MAKALAH

KALOR DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Disusun sebagai salah satu tugas mata kuliah Termodinamika

Dosen Pengampu : Atsnaita Yasrina, M.Sc

Disusun Oleh :

Puri Arya Puspita Fisika 13620005

Juraidah Fisika 13620010

Lathifa Hanun I. Fisika 13620020

Adik Merisa Fisika 13620022

Fitroh Merkuri W. Fisika 13620023

Dwi Aryani Fisika 13620039

Syafa’atun Zidni Fisika 13620031

KEMENTERIAN AGAMA

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA YOGYAKARTA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

2014

1

BAB I

PENDAHULUAN

1. LATAR BELAKANG

Termodinamika adalah salah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain. Istilah termodinamika diturunkan dari bahasa Yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya). Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen, tetapi kini dianggap sebagai sebagai suatu pernyataan yang diterima kebenarannya dan bersifat umum, tanpa memerlukan pembuktian. Prinsip pertama hukum kekekalan energi, yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja. Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.

2. TUJUAN

1. Mengetahui definisi dari kalor.

2. Mengetahui tentang Hukum Pertama Termodinamika

2

BAB II

PEMBAHASAN

1. KERJA DAN KALOR

KERJA :

1. pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan selain dalam bentuk kalor.

2. Perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain tanpa terikat dengan perbedaan temperatur.

3. “usaha yang dilakukan oleh sebuah sistem bukan hanya tergantug pada keadaan awal dan akhir, tetapi juga tergantung pada proses perantara antara keadaan awal dan keadaan akhir”

Misalkan ada sebuah piston, mula – mula gas ideal menempati ruang dengan volume V dan tekanan P. Kemudian gas mengalami pemuaian secara perlahan sehingga setiap saat terjadi kesetimbangan (proses kuasistatik).

KALOR :

4. Perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur.

5. Kalor bukanlah suatu jenis energi, melainkan energi yang berpindah.

Pada abad ke 19, James Prescott Joule (1818-1889) melakukan sebuah percobaan.

3

Jika beban di kenakan gaya ke bawah. Maka pengaduk akan berputar karena adanya tali yang terhubung dengan katrol. Ketika pengaduk berputar, pengaduk melakukan usaha alias kerja pada air. Besarnya kerja/usaha yang dilakukan oleh pengaduk pada air sebanding dengan besarnya kerja/usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi terhadap beban hingga beban jatuh. Ketika pengaduk melakukan kerja terhadap air, pengaduk menambahkan energi pada air. Karenanya kita bisa mengatakan bahwa kenaikan suhu air disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk menuju air. Semakin besar kerja yang dilakukan, semakin banyak energi yang dipindahkan. Semakin banyak energi yang dipindahkan, semakin besar kenaikan suhu air (air semakin panas).

Ketika berputar dalam air, pengaduk melakukan kerja/usaha pada air sehingga energi pengaduk dipindahkan ke air. Adanya tambahan energi dari pengaduk ini yang membuat suhu air meningkat.

Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 Co (Tepatnya dari 14,5 oC menjadi 15,5 oC). Jumlah kalor yang diperlukan berbeda-beda untuk suhu air yang berbeda. Untuk jumlah kalor yang sama, kenaikan suhu air sebesar 1 oC hanya terjadi antara suhu 14,5 oC sampai 15,5 oC. Satuan kalor yang sering digunakan, terutama untuk menyatakan nilai energi makanan adalah kilokalori (kkal). 1 kkal = 1000 kalori. Nama lain dari 1 kkal = 1 Kalori (huruf K besar).

Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu

benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor

yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya

rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

6. KERJA DIABATIK

PROSES ADIABATIK :

7. Proses yang muncul tanpa perpindahan panas dan massa antara sistem dengan lingkungan.

4

(gambar a)

Menunjukkan kerja adiabatik, pada proses ini terjadi kesetimbangan karena fluida

mengalami pemuaian dengan proses kuasistatik ( pemuaian secara perlahan namun

tetap terjadi kesetimbangan).

