksimu-Minimum antara lain….

Ciri-ciri Termometer Maksimum-Minimum

Ciri-ciri termometer maksimum-minimum Sebagai berikut...

a. Merupakan termometer khusus karena hanya digunakan untuk mengukur suhu tertinggi dan terendah di suatu tempat.

b. Skala ukurnya antara —20°C sampai 50°C.

c. Menggunakan zat muai alkohol dan raksa, dilengkapi dengan keping baja sebagai penunjuk skala.

d. Disediakan magnet tetap, untuk menarik keping baja turun dan melekat pada raksa.

Prinsip kerja termometer maksimum-minimum Six-Bellani adalahketika suhu udara turun, alkohol di ruang A (tengah) menyusut. Akibatnya, raksa di ruang B naik dan mendorong keping baja untuk menunjuk suhu minimum. Sebaliknya, jika suhu udara naik, alkohol di ruang A memuai dan mendesak raksa di ruang B turun, sedangkan raksa di ruang C naik untuk mendorong keping baja menunjuk suhu maksimum. Kedua keping baja tidak dapat turun karena ditahan oleh spiral. Untuk mengembalikan keping baja ke posisi semula digunakan magnet tetap.

3.   Termometer Ruang

Termometer ruang sering kita lihat di berbagai ruang, misalnya ruang rawat inap pasien di rumah sakit. Termometer ini biasanya digabungkan dengan berbagal alat lainnya, misalnya dengan jam. Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya yang menggunakan Bahan Zat cair | Ciri-ciri termometer ruang Sebagai berikut….

Ciri-Tiri Termometer Ruang

Ciri-ciri termometer ruang Sebagai berikut..

a. Untuk mengukur suhu ruangan.

b. Menggunakan zat muai logam, tetapi ada pula yang menggunakan raksa.

c. Ukuran tandon dibuat besar agar menjadi lebih peka terhadap perubahan suhu.

d. Dipasang menggantung di ruangan.

e. Merupakan jenis termometer maksimum.

4.   Termometer Laboratorium

Dalam praktik Fungsi Termometer Laboratorium Ada

lah untuk mengukur suhu zat pada berbagai percobaan di laboratorium, kamu tentu sering menggunakan termometer laboratorium, misalnya untuk mengukur suhu air dalam termos. Macam-macam termometer dan Ciri-cirinya yang menggunakan Bahan Zat cair | Ciri-Ciri Termometer Laboratorium sebagai berikut… 

Ciri-ciri Termometer Laboratorium

Ciri-ciri Termometer Laboratorium Sebagai berikut…

a. Digunakan untuk mengukur suhu dalam percobaan, penelitian, atau pengukuran ilmiah Iainnya.

b. Menggunakan zat muai raksa.

c. Skala ukurnya lebar, hingga di bawah nol

d. Terdapat jenis termometer laboratorium yang sengaja tidak diberi skala agar dapat digunakan untuk praktik penentuan skala.

materi

HUKUM KE NOL TERMODINAMIKA DAN APLIKASINYA

Hukum ke nol termodinamika berhubungan dengan kesetimbangan termal antara benda benda yang saling bersentuhan. Untuk memahami konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3 benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C).

Benda C bisa dianggap sebagai termometer. Misalnya benda A dan benda B tidak saling bersentuhan, tetapi benda A dan benda B bersentuhan dengan benda C. Karena bersentuhan, maka setelah beberapa saat benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal. Demikian juga benda B dan benda C berada dalam keseimbangan termal. benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal, sekalipun keduanya tidak bersentuhan. Benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal, berarti suhu benda A = suhu benda C. Benda B dan benda C juga berada dalam keseimbangan termal (suhu benda B = suhu benda C). Karena A = C dan B = C, maka A = B. Berdasarkan hasil percobaan, ternyata benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Dalam hal ini, suhu benda A = suhu benda B. Jadi walaupun benda A dan benda B tidak bersentuhan, tapi karena keduanya bersentuhan dengan benda C, maka benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Hukum ke nol berbunyi “Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.” 

Dalam kehidupan sehari hari hukum ke nol ini banyakan ditemukan atau di gunakan. Seperti pada saat kita memasukkan es batu kedalam air hangat, yang terjadi yaitu es batu akan mencair (suhu es meningkat) dan suhu air hangat menjadi turun, kemudian lama kelamaan es nya mencair semua dan tinggalah air dingin. Air dingin ini menunjukkan campuran antara es batu dan air hangat yang bersuhu sama atau kata lainnya sudah masuk dalam keadaan kesetimbangan termal.

contoh lainnya yaitu pada saat kita memasak air didalam panci, benda pertama panci dan benda kedua air. Panci dibakar dengan api sehingga temperaturnya berubah. Air yang bersentuhan dengan panci juga temperaturnya naik dan akhirnya air mendidih. 

