PERCOBAAN TERMODINAMIKA Ratna Dwi Astuti (14726251010) Eka Muliatul Ulfa (14726251013)
Pendidikan Fisika_2015
Perubahan energi pada suatu sistem terjadi akibat aliran kalor atau usaha yang dialami oleh suatu sistem. Perjuangan Joule dan yang lainnya menunjukkan bahwa energi dalam maupun energi mekanik yang hilang selalu sama dengan energi dalam yang dihasilkan. Energi dalam sebuah sistem dapat diubah dengan mengalirkan kalor dari atau ke sistem atau melakukan usaha pada atau oleh sistem atau dengan kata lain energi total (energi dalam ditambah energi mekanik) selalu tetap. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Pertama Termodinamika Melalui percobaan sederhana tentang Hukum Pertama Termodinamika ini dimana akan membuktikan apakah terdapat hubungan antara besar usaha yang ditimbulkan dengan besar kalor yang dihasilkan. Percobaan dilakukan dengan merancang alat sederhana yaitu dengan menggunakan kapal uap sederhana dan akan melihat fenomena kapal uap bergerak dengan arah berlawanan dengan arah uap yang dihasilkan. Melalui fenomena ini dapat disimpulkan bahwa jumlah kalor yang terdapat pada sistem disertai usaha yang dilakukan sistem sama dengan perubahan energi dalamnya. Kata kunci: Hukum Pertama Termodinamika, kalor, usaha, perubahan energi dalam
1. Dasar Teori
Pada abad ke-17 Galileo, Newton, dan ilmuwan lainnya berpendapat sama tentang kalor (heat (heat ) dengan mengikuti teori atom Yunani Kuno bahwa kalor merupakan fluida yang tidak tampak akibat akibat perbedaan suhu. Sampai abad ke-18, Benjamin Thomson dan Count Rumford mengusulkan adanya hubungan antara kalor dan energi mekanik ketika melihat pembuatan merlam yang dilubangi bor. Baru pertengahan abad ke-19, James Presscott Joule dengan percobaannya berhasil menemukan adanya hubungan antara energi dan kalor. Cabang
ilmu yang mempelajari hubungan tersebut adalah termodinamika. Dalam melakukan pengamatan mengenai aliran energi antara panas dan usaha ini dikenal dengan dua istilah yaitu sistem dan lingkungan. Dalam termodinamika, benda-benda yang diamati dan diperhatikan disebut sistem. sistem. Adapun segala sesuatu di luar sistem yang mempengaruhi sistem tersebut dinamakan lingkungan Hukum I termodinamika menyatakan bahwa: “ Jumlah kalor yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem ditambah usaha yang
dilakukan oleh sistem”.
Artinya, meskipun suatu bentuk energi telah berubah ke dalam bentuk energi lain, jumlah seluruh energi itu selalu tetap Hukum I Termodinamika menjelaskan hubungan antara kalor yang diterima atau yang dilepaskan oleh suatu sistem dan usaha luar yang dilakukan oleh sistem, serta perubahan energi dalam yang ditimbulkannya. Dalam bentuk persamaan, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagai berikut. Dengan: Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem (J) ΔU = perubahan energi dalam sistem = U 2 – U 1 (J) W = usaha luar yang dilakukan/diberikan pada sistem (J)
Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan tersebut adalah sebagai berikut. a. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif b. Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif c. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q bernilai negatif d. Jika siswa menerima kalor maka nilai Q berharga positif Selain dipengaruhi oleh nilai kalor (Q) dan nilai usaha (W ), sistem juga dipengaruhi perubahan energi dalam ( ΔU ). ΔU tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut. Pada proses termodinamika, energi dalam sistem dapat bertambah, berkurang, atau tetap. Jika panas yang diberikan ke