(gambar b)

Menunjukkan aliran kalor saja (tanpa kerja). Terdapat cairan dan uap dalam suatu

sistem. Dengan menggunakan bunsen dan cairan akan mengalami penguapan dan

kenaikan temperatur.

(gamabar c)

Menunjukkan kerja dan kalor. Sama seperti kerja adiabatik, tetapi ini menggunakan

bunsen. Sehingga terjadi kenaikan temperatur.

1. FUNGSI ENERGI INTERNAL

Fungsi energi internal atau energi dalam (U) merupakan fungsi keadaan suatu

sistem. Perubahan energi dalam suatu sistem akan meningkat sebanding dengan

5

jumlah kalor yang ditambahkan pada suatu sistem. Banyaknya fungsi koordinat

termodinamik (P,V,θ) sama dengan energi yang diperlukan untuk melakukan keadaan

suatu sistem. Jadi energi internal dapat dikatakan sebagai fungsi dari dua koordinat

termodinamika.

Misalnya di dalam sistem termodinamika, terdapat tiga fungsi koordinat

termodinamika P, V, . Apabila diukur maka akan ada satu variable yang kehilangan

kebebasannya. Jadi pengukuran hanya ditentukan oleh dua koordinat saja, sehingga

yang ketiga itu ditentukan oleh persamaan keadaan. Contohnya, ketika mengukur nilai

V dengan P danθ nilainya sembarang. Maka V merupakan variable terikat, sedangkan

P dan T variable bebas.

Apabila koordinat yang dipakai untuk menghitung kedua keadaan hanya berbeda

infinitesimal, maka perubahan energi dalamnya adalah dU. Infinitesimal yaitu

perubahan keadaan yang sangat kecil sehingga tidak boleh diukur.

Di ambil contoh kasus pada sistem hidrostatik. Dalam sistem hidrostatik, jika U

dipandang sebagai fungsi θ dan V, maka:

dU =( ∂ U∂θ )

vdθ+( ∂ U

∂V )θdV (1.1)

Tetapi jika U sebagai fungsi θ dan P, maka:

dU =( ∂ U∂θ )

Pdθ+( ∂U

∂P )θdP

Dimana:

( ∂ U∂θ )

v=fungsidari θ dan V

( ∂ U∂θ )

P=fungsidariθ dan P

2. PERUMUSAN MATEMATIS HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

6

Untuk menyatakan atau menganalisis perubahan keadaan pada kasus perumusan

matematis pada hukum pertama termodinamika dapat dilakukan dua percobaan yang

berbeda, yaitu perubahan keadaan dengan proses adiabatik dan non adiabatik dengan

sistem yang sama.

Proses adiabatik yaitu suatu proses perubahan energi yang terjadi tanpa adanya

perpindahan kalor antara sistem dengan lingkungan. Sedangkan proses non adiabatik

yaitu suatu proses perubahan energi yang memungkinkan adanya pertukaran energi

antara sistem dengan lingkungan.

Pada proses adiabatik, besar kerja adiabatik yang diperlukan untuk mengubah

keadaan sistem yaitu U f−U i. Tetapi pada proses non adiabatik besarnya kerja yang

dilakukan yaitu tidak sama dengan U f−U i. Sesuai dengan hukum kekekalan energi,

bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi energi hanya

dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk yang lain. Jadi dapat disimpulkan

bahwa pada proses non adiabatik energinya telah dipindahkan dengan cara yang lain

dari pelaksanaan kerja. Energi yang dimaksud disini adalah sama dengan kalor, yaitu

“apabila suatu sistem, yang lingkungannya bertemperatur berbeda dan kerja bisa

dilakukan padanya, mengalami suatu proses, maka energy yang dipindahkan dengan

cara nonmekanis yang sama dengan perbedaan antara perubahan energy internal

dan kerja yang dilakukan” (Zemansky, 1986).