Aplikasi lainnya yaitu pengukuran termperatur. Pengukuran temperatur ini berdasarkan prinsip hukum termodinamika ke nol. Jika kita ingin mengetahui apakah dua benda memiliki temperatur yang sama, maka kedua benda tersebut tidak perlu disentuhakan dan diamati perubahan sifatnya. Yang perlu dilakukana adalah mengamati apakah kedua benda tersebut mengalami kesetimbangan termal dengan benda ketiga. Benda ketiga tersebut adalah termometer. Biasanya yang digunakan dalam termometer adalah benda yang mempunyai sifat termometrik yaitu benda apapun yang memiliki sedikitnya satu sifat yang berubah terhadap perubahan temperatur. 

Termometer yang sering kita jumpai adalah termometer kaca. Termometer kaca terdiri dari pipa kaca kapiler yang berhubungan dengan bola kaca yang berisi cairan air raksa atau alkohol. Ruang di atas cairan berisi uap cairan atau gas inert. Saat temperatur meningkat, volume cairan bertambah sehinggan panjang cairan dalam pipa kapiler bertambah. Panjang cairan dalam pipa kapiler bergantung pada temperatur cairan. Jenis termometer lainnya yaitu termometer volume gas tetap yang memiliki ketelitian dan keakuratan yang sangat tinggi, sehingga digunakan sebagai instrumen standart untuk pengkalibrasian termometer lainnya.Termometer ini menggunakan gas sebagai senyawa termometrik (umumnya hidrogen dan helium), dengan memanfaatkan sifat termometrik berupa tekanan yang dihasilkan gas. Tekanan yang dihasilkan diukur menggunakan manometer air raksa tabung terbuka. Ketika temperatur meningkat, gas memuai sehingga mendorong air raksa dalam tabung terbuka ke atas. Volume gas dipertahankan tetap dengan menaikkan dan menurunkan reservoir. Deteksi temperatur lainnya yang luas digunakan adalah termokopel. Termokopel bekerja berdasarkan prinsip apabila ada dua buah metal dari jenis yang berbeda dilekatkan, maka dalam rangkaian tersebut akan dihasilkan gaya gerak listrik yang besarnya bergantung terhadap temperatur. Dari semua contoh termometer yang telah disebutkan, pada dasarnya prinsipnya sama yaitu ketika termometer menyetuh benda dengan suhu tertentu maka akan terjadi kesetimbangan termal yang ditunjukkan oleh termometer berupa pemuaian pada termomter kaca, perubahan tekanan pada termometer gas tetap, dan gaya gerak listrik pada termokopel.

SIKLUS CARNOT

Proses melingkar adalah suatu proses pada suatu system setelah mengalami beberapa perubahan keadaan, akhirnya kembali pada keadaan semula.

Pada proses melingkar, system berubah kemudian kembali ke keadaan semula. Energy dalam proses melingkar tidak berubah.

Sebuah proses reversible adalah sebuah proses yang berlangsung sedemikian sehingga pada akhir proses, system dan keliling local ( local surroundings) dapat dikembalikan ke keadaan mula-mula, tanpa meninggalkan suatu perubahan pada sisa universum (rest of universe). Universum disini digunakan dalam arti teknis, yaitu sempit sekali tanpa suatu pengertian kosmos.

Universum disini artinya tidak lain adalah bagian yang berhingga dari dunia yang terdiri dari system dan kelilingnya yang dapat mengadakan interaksi dengan system itu. Sebuah proses yang tidak memenuhi syarat-syarat diatas disebut irreversible.

Sebagai konsekuensi hukum kedua Termodinamika yang memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energy dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi, maka semua proses alam adalah irreversible.

Pengubahan usaha menjadi energy dalam sebuah system kalor berlangsung dengan disertai gejala-gejala seperti gesekan viskositas, inelastisitas, tahanan listrikndan listeresisi magnetic. Efek-efek ini disebut efek-efek disipatif dan usaha itu dikatakan terdissipasi.

Proses-proses yang disertai dissipasi usaha menjadi energy dalam dikatakan menunjukkan irreversible mekanik luar. Irreversibilitas lainnya ialah irreversibilitas mekanik dalam, irreversibilitas termik, irreversibilitas kimia. Kalau berbagai macam proses alam diselidiki dengan teliti maka ternyata bahwa semuanya disertai salah satu dari dua sifat berikut.

Tidak dipenuhinya syarat-syarat untuk kesetimbangan termodinamika, yaitu tidak adanya kesetimbangan mekanik, termik dan kimia.Adanya efek disipatif, seperti geseran, viskositas, anelastisitas, tahanan listrik dan listeresis magnetic.

