kelompok 4 energi kalor
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Energi dari suatu benda adalah ukuran dari kesanggupan suatu benda
untuk melakukan suatu usaha. Satuan energi adalah joule. Energi yang kita
butuhkan tidak hanya berasal dari tubuh kita tetapi juga berasal dari alam,
misalnya energi panas, energi gerak/kinetic dan energi bunyi. Kalor adalah
suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda
tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Panas atau kalor adalah energi
yang berpindah karena adnya perbedaan suhu. Satuan panas dalam SI adalah
Joule.
Panas bergerak dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang
bersuhu rendah.Jumlah energi yang disalurkan adalh energi yang tertukar. Jika
kalor diberikan pada suatu zat, maka ada tiga kemungkinan zat tersebut yaitu
zat emengalami perubahan suhu, zat mengalami perubahan wujud, dan zat
mengalami pemuaian.
Energi panas tidak dapat kita lihat bentuknya tetapi pengaruhnya dapat
kita rasakan. Sumber energi panas terbesar di bumi adalah matahari. Manusia
memanfaatkan energi panas yang berasal dari matahari untuk Menguapkan air,
penjemuran pakaian, pengeringan pakaian/ikan asin/bahan makanan, proses
pembuatan garam, Menghangatkan ruangan dan memanaskan air,
Mengeringkan bahan makanan, kayu bakar dan proses pembuatan garam.
Prinsip kerja alat rumah tangga dan industry juga banyak
menggunakan manfaat dari kalor. Kalor dapat mengalami perubahan bentuk
dan memberikan pengaruh terhadap benda disekitarnya. Benda-benda
disekitar kita juga tidak hanya menerima kalor namun juga dapat melepaskan
kalor. Hal ini lah yang banyak dimanfaatkan dalam pengembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi.
Dari pemaparan diatas maka penulis menyusun makalah ini dengan
judul “ENERGI PANAS DAN PEMANFAATANNYA DALAM
KEHIDUPAN”. Dengan penyusunan makalah ini diharapkan akan
1
mnyumbangkan manfaat yang besar bagi kita dan juga bagi pengembangan
ilmu pengetahuan.
B. Rumusan masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah yang kami susun adalah :
1. Bagaimana yang dimaksud dengan energy, panas dan energy panas?
2. Bagaimana prinsip Asas Black dan penerapannya dalam kehidupan?
3. Bagaimana perubahan dan perpindahan energy panas itu?
4. Bagaimana penerapan atau aplikasi manfaat energy panas dalam
kehidupan sehari-hari?
C. Tujuan Penulisan
Penulis menyusun makalah ini dengan tujuan untuk :
1. Untuk mengetahui tentang konsep dari energi, panas dan energy panas.
2. Untuk mengkaji tentang asas black dan pemanfaatannya dalam kehidupan.
3. Untuk mengetahui tentang bentuk perubahan dan perpindahan energy
panas.
4. Untuk mengetahui pemanfaatan energy panas dalam kehidupan sehari-
hari.
2
BAB II
PEMBAHASAN
A. Energi Panas
Energi dari suatu benda adalah ukuran dari kesanggupan suatu benda
untuk melakukan suatu usaha. Satuan energi adalah joule.
1 joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4,2 joule (4,18)
Energi merupakan sesuatu yang bersifat abstrak yang sukar dibuktikan
tetapi dapat dirasakan adanya. Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak
dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang
lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi yang dapat
dilihat dengan persamaan berikut :
Kalor yang dilepas = kalor yang diserap
QL = QS
Pada umumnya, manfaat energi akan terlihat setelah berubah bentuk
menjadi energi yang lain. Misalnya, energi listrik akan bermanfaat ketika
berubah bentuk menjadi energi cahaya atau panas. Dalam ilmu fisika energi
terbagi dalam berbagai macam jenisnya, namun disini kita akan membahas
mengenai energy kalor/ energy panas.
Panas atau kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu
benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya.
Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat
panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap
maupun dilepaskan oleh suatu benda. Kalor berpindah dari benda bersuhu
lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Misalnya pada air sumur
mengalami kenaikan suhu dan air panas mengalami penurunan suhu. Hal ini
menunjukan terjadi perpindahan energi dan benda yang mempunyai suhu
tinggi (panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah, energi yang berpindah
pada peristiwa di atas adalah kalor.
Jadi kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih
tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika kedua benda bersentuhan.
Selanjutnya, apabila kita menuangkan air panas dalam es batu maka kalor
3
akan mengalir dari air panas menuju es. Selanjutnya suhu es akan meningkat
dan melebur berubah wujud menjadi air sampai suhunya setimbang.
Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli
kimia perancis yang bernama Antonnie energy lavoiser (1743 – 1794). Kalor
memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kal sama dengan jumlah
panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.
Teori Kalor Dasar dapat dituliskan sebagai berikut :
1. Kalor yang diterima sama dengan (=) kalor yang dilepas
Ini merupakan bunyi dari asas Black. Penemu asas Black adalah Joseph
Black (1720 – 1799) dari Inggris.
2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan
Penemunya adalah Benyamin Thompson (1753 – 1814) dari Amerika
Serikat.
3. Kalor adalah salah satu bentuk energy
Ditemukan oleh Robert Mayer (1814 – 1878)
4. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energy disebut kalor mekanik.
Digagas oleh James Prescott (1818 – 1889)
Dari pengertian energy dan kalor di atas, maka energy kalor dapat
didefinisikan sebagai energy yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-
partikel dalam suatu zat. contoh : apabila kedua tanganmu digosok-gosokkan
selama beberapa detik maka tanganmu akan terasa panas. Hal ini menunjukkan
bahwa pada telapak tanganmu telah terjadi perubahan energi dari energi gerak
menjadi energi panas. Umumnya energy kalor dihasilkan dari gesekan. Energi
kalor menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud. Sumber energi
panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahari dengan panasnya
yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup
dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil perubahan energi
yang lain, seperti dari energi listrik, energi gerak, dan energi kimia. Energi
panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti
menyetrika pakaian, memasak, dan mendidihkan air.
4
B. Pengaruh Kalor Terhadap Benda
Besarnya kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sebuah benda
bergantung pada beberapa factor. Antara lain massa benda, jenis benda, dan
perubahan suhu pada benda tersebut. Hubungan kalor dengan ketiga factor
tersebut adalah :
1. Kalor yang diperlukan sebanding dengan massa benda.
Semakin besar massa benda semakin besar kalor yang diperlukan.
2. Kalor yang diperlukan sebanding dengan kalor jenis benda.
Untuk jenis benda yang berbeda tetapi massanya sama, kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu yang sama ternyata besarnya berbeda
bergantung pada jenis bendanya.
3. Kalor yang diberikan sebanding dengan kenaikan suhu benda.
Untuk jenis dan massa benda yang sama, jumlah kalor yang diberikan
besarnya mempengaruhi kenaikan suhu benda. Makin banyak kalor yang
diberikan kepada benda, semakin besar kenaikan suhu benda.
Jadi, banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu
benda bergantung pada massa benda(m), kalor jenis benda ( c ), dan
perubahan suhu ( T). dapat dirumuskan :
Q= m. c. ΔT
Keterangan:
Q = kalor yang diperlukan, satuannya Joule (J)
m = massa benda, satuannya Kg
C = kalor jenis benda, satuannya J/Kg°C atau J/KgK
Δt = perubahan suhu, satuannya °C atau K
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu 1Kg benda sebesar 1°C atau 1K. Sedangkan kapasitas
kalor suatu benda adalah kemampuan suatu benda untuk menerima atau
menurunkan suhu