Hukum pertama Termodinamika mengatakan bahwa “kenaikan energi internal

dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan energi panas yang ditambahkan ke

dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap

lingkungannya.”

dU =dQ−dW (1.2)

Dimana:

dU = energi internal

dQ = energi yang ditambahkan ke sistem

dW = kerja yang dilakukan oleh sistem

Q positif = energi masuk ke dalam sistem

7

Q negatif = energi keluar dari sistem

W positif = memerlukan usaha

W negatif = melakukan usaha

Dalam perumusan matematis hukum pertama termodinamika mencoba

menjelaskan definisi kalor sebagai energi dalam perpindahan yang ditimbulkan oleh

perbedaan temperature. Pembuktian kalor adalah berhasil dibuktikan oleh Joule pada

selang tahun antara 1840-1849 dengan berbagai percobaan yang dilakukannya.

1. KONSEP KALOR

Kalor merupakan perpindahan energi internal dari suau sistem ke sistem lain

karena adanya perbedaan suhu, dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

Perpindahan energi tersebut tidak dapat diketahui prosesnya, namun diketahui laju

aliran Q̇ yang merupakan fungsi waktu

Q=∫t 1

t 2

Q̇ dt (1.3)

dapat diketahui bila t1 – t2 telah berlalau dan setah aliran berhenti.

Q bukan merupakan fungsi koordinat termodinamik tetapi bergantug pda lintasan

yang dilalauui sistem dari keadaan awal ke keadaan akhir.

Sistem A dalam sentuhan termal sistem B yang kedua sistem tersebut dilindungi

dinding adiabat.

Untuk sistem A:

U f−U i=Q+W

Untuk sistem B:

U f' −U i '=Q’+W ’

Dengan menjumlahkannya didapat

(U f – U i)– (U f' −U i’)=Q+Q’+W +W ’

8

(U f +U i' )−(U i+U i

') merupakan energi sistem gabungan dan W +W ’ merupakan kerja

yang dilakukan oleh sistem gabungan, maka Q+Q' adalah kalor yang dipindahkan

oleh sistem gabuangan. Karena sistem dilindungi dinding adiabat,

Q+Q'=0

Q=−Q'

Dalam kondisi adiabat kalor yang dibuang sistem A sama dengan kalor yang diterima

sistem B.

2. BENTUK DIFFERENSIAL HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Proses infinitesimal adalah suatu proses yang menyangkut peubahan

infinitesimal dari koordinat termodinamik. Maka hukum pertama termodinamika

dalam proses tersebut menjadi

dU =đQ+dW (1.4)

Proses infinitesimal kuasa-statik merupakan proses yang sistemnya berpindah dari

keadaan setimbang awal ke keadaan serimbang berikutnya.

Untuk proses kuasa statik infinitesimal dari suatu sistem hidrostatik hukum pertama

menjadi

dU =đQ−P dV (1.5)

Misal, dalam kasus sistem gabungan yang terdiri atas dua bagian hidrostatik

yang dipisahkam oleh dinding diaterm nilai dQ dapat diungkapkan sebagai berikut

đQ=dU +PdV +P' dV ’ (1.6)

dinding diaterm adalah dinding pemisah yang menyebabakan adanya interaksi

dari sistem-sistem yang bersentuhan.

Ruas kanan pada persamaan (1.5) dan (1.6) dikenal dengan bentuk differensial

Pfaff. Ruas kiri dalam persamaaan (1.5) dan (1.6) menggambarkan sejumlah

infinitesimal kalor đQ dan transfer kalor bergantung pada lintasan maka đQ adalah

differensial taksaksama dan bentuk differensial Pfaff adalah differensial taksaksama.

