PENERAPAN HUKUM TERMODINAMIKA PADA RICE COOKER
DISUSUN OLEH: 1. Palupi Ratna Bintari
(15330006)
2. Femilia Aida Maulani
(15330008)
3. Devi Murdiana Sari
(15330010)
4. Parasian Santoso Simanihuruk (15330019)
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS PGRI SEMARANG 2017
1
KATA PENGANTAR Dengan menyebut nama Allah SWT yang maha pengasih lagi maha penyayang, kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah tentang Aplikasi Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari. Pembuatan makalah ini bertujuan untuk melengkapi tugas mata kuliah Termodinamika oleh Dosen Drs. Harto Nuroso M.Pd Penulis berharap semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan wawasan, sehingga penulis dapat memperbaiki isi makalah ini untuk kedepannya dapat lebih baik lagi.
Semarang,
2017
Penulis
2
Daftar Isi Kata Pengantar ................................................................................................................... 2 Daftar Isi ............................................................................................................................ 3
BAB 1 Pendahuluan ......................................................................................................... 5 Latar belakang ................................................................................................................... 5 Rumusan Masalah .............................................................................................................. 5 Tujuan ............................................................................................................................... 5 Manfaat.............................................................................................................................. 6
BAB 2 Tinjauan Pustaka ................................................................................................. 7 Landasan Teori .................................................................................................................. 7
BAB 3 Pembahasan ........................................................................................................ 10 Pengenalan Rice Cooker .................................................................................................. 10 Sejarah Rice Cooker......................................................................................................... 10 Prinsip Kerja Rice Cooker ................................................................................................ 11 Cara Kerja Rice Cooker ................................................................................................... 12 Perawatan Rice Cooker .................................................................................................... 16 Perbaikan Rice Cooker ..................................................................................................... 17
3
BAB 4 Penutup ............................................................................................................... 18 Kesimpulan ...................................................................................................................... 18
Daftar Pustaka ............................................................................................................... 19
4
BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Seiring dengan kemajuan teknologi yang mengglobal telah terpengaruh dalam segala aspek kehidupan baik di bidang ekonomi, politik, kebudayaan, seni dan bahkan di dunia pendidikan. Kemajuan teknologi adalah sesuatu yang tidak bisa kita hindari dalam kehidupan ini, karena kemajuan teknologi akan berjalan sesuai dengan kemajuanm ilmu pengetahuan. Setiap inovasi diciptakan untuk memberikan manfaat positif bagi kehidupan manusia. Memberikan banyak kemudahan, serta sebagai cara baru dalam melakukan aktifitas manusia. Salah satu contoh kecil kemajuan teknologi yaitu tercipta suatu peralatan rumah tangga yang bersumber daya dari listrik yang biasa dikenal dengan sebutan “ RICE COOKER”. Dengan munculnya Rice Cooker dalam kehidupan masyarakat, banyak membantu Pekerjaan rumah tangga terkhusus dalam penanakan nasi sehingga dapat meringankan beban para ibu rumah tangga selain itu juga dapat menghemat biaya. B. Rumusan Masalah 1.
Apa itu rice cooker ?
2.
Bagaimana sejarah rice cooker?
3.
Bagaimana prinsip kerja rice cooker?
4.
Bagaimana cara kerja rice cooker?
5.
Bagaimana cara perawatan rice cooker?
6.
Bagaimana perbaikan rice cooker?
C. Tujuan Artikel ini bertujuan untuk mengetahui bentuk aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari, dimana dalam artikel ini penulis mengangkat tema mengenai termodinamika pada rice cooker dan cara perawatannya
5
D. Manfaat Untuk mengetahui dan memahami penerapan hukum termodinamika pada rice cooker
6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Landasan Teori A. Pengertian Termodinamika Termodinamika merupakan suatu cabang dari sains dan teknik fisika. Para ahli sains umumnya berusaha memahami perilaku dasar sifat fisika dan kimia dari sejumlah materi dalam keadaan berhenti (diam) dan menggunakan prinsip termodinamika untuk menghubungkan sifat-sifat materi tersebut. Para ahli teknik (insinyur) umumnya tertarik untuk mempelajari sistem dan interaksinya dengan lingkungan. Demi memfasilitasi hal ini, insinyur memperluas bidang termodinamika untuk mempelajari sistem dimana terdapat aliran materi. Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar yang dipatahi oleh kalor dan usaha.Secara harfiah, termodinamika adalah studi tentang kalor yang berpindah. Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang kita perhatikan disebut sistem, sedangkan semua yang ada di sekitar sistem disebut lingkungan.