dalam sistem lebih besar daripada kerja yang dilakukan sistem, ΔU positif dan energi dalam bertambah. Jika panas yang mengalir keluar sistem lebih besar daripada kerja yang dilakukan terhadap sistem, ΔU negatif dan energi dalam berkurang. Namun jika panas yang diberikan ke dalam sistem sama dengan kerja yang dilakukan sistem, ΔU =0 dan energi dalam tidak berubah 2. Identifikasi Variabel Adapun variabel-variabel yang akan diukur dalam penelitian ini adalah:
Keterangan:
: massa zat cair : kalor jenis zat cair : perubahan suhu pada air : gaya : perpindahan : perubahan energi dalam : perubahan suhu pada udara : besar mol : tetapan umum gas ( = 8,31 J/mol = 8310 J/kmol) 3. Definisi Operasional Variabel Dalam melakukan kegiatan praktikum ini adapun penggunaan variabel-variabel yaitu sebagai berikut :
Massa zat cair () adalah massa zat cair yang digunakan dalam percobaan. Dalam hal ini yaitu air Kalor jenis zat cair ( ) adalah kalor jenis zat cair yang digunakan dalam
percobaan. Dalam hal ini adalah 3 kalor jenis air yaitu 1000 kg/m
5. Desain Rancangan Alat
Perubahan suhu air ( ) adalah perubahan suhu pada air sebelum dipanaskan hingga sampai tepat akan bergerak
1
2
Perubahan suhu air () adalah perubahan suhu pada udara sebelum dipanaskan hingga sampai tepat akan bergerak Perubahan energi dalam () adalah perubahan energi dalam pada kaleng Gaya ( ) adalah gaya yang diperlukan benda untuk bergerak
Perpindahan () adalah perpindahan yang dilakukan benda 4. Alat dan Bahan (disertai biaya Adapun alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan alat sebagai berikut :
6
7
No 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Alat dan Bahan Gabus dengan tebal 3 cm Kaleng minuman ringan
Biaya Rp8.200
Kawat Gunting Triplek tipis Isolasi Cutter Ember Thermometer Mistar doubletip Kapas minyak Tutup kaleng Suntikan
Rp2.000 Rp2.400 -
Rp6.400
Keterangan: 1. Ember 2. Kaleng 3. Gabus (badan kapal) 4. Kawat penyangga 5. Kapas 6. Tutup kaleng 7. triplek 6. Prosedur a. Siapkan kaleng minuman bekas b. Lubangi kaleng pada salah satu sisi c. Lilitkan kawat pada sisi depan dan belakang kawat d. Kuatkan kawat dengan isolasi e. Potong gabus sesuai desain percobaan f. Tancapkan kawat penyangga pada gabus (usahakan kaleng seimbang) g. Tempelkan triplek di bawah kaleng pada gabus h. Masukkan air dengan menggunakan suntikan i. Tempatkan thermometer di dalam kaleng
j.
Amati perubahan suhu, perpindahan benda k. Ulangi langkah-langkah di atas untuk zat cair lain 7. Data dan Analisis Data N perubaha perpindahan kalor o n suhu benda
8. Pembahasan Kapal uap sederhana ini digunakan untuk membuktikan Hukum Pertama Termodinamika. Perubahan suhu pada air digunakan untuk menentukan kalor pada sistem. Perubahan suhu pada udara digunakan untuk menentukan perubahan energi dalam pada sistem sedangkan perpindahan benda digunakan untuk mengukur usaha. Alat ini cukup baik untuk digunakan dalam menunjukkan Hukum Pertama Termodinamika dimana perubahan energi dalam sama dengan kalor disertai usaha
pada sistem. Kendala yang ditemui pada percobaan adalah kapal tidak bergerak lurus cenderung memutar 9. Kesimpulan dan Saran Percobaan kapal uap sederhana dapat digunakan untuk membuktikan Hukum Pertama Termodinamika. Hal-hal yang dapat digunakan untuk mengurangi ketidakakuratan pada percobaan adalah: - Menggunakan tempat yang lebih besar - Ukuran perahu dikurangi sehingga beban yang digunakan untuk bergerak lebih kecil 10. Referensi Kanginan, Marthen. 2006. Fisika Untuk SMA Kelas XI Semester 2. Jakarta: Erlangga Saripudin, Aip. 2008. Praktis Belajar Fisika.Jakarta : Visindo Seran, Goris. 2008.. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Grasindo Supiyanto. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI.Jakarta: Phibeta Aneka Gama Umar, Efrizon. 2008. Buku Pintar Fisika.Jakarta: Media Pusindo