Differensial taksaksama dapat dibuat saksama dengan mengalikannya dengan faktor

9

integrasi. Pada umumnya bentuk differensial Pfaff yang mengandung tiga differensial

tidak memperbolehkan adanya faktor integrasi, tetapi karena adanya hukum alam yang

baru (hukum kedua termodinamika) maka bentuk differensial Pfaff yang

menggambarkan dQ mempunyai faktor integrasi. Faktor integrasi dQ yang didapatkan

untuk sistem dengan peubah bebas yang bnyaknya sekehendak merupakan fungsi

sembarang dari temperatur empris saja dan sama untuk segala sistem.

1. KAPASITAS KALOR DAN PENGUKURANNYA

Suatu sistem yang menyerap kalor, tidak selalu akan mengalami perubahan

temperatur. Kapasitas kalor atau kapasitas panas (biasanya dilambangkan dengan

kapital C) adalah besaran terukur yang menggambarkan banyaknya kalor Q yang

diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat (benda) dari θ f ke θi sebesar jumlah

tertentu. Kapasitas kalor didefinisikan sebagai:

C = ðQdθ (1.7)

Pada umumnya kapasitas panas C berubah dengan suhu θ, jadi C adalah fungsi θ,

sehingga:

Kapasitas kalor rata-rata = Q

θf −θi

Kapasitas panas merupakan kuantitas ekstensif (berbanding lurus dengan

massa) agar mudah dalam pengoperasiannya, kita bagi dengan massa sehingga

menjadi ‘per satuan massa’ yang berarti kuantitas spesifik. Kapasitas kalor spesifik

diukur dalam J/kg.K atau kJ/kg.K.

Apabila C menyatakan kapasitas kalor dari n mol zat, maka kapasitor kalor molar atau

panas jenis c ialah:

c=Cn

=1n

ðQdθ

c diukur dalam J/mol.K atau kJ/mol.K.

Dengan n adalah banyaknya mol, yaitu:

n=massatotalm

10

Dengan m adalah massa molar atau massa satu mol atom yang bergantung pada

bilangan Avogadro N A sebesar 6,023 X 1023 partikel/mol. Besarnya kita dapatkan:

m ¿m N A

Dengan 1 kalori = 4,1858 J.

Panas yang masuk atau keluar dari sistem adalah:

Q=∫θ1

θ2

C dθ=n∫θ1

θ2

cdθ (1.8)

Karena C maupun c tidak konstan, melainkan fungsi waktu sehingga tidak boleh

dikeluarkan dari tanda integral. Jadi C maupun c dapat dikeluarkan apabila telah

memenuhi nilai konstan atau dianggap konstan.

Penyerapan panas dapat melalui berbagai proses yang menyebabkan kapasitas

kalor dapat bernilai positif, negatif, nol ataupun tak terhingga. Banyaknya panas yang

diserap berbeda untuk proses yang berbeda. Sehingga, setiap sistem sederhana

memiliki kapasitas kalornya tersendiri. Sebagai contoh, dalam hal sistem hidrostatik

hasil bagi ðQdθ memiliki harga tetap apabila tekanan atau volume dijaga tetap.

Kapasitas kalor pada tekanantetap cP=( ðQdθ )

P(1.9)

Kapasitas kalor pada volumetetap cV =( ðQdθ )

V(1.10)

Tabel 4.2 Kapasitas kalor sistem sederhana

Sistem Kapasitas Kalor Lambang

Hidrostatik Pada tekanan tetap

Pada volume tetap

CP

CV

Linear Pada gaya tegang tetap

Pada panjang tetap

C I

CL

Permukaan Pada tegangan permukaan tetap C γ

11

Pada luas tetap C A

Listrik Pada elektromotansi tetap

Pada muatan tetap

CZ

C ε

Dielektrik Pada medan listrik tetap

Pada polarisasi tetap

CE

Cn

Magnetik Pada medan magnetik tetap

Pada magnetisasi tetap

CH

CM

2. KAPASITAS KALOR AIR (KALORI)

Kalori merupakan satuan kalor yang didefinisikan sebagai banyaknya kalor

yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1g air sebesar 1 derajat celcius. Namun