B. Hakekat Termodinamika Termodinamika adalah salah satu bidang terpenting dalam ilmu pengetahuan, kerekayasaan. Cara kerja kebanyakan sistem dapat dijelaskan dengan termodinamika, demikian pula, mengapa berbagai sistem tertentu tidak bekerja seperti yang diinginkan, serta mengapa sistem lainnya sama sekali tidak bekerja. Termodinamika adalah modal utama dari seorang sarjana teknik teoretik untuk merancang motor bakar, pompa termal, motor roket, rice cooker, AC, ginjal buatan, penyuling kimia, dll C. Konsep Dasar Termodinamika Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagi lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar
7
lagi. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter. D. Sistem Termodinamika Untuk menganalisis sistem-sistem panas atau mesin-mesin fluida, mesin-mesin tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai pada benda kerja disebut dengan fluida kerja. Sebagai contoh pompa sebagai benda kerja, fluida kerjanya adalah zat cair. Sedangkan pada kompresor, fluida kerjanya adalah udara. Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya, benda kerja sering disebut dengan sistem, yaitu setiap bagian tertentu, yang volume dan batasnya tidak terlalu tetap, dimana perpindahan dan konversi energi atau massa akan dianalisis. Adapun istilahistilah yang sering disebut adalah sebagai berikut : o Batas Sistem adalah garis imajiner yang membatasi sistem dengan lingkungannya. o Sistem Tertutup yaitu apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi pertukaran energi atau massa, dengan kata lain energy atau massa tidak melewati batas-batas sistem. o Sistem Terbuka yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau melewati batasbatas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi. o Hukum-hukum Dasar Termodinamika Terdapat empat hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika yaitu : 1. Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. 2. Hukum Pertama Termodinamika Hukum ini terkait denga kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total jumlah dari energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. 3. Hukum Kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. 4. Hukum Ketiga Termodinamika 8
Hukum ketiga termodinamika ini terkait dengan temperature nol absolute. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatu nol absolute, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi beda berstruktur Kristal sempurna pada temperature nol absolute bernilai nol.
9
BAB 3 PEMBAHASAN A. Pengenalan RICE COOKER Rice Cooker atau penanak nasi merupakan alat rumah tangga listrik yang berguna untuk memasak nasi. Meskipun tujuan utama alat ini adalah untuk memasak nasi, tetapi dapat juga difungsikan untuk merebus sayuran, mengukus kuah dan sebagainya. Rice Cooker adalah alat penanak nasi elektrik. Alat instan yang semakin berkembang ini untuk menanak nasi sudah tidak repot lagi karena sudah ada alat penanak nasi elektrik. Semua ini memanfaatkan energi listrik dan rice cooker di kelompokan dalam alat rumah tangga karena daya yang dibutuhkan tidak besar hanya 300 watt, 500 watt, 800 watt dan seterusnya.Di dalam rice cooker mempunyai bagian bagian penting. Bagian dalam untuk tempat menanak nasi yang terbuat dari aluminum yang telah dicampur atau dibungkus dengan anti lengket. Dan bagian luar ini untuk melindungi elemen pemanas dan bagian rangkaian kelistrikannya. Ada beberapa elemen pemasan yang di pakai oleh rice cooker : a. Elemen pemanas bawah bisanya berada di dalam bagian bawah elemen pemanas ini tidak mudah untuk diperbaiki. Elemen pemanas dibuat permanen jadi untuk perbaiki sukar diperbaiki, tapi jangan khawatir karena elemen bawah ini jarang sekali rusak. b. Elemen pemanas samping / sering disebut elemen pinggang, c. Elemen pemanas atas berada di dalam tutup rice cooker.