Maka dapat ditarik kesimpulan, bahwa sebuah proses akan reversible kalau

1. Proses itu berlangsung quasi-statik
2. Proses itu tidak disertai efek-efek desipatif.

Karena tidak mungkin bentuk memenuhi kedua syarat itu dengan sempurna maka jelaslah bahwa sebuah proses reversible adalah sesuatu yang hayal atau ideal.

Proses reversible sangat berguna dalam perhitungan teori dalam hal ini, pengandaian proses reversible dalam termodinamika serupa dengan pengandaian yang seringkali dijumpai dalam mekanika, misalnya pengandaian kawat yang tidak bermassa, katrol tanpa geseran dan titik massa.

A.                   MESIN KALOR CARNOT

Ketika system dalam suatu mesin menjalani sebagian daurnya, sejumlah kalor diserap dari reservoir panas, pada bagian lain dari daur itu kalor yang jumlahnya lebih sedikit dibuang ke reservoir yang lebih dingin. Jadi boleh dikatakan bahwa mesin bekerja diantara sepasang reservoir ini. Menurut kenyataannya sejumlah kalor selalu dibuang ke reservoir yang lebih dingin, sehingga efisiensi mesin tidak akan pernah mencapai 100%.

Ada 3 hal yang penting mengenai mesin.

1.       Berapa daya guna maksimum yang dapat dicapai oleh suatu mesin yang bekerja antara kedua reservoir itu.

2.       Bagaimana karakteristik mesin.

3.       Apa pengaruh sifat zat kerja.

Untuk menjawab pertnyaan ini Nicelai Leonard Sadi Carnot (1824) seorang insinyur ulung bangsa perancis memikirkan sebuah siklis ideal yang sekarang terkenal dengan siklus Carnot. Siklus carnot terdiri atas dua proses isothermal reversible dan dua proses adiabatic reversible.

Siklus Carnot terdiri dari 4 proses sebagai berikut:

·         Proses adiabatic reversible dalam arah sedemikian sehingga suhu naik sampai suhu T₁dari reservoir panas.

·         Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir dengan suhu T₁ dan menjalani proses isotermik reversible dalam arah dan waktu sedemikian sehingga jumlah kalor Q₁ diserap dari reservoir tersebut, (Penyerapan kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir panas).

·         Proses adiabatic reversible dalam arah berlawanan dengan proses pertama sehingga suhu turun sampai suhu T₂ dari reservoir dingin.

·         Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir pada T₂ dan mengalami proses isothermik reversible dalam arah belawanan dengan proses kedua sampai zat kerja mencapai keadaan mula-mula. Selama proses ini kalor Q₂ diberikan kepada reservoir dingin (Pengeluaran kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir dingin)

Suatu mesin yang menjalani siklus carnot disebut mesin carnot. Sedangkan mesin kalor carnot adalah suatu mesin yang mengubah energy kalor menjadi energy mekanik. Karena keempat proses dari siklus tersebut reversible maka siklus carnot adalah siklus reversible.

Q₂= Kalor masuk

W= Usaha yang dihasilkan

Q₁= Kalor yang keluar atau energy kalor yang tidak terpakai atau terbuang

Q₂ dari reservoir panas, Q₁ dari reservoir dingin.

Usaha W=Q₂-Q₁

siklus termodinamika

Siklus termodinamika adalah serangkaian proses termodinamika mentransfer panas dan kerja dalam berbagai keadaan (tekanan, temperatur, dan keadaan lainnya). Hukum pertama termodinamika menyebutkan bahwa sejumlah panas yang masuk setara dengan sejumlah panas yang keluar pada seluruh bagian siklus. Proses alami yang berulang-ulang menjadikan proses berlanjut, membuat siklus ini sebagai konsep penting dalam termodinamika

Contoh P-V dalam siklus termodinamika

Proses termodinamika berlangsung dalam rantai tertutup pada diagram P-V, di mana axis Y menunjukkan tekanan (pressure, P) dan axis X menunjukkan volume (V).

Area di dalam siklus adalah kerja (work, W) yang dirumuskan dengan:

W = ϸ P dV

Kerja adalah setara dengan panas yang ditransferkan ke sistem:

W = Q = Q_in - Q_out

Persamaan kedua membuat proses siklik mirip proses isotermal, meski energi dalam berubah selama proses siklik, ketika proses siklik selesaienergi sistem adalah sama dengan energi ketika proses dimulai. Jika proses siklik bekerja searah jarum jam, maka ini menunjukkan mesin kalor, dan W akan positif. Jika bergerak berlawanan dengan arah jarum jam, maka menunjukkan pompa kalor, dan W akan negatif.

Perpindahan Kalor

Menghindari Kerugian akibat Pemuaian Zat Padat dalam Kehidupan