setelah dilakukan pengukuran lebih tepat dan koreksi lebih teliti didapatkan kalor yang

diperlukan untuk mengubah 1g air dari 0℃ menjadi 1℃ ternyata berbeda apabila

mengubah dari 30℃ menjadi 31℃. Sehingga lebih tepatnya, kalori didefinisikan

sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1g air dari 14,5

℃ menjadi 15,5℃ (kalori 15-derajat). Dalam mengukur jumlah kalor yang

dipindahkan antara suatu sistem dengan sejumlah air hanya dibutuhkan dua

pengukuran yaitu massa air dan perubahan temperatur.

Jumlah kerja yang diperlukan dalam air per satuan massa air dari temperatur

14,5℃ menjadi 15,5℃ disebut kesetaraan mekanis kalor, yang bernilai 4,1860 J/kal.

Namun banyak fisikawan dan kimiawan yang telah menyingkirkan kalori dan semua

kuantitas termal dinyatakan dalam joule. Tidak ada kesetaraan mekanis kalor, yang

ada hanyalah kalor spesifik air dinyatakan dalan kJ/kg.K dengan variasi temperatur

berkisar antara 0℃ hingga 100℃ seperti pada gambar 4-6.

12

1. PERSAMAAN UNTUK SISTEM HIDROSTATIK

Rumusan matematis hukum pertama untuk sistem hidrostatik adalah:

dQ = dU + P dV (1.11)

dengan U fungsi dua perubah diantara P,V,dan ϴ,dengan memilih ϴ dan V sebagai

variabel bebas maka didapatkan :

dU =( ∂ U∂θ )v dθ+¿)θ dV

sehingga:

dQ = ( ∂ U∂θ )v dθ+¿)θ+P ¿dV (dengan membagi dengan dθ)

karena berlaku pada segala perubahan temperatu dan volume (dθ dan dV ¿ sehingga:

dQdθ

=( ∂ U∂θ ) v+[( ∂ U

∂θ)θ+P] dV

dθ

Ketika terjadi beberapa kondisi yaitu:

1. Jika V tetap, dV=0 maka persamaan diatas berlaku:

( dQdθ )v=( ∂ U

∂θ )v

Sedangkan kapasitas kalor pada volume tetap Cv; sehingga:13

Cv=(∂U∂ θ

¿v dengan mengingat bahwa ( dQdθ )v adalah sama dengan kapasitas kalor.

2. Jika P tetap maka persamaannya berubah menjadi :

( dQdθ ) p=( ∂U

∂ θ )v+[( ∂U∂ θ )θ+P ]( ∂ V

∂ θ ) p → berdasarkan persamaan awal pada

sistem hidrostatik.

Sehingga menurut definisinya :

( dQdθ ) p=Cp dan (∂V

∂θ¿ p=β

Cp=Cv+[(∂U∂ θ )θ+P ]Vβ atau( ∂U

∂ θ )θ=Cp−CvVβ – P

Persamaan diatas berlaku ketika menghubungkan besar perubahan energi terhadap

perubahan volume dengan melalui kuantitas Cp,Cv,dan β yang bisa diukur.

1. ALIRAN KUASI STATIK; TANDON KALOR

Ketika terjadi gaya tak berimbang maka akan di sertai dengan gejala seperti

turbulensi dan percpatan yang tidak bisa di selesaikan dengan menggunakan koordinat

termodinamika. Gejala turbulensi bisa terjadi juga ketika terdapat perbedaan

temperatur antara sistem dan linkungan akan tetapi selama terjadi proses kuasi statik

berlangsung maka perbedaab antara temperatur sistem an lingkugannya adalah

infinitesimal (dalam definisinya perkalian kecil yang tak terhingga akibat proses

perubahan yang sangat lambat). Sehingga untuk menghitung ketika sistem itu serba

sama diseluruh bagian dan perubahannya sangat lambat dapat digunakan koordinat

termodinamika secara keseluruhan sistem.