B. Sejarah RICE COOKER Rice cooker pertama kali ditemukan oleh Yoshitada Minami. Pada tahun 1937, tentara Jepang mulai menjalankan prinsip kerja perangkat penanak nasi bertenaga listrik tersebut. Awalnya rice cooker yang digunakan terdiri dari wadah kayu tahan bocor dan lempengan logam bertenaga listrik. Lempengan logam tersebut berfungsi memanaskan wadah kayu yang sudah terisi beras dan air di dalamnya. Wadah kayu yang terus dipanaskan dengan logam pemanas, kemudian menjadikan beras di dalamnya masak. Saat itu, proses untuk mengubah beras menjadi nasi masih sangat lama karena wadah kayu yang digunakan belum dilengkapi penutup. Akibatnya, uap panas yang dihasilkan dari air mendidih di dalam wadah terbuang percuma ke udara bebas. 10
Untuk menyingkat waktu, kemudian perangkat ini dilengkapi dengan tutup, sehingga uap panas bisa dimaksimalkan fungsinya di dalam wadah untuk menjadikan beras lebih cepat masak jadi nasi. Hasil dari penyempurnaan ini kemudian memunculkan ide Mitsubishi memproduksinya secara massal. Pada tahun 1945, perusahaan tersebut untuk pertama kalinya memproduksi dan memperdagangkan rice cooker. Jika tentara Jepang membuat rice cooker dengan wadah kayu, Mistubishi melengkapi perabotan ini dengan wadah aluminium. Dengan demikian, hantaran panas di dalam wadah bekerja lebih maksimal. Dampaknya, nasi di dalam wadah menjadi cepat sekali masak. Ditambah lagi, uap air yang terjebak di dalamnya akibat tertutup rapat, ikut menghasilkan panas yang mempercepat proses menanak nasi. Inovasi ini ternyata belum menjadi titik akhir bagi rice cooker.Pada tahun 1956, Toshiba menyempurnakan perabot ini secara signifikan.Saat itu, Toshiba membuat produk membuat rice cooker yang secara otomatis berhenti bekerja begitu nasi yang dalamnya sudah masak.Inovasi ini menjadikan rice cooker bekerja lebih aman dibanding sebelumnya. Toshiba meraih sukses besar dengan inovasinya. Dalam satu bulan, rata-rata 200 ribu rice cooker terserap pasar dalam negeri. Empat tahun setelah produk Toshiba ini diluncurkan, sekitar 50 persen warga Jepang melengkapi dapurnya dengan rice cooker. Seiring perkembangan waktu, alat ini kemudian menembus pasar dunia dan dilengkapi fungsinya. Alat yang semula hanya bisa memasak nasi, kemudian dilengkapi dengan fungsi menghangatkan nasi, juga menghangatkan sayur-mayur.Namun demikian, sumber tenaga yang digunakannya tetap listrik.
C. Prinsip Kerja RICE COOKER Pada waktu menanak nasi, saklar akan terhubung dengan elemen pemanas utama, arus listrik langsung menuju ke elemen utama dan lampu rice cooking menyala. Ketika suhu pemanas mencapai maksimal dan nasi sudah matang maka thermostat trip (magnet dari otomatis) langsung menggerakkan tuas sehingga posisi saklar jadi berubah mengalirkan listrik menuju ke elemen penghangat nasi melewati thermostat. Pada posisi penghangat ketika suhu thermostat sudah maksimal arus yang menuju ke elemen penghangat akan terputus otomatis, begitu pula ketika suhu pada thermostat
11
berkurang maka otomatis arus menuju elemen penghangat akan terhubung kembali secara otomatis, proses ini akan berlangsung secara terus menerus.
D. Cara Kerja RICE COOKER Hukum termodinamika pada rice cooker : "Thermodynamics is the branch of physical science concerned with heat and its relation to other forms of energy and work. It defines macroscopic variables (such as temperature, entropy,and the pressure) that describe average properties of material bodies and radiation, and explains how they are related and by what laws they change with time" "Termodinamika adalah cabang dari fisika yang berhubungan dengan panas, serta relasinya dengan bentuk lain dari energi dan usaha. Ia menetapkan variabel-variabel makroskopik seperti temperatur, entropi, dan tekanan yang menggambarkan kebanyakan sifat benda secara fisik maupun radiasi, dan menjelaskan bagaimana mereka berhubungan, serta dengan hukum apa mereka berubah dari waktu ke waktu." Nasi tadinya berupa beras dan bertekstur keras, jadi kita akan kesulitan memakannya. Karena itu, kita memberinya air, lalu memanaskannya hingga teksturnya berubah lembut dan mudah dimakan. Itulah yang dinamakan nasi. Untuk memanaskan air dan beras, kita memerlukan energi panas. Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Pertanyaannya: bagaimana rice cooker membuat nasi matang dengan pas, tidak terlalu keras dan tidak terlalu lunak? Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K). Sementara, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, maka pressure cookerakan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar. Namun, jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker. Karena ada tambahan massa (tutup katup), tekanan 12
makin tinggi dan titik kesetimbangan antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.