Sebagai contoh yaitu jika sepotong es dengan ukuran yang biasa dilemparkan

kedalam lautan, temperatur laut tidk akan turun. Dan sejumlah kalor berhingga yang

mengalir selama proses ini tidak akan menimbulkan perubahan yang berarti sehingga

tidak ada aliran biasa kalor keudara yang menimbulkan kenaikan temperatur udara.

Lautan dan udara luar pada contoh tersebut merupakan contoh hamparan benda ideal

yang disebut tandon kalor. Tandon kalor adalah benda yang massanya demikian besar

sehingga benda itu bisa menyerap atau membuang jumlah kalor yang tak terbatas

14

banyaknya tanpa menimbulkan perubahan temperatur atau perubahan koordinat

termodinamika lainnya.

Suatu proses kuasi statik suatu sistem yang bersentuhan dengan suatu tandon

kalor maka dipertahankan supaya dalam keadaan isotermal.ketika sederatan tandon

bertemperatur ɵi hingga ɵf bersentuhan dengan sistem tekanan tetap dengan kapasitas

kalor Cp sehingga yang bersetuhan itu infinitesimal.

Maka untuk aliran kuasi statik dapat dihitung dengan:

Cp = (dQdθ

)p

Qp = ∫θi

θf

Cp dθ (ketika tejadi proses isobar kuasi statik)

Ketika Cp tetap maka:

Qp = Cp (θf −θi ¿ (1.12)

Dan untuk proses isovolum:

Qv = ∫θi

θf

Cv dθ (1.13)

Dan peninjauan serupa itu berlaku pada proses kuasi stasik lainnya.

2. PENGHANTARAN KALOR

Penghantaran kalor merupakan transpor energi antara elemen volum yang ditimbulkan oleh perbedaan temperatur antar elemen tersebut.

Sepotong bahan berbentuk lempengan dengan tebal ∆x dan luas A .Salah satu

permukaannya dipertahankan pada temperatur θ dan yang lainnya dengan temperatur

15

θ+ ∆θ.Kalor Q yang mengalir tegak lurus permukaan selama waktu τ tertentu. Rumus

penghantaran kalor :

Suatu zat yang memiliki konduktivitas termal yang besar disebut penghantar termal dan zat dengan harga K kecil disebut penyekat termal. Dalam kasus ini menunjukkan bahwa K bergantung pada temperatur. Elemen volum bahan penghantar konduktivitas termalnya bisa berbeda. Jika perbedaan temperatur antar bagian zat kecil, maka harga K tetap pada seluruh zat.

3. KONDUKTIVITAS TERMAL

Konduktivitas termal merupakan suatu fenomena transport dimana perbedaan temperatur menyebabkan transfer energi termal dari suatu daerah benda panas ke daerah yang lain dari benda yang sama pada temperatur rendah. Dengan kata lain, konduktivitas termal merupakan kemampuan suatu benda untuk memindahkan kalor melalui benda tersebut. Rumus konduktivitas termal :

1. Benda yang diteliti logam (berbentuk batang)

16

Salah satu ujung batang di panaskan dengan dialiri arus listrik dan salah satu ujung lainnya di dinginkan dengan dialiri air. Pada permukaan batang tersekat termal dan kalor hilang melalui penyekat tersebut, kalor yang hilang dapat di hitung dengan mengurangi laju kalor yang memasuki air dari laju energi yang diberikan. Hampir semua logam , kalor yang hilang melalui permukaan batang sangat kecil jika di bandingkan dengan kalor yang mengalir.

2. Benda yang di teliti bukan logam (berbentuk lempengan tipis)

Lempengan tipis diletakkan diantara dua balok tembaga yang salah satu ujungnya dipanaskan dengan dialiri arus listrik dan ujung yang lain didinginkan dengan dialiri air.Lempengan tipis dan balok tembaga bersentuhan termal. Laju pemberian kalor sama dengan laju pemberian kalor oleh air, berarti hanya sedikit kalor yang hilang melalui pinggirannya.

Konduktivitas termal besar merupakan penghantar kalor yang baik, sedangkan konduktivitas termal kecil merupakan penghantar kalor yang buruk. Gas pada umumnya merupakan penghantar kalo yang paling buruk. Pada tekanan di atas nilai tertentu bergantung pada sifat gas dan dimensi bejana tempat gas tersebutdan konduktivitas termalnya tidak bergantung pada tekanan.

3. KONVEKSI KALOR17

sebagian diserap (absorbsi)

Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan

dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Jika perpindahannya dikarenakan

perbedaan kerapatan karena perbedaan temperatur disebut konveksi alamiah. Jika

gerakan fluida disebabkan oleh gaya pemaksa dari luar contohnya dari pompa atau

kipas, maka disebut konveksi paksa.

Besarnya konveksi tergantung pada :

1. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

2. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (ϴ).

3. Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

# viscositas fluida (kekentalan fluida)

# kecepatan fluida

# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

# kapasitas panas fluida

# rapat massa fluida

# bentuk permukaan kontak

Konveksi : Q = h A ϴ (1.14)

4. RADIASI TERMAL ; BENDA HITAM

Radiasi termal yaitu radiasi yang dipancarkan oleh zat padat, zat cair atau gas

menurut temperaturnya. benda akan memancarkan radiasi elektromagnetik jika

memiliki suhu tinggi. eksitansi radian adalah daya radiasi total yang dipancarkan

per-satuan luas benda tersebut (R.)

Radiasi termal sebagian dipantulkan

(benda)

Isotropik

Sebagian diteruskan

18

Laju pemancaran radiasi termal (isotropik) dari benda bergantung pada

temperatur dan sifat permukaan benda.Fraksi ini disebut keserapan [absorbtivitas

(α)]. Benda hitan adalah suatu zat ideal (sistem) yang dapat menyerap semua radiasi

kalor yang mengenai benda atau sistem tersebut.

Jika suatu benda hitam ditunjukkan dengan tikalas B,maka αB =1 . Irradiansi

adalah energi radian yang jatuh per-satuan waktu per-satuan luas pada permukaan

dalam rongga (H). Karena temperatur benda hitam tetap, laju terserapnya energi

harus sama dengan laju terpancarnya, sehingga :

(1.15)

Dimana : daya radian yang diserap per-satuan luas = αB H = H,

daya radian yang dipancarkan per-satuan luas = RB

Irradiansi dalam suatu rongga yang dindingnya bertemperatur θ sama dengan

eksitansi radian benda hitam pada temperature yang sama.Karna itu radiasi dalam

rongga disebut radiasi benda hitam. Karna H tidak bergantung pada bahan yang

membentuk dindingnya, maka eksitansi radian suatu benda hitam adalah fungsi dari

temperature saja.

1. HUKUM KIRCHOFF; KALOR TERADIASI

Pemancaran radiasi bukan benda hitam bergantung pada sifat permukaan

dengan hukum sederhananya yang dikenal sebagai Hukum Kirchoff:

“Andaikan benda bukan benda hitam pada temperatur θ, dengan pemancaran radian

R dan keserapan α , dimasukkan ke dalam rongga yang dinding dalamnya

bertemperatur sama dengan irradiansi H . Jadi,

Daya radian yang diserap per satuan luas = αH , dan

Daya radian yang dipancarkan per satuan luas = R.