Rangkaian komponen rice cooker Komponen- Komponen pada rice Cooker biasanya yang berhubungan dengan alat pemanas (heater) dan pengatur uhu (Thermostat). Dibawah adalah gambar skema diagram Rice Cooker
13
Diagram kerja rice cooker Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan gerak acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya. Energi dalam ini berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan panas dan energi internal. Perbedaanya adalah panas dihubungkan dengan pertukaran energi internal dan kerja yang dilakukan oleh sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengerti hukum pertama termodinamika. Radiasi inframerah sering dihubungkan dengan panas, karena objek dalam suhu ruangan atau di atasnya akan memancarkan radiasi kebanyakan terkonstentrasi dalam “band” inframerah-tengah. (lihat badan hitam).
Notasi
Ketika suatu benda melepas panas ke sekitarnya, Q < 0.Ketika benda menyerap panas dari sekitarnya, Q > 0. 14
Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas semua dinotasikan dengan perbedaan permutasi huruf Q. Mereka biasanya diganti dalam konteks yang berbeda.
Kecepatan penyaluran panas
Kecepatan penyaluran panas atau penyaluran panas per unit, ditandai untuk menandakan pergantian per satuan waktu. Dalam Unicode, adalah Q̇, meskipun ada kemungkinan tidak dapat ditampilkan secara benar di seluruh browser. Diukur dalam unit watt.
Fluks panas
Fluks panas didefinisikan sebagai jumlah panas per satuan waktu per luas area, dan dinotasikan q, dan diukur dalam watt per meter2. Juga biasanya dinotasikan sebagai Q″ atau q″.
Perubahan suhu
Jumlah energi panas, ΔQ, dibutuhkan untuk menggantu suhu suatu material dari suhu awal, T0,
ke suhu akhir, Tf tergantung
dari kapasitas
panas bahan tersebut
menurut
hubungan. Kapasitas panas tergantung dari jumlah material yang bertukar panas dan properti bahan tersebut. Kapasitas panas dapat dipecah menjadi beberapa cara berbeda. Pertamatama, dia dapat dipresentasikan sebagai perkalian dari masa dan kapasitas panas spesifik (lebih umum disebut panas spesifik) Cp = mcs atau jumlah mol dan kapasitas panas molar: Cp = ncn. Molar dan kapasitas spesifik panas bergantung dari properti fisik dari zat yang dipanasi, tidak tergantung dari properti spesifik sampel. Definisi di atas tentang kapasitas panas hanya bekerja untuk benda padat dan cair, tetapi untuk gas mereka tak bekerja pada umumnya. Kapasitas panas molar dapat “dimodifikasi” bila perubahan suhu terjadi pada volume termodinamika
tetap
atau tekanan tetap.
dikombinasikan
dengan
Bila
tidak,
persamaan
menggunakan hukum yang
pertama
menghubungkan energi
internal gas tersebut terhadap suhunya. Secara teori air akan mendidih/mencapai titik didih bila diberi suhu panas >= 80 ºC dan < 100 ºC, karena pada suhu 100 ºC air akan menjadi uap, maka pada simulasi pemasakan air sebagian air menjadi uap dan sebagian air yang masak. Berikut model pemasakan air: 15
Waktu dalam pemasakan air hingga suhu mencapai 80C dapat bervariasi, dimana tergantung dari volume wadah air tersebut. Penulis tidak akan menggunakan penggambaran model dengan pendekatan matematik, karena menurut penulis butuh sebuah implementasi pembuktian untuk dapat menentukan model perhitungan untuk waktu, derajat dan pengaruh volume wadah agar air masak. Namun secara logika deskriptif perhitungan air hingga titik didih berbanding lurus dan bisa didapatkan yaitu Td = V .t . ºC, dimana: Td = titik didih (dalam hal ini air) V
=Volume wadah
t
= waktu
ºC
= derajat dalam Celcius
E. Perawatan RICE COOKER Perawatan pada rice cooker relative ringan, perawatan dilakukan terhadap fisik, kelistrikan dan sedikit bagian mekanik. Berikut beberapa tips cara merawat rice cooker : 1. Untuk menghindari agar nasi tidak menempel di bagian dasar panci, aduk sesering mungkin selama memasak. 2. Pilih rice cooker dengan panci yang memiliki kekuatan panas merata dan hemat listrik karena akan mempengaruhi kualitas nasi yang dihasilkan. 3. Segera matikan/cabut power listrik jika nasi tinggal sedikit, sehingga anda dapat berhemat listrik. 4. Tunggu hingga cooker sudah dingin, angkat panci dalamnya, dan tuangkan air untuk merendam sisa-sisa nasi yang masih menempel. Lalu biarkan hingga sisa nasi terkelupas. 5. Cuci panci dengan spons lembut agar tidak menggores lapisan panci/Teflon. 6. Bilas dengan air hangat setelah pencucian guna mengangkat bakteri-bakteri pada panci rice cooker usai digunakan. 7. Pastikan tidak ada sisa sabun yang tertinggal selama proses pencucian agar nasi yang dimasak nantinya tidak berbau sabun. 8. Segera keringkan panci dalam yang sudah dicuci. 9. Jangan lupa juga untuk membersihkan panci luarnya dengan lap lembut.
16
F. Perbaikan Rice Cooker Bagian yang memungkinkan kerusakan pada rice cooker antara lain : a. Kabel tenaga putus atau isolasi terkelupas Cara perbaikannya bila memungkinkan diperbaiki/diisolasi pada bagian yang rusak, tetapi kalau kabel sudah cukup tua dan pendek sebaiknya diganti yang baru. b. Saklar Bila kerusakan yang terjadi bagian seperti pegas/ kontak-kontaknya.Karena model saklarnya tidak umum dijual dipasaran, bila rusak memerlukan perbaikan atau dimodifikasi pada tukang service. c. Elemen pemanas Biasanya disebabkan oleh kesalahan tegangan, dimana biasanya dipakai untuk tegangan 110 V kemudian dipakai pada tegangan 220 V. Sebab lain karena kurangnya pemeliharaan sehingga pada bagian elemen atau bagian dasar rice cooker berkarat, sehingga pelindung elemen rusak dan putus atau terhubung singkat. Jadi untuk memperbaikinya, elemen pemanas harus diganti dengan yang baru.
17
BAB IV PENUTUP Kesimpulan:
Dari pemaparan yang telah dijelaskan maka dapat diambil kesimpulan yaitu : 1. Ilmu thermodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan kerja. 2. Rice Cooker atau penanak nasi merupakan alat rumah tangga listrik yang berguna untuk memasak nasi. 3. Elemen pemanasan yang dipakai rice cooker ada 3 yaitu elemen pemanas bawah, elemen pemanas samping dan elemen pemanas atas. 4. Untuk mengubah beras menjadi nasi diperlukan energi anas yang dihaslkan dari energi listrik. 5. Jika tutup lubang uap pada rice cooker dibuka maka pressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa. 6. Rice cooker yang tutupnya hilang / tidak dipakai terkadang memasak nasi yang terlalu lunak / basah cepat basi. 7. Prinsip kerja rice cooker menggunakan hukum pertama termodinamika.
18
DAFTAR PUSTAKA Abbot, Van Ness. 1989. Seri Buku Schaum: Termodinamika, Terjemahan oleh Kusno Darmadi. 1994. Jakarta: Erlangga Djojodiharjdjo harijono. 1985. Dasar-Dasar Termodinamika Teknik. Jakarta: PT Gramedia Mulyatono. 1992. Panas dan Termodinamika. Intan Pariwara Reynolds, W.C. dan Perkins H.C. Termodinamika Teknik.diterjemahkan oleh Filino Harahap.Jakarta : Penerbit Erlangga http://apriliadomeng.blogspot.co.id/2015/06/aplikasi-thermodinamika-pada-ricecooker.html.
19