Karena benda itu dalam kesetimbangan,

R=αH

19

H = RB

Menurut persamaan (1.15), H=RB; sehingga

R=α RB (1.16)

Atau eksitansi radian setiap benda pada setiap temperatur sama dengan fraksi

eksitasi radian benda hitam pada temperatur itu, fraksi ini sama dengan keserapan

pada temperatur itu. (Zemansky dan Dittman, 1986)

Hukum Kirchhoff memiliki kesimpulan bahwa keserapan tidak bisa

melebihi jumlah energi yang diserap (berdasarkan hukum kekekalan energi), sehingga 

tidak mungkin suatu benda memancarkan energi radiasi yang lebih besar

dibandingkan benda hitam sempurna pada kesetimbangan.

RRB

=α

Harga keserapan untuk berbagai permukaan yang diukur dengan cara ini

diberikan dalam tabel 4.3.

Hubungan dengan kalor adalah mengacu pada definisi kalor sebelumya, karena

pertambahan atau kehilangan energi melalui radiasi dan penyerapan hanya terjadi jika

ada perbedaan temperatur antara benda dan lingkungannya sehingga terjadi

pemindahan kalor. Apabila mempunyai kesamaan temperatur maka tidak ada

pemindahan kalor atau tidak ada pertambahan atau pengurangan energi internal benda

atau lingkungannya.

Tabel 4.3 Keserapan hampiran berbagai permukaan menurut data yang dikumpulkan

oleh Hottel

Bahan Selang temperatur, ℃ Keserapan

Logam terupam:

Aluminium

Kuningan

Kromium

Tembaga

250-600

250-400

50-550

100

0,039-0,057

0,033-0,037

0,8-0,26

0,018

20

Besi

Nikel

Seng

Filamen:

Molibdenum

Platina

Tentalium

Tungsten

Bahan lain:

Asbes

Es (basah)

Jelaga

Karet

150-1000

20-350

250-350

750-2600

30-1200

1300-3000

30-3000

40-350

0

20-350

25

0,05-0,37

0,045-0,087

0,045-0,053

0,096-0,29

0,036-0,19

0,19-0,31

0,032-0,35

0,93-0,95

0,97

0,95

0,86

2. HUKUM STEFAN-BOLTZMAN

Hukum Stefan-Boltzman menjelaskan tentang radiasi termal. Besarnya radiasi

termal dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

1. Suhu

semakin tinggi suhu suatu benda maka radiasi yang dipancarkan juga akan samakin besar.

2. Luas permukaan

semakin besar luas permukaan suatu benda maka radiasi termal yang dipancarkan juga akan semakin banyak.

3. Sifat permukaan

Sifat permukaan sangat berpengaruh terhadap pancaran radiasi termal, permukaan benda yang kasar akan lebih banyak memancarkan radiasi termal daripada benda dengan permukaan halus atau licin.

4. Jenis material

Jenis material antara satu benda dengan benda lain berbeda-beda. Benda yang memiliki material yang bagus akan memancarkan radiasi termal yang lebih banyak pula.

21

Pada tahun 1879 Stefan mengemukakan bahwa kalor yang diradiasi berbanding

lurus dengan pangkat empat dari perbedaan temperatur mutlak. Kemudian diturunkan

secara termodinamis oleh Boltzman yang menyatakan bahwa pemancaran radiasi

suatu benda hitam pada sembarang temperatur θ yaitu sama dengan :

RB (θ )=σ θ4(1.17)

Yang kemudian dikenal dengan Hukum Stefan-Boltzman, dengan σ adalah tetapan

Stefan-Boltzman.

22

BAB III

PENUTUP

1. KESIMPULAN

1. Kalor adalah perpindahan energi dari satu benda ke benda lain karena adanya perbedaan temperatur

2. Hukum Pertama Termodinamika berbunyi “Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya”

dU = dQ – dW

Keterangan:

1. Q bernilai positif apabila energi masuk ke dalam sistem

2. Q bernilai negatif apabila energi keluar dari sistem

3. W bernilai positif apabila memerluka kerja

4. W bernilai negatif apabila melakukan kerja

5. SARAN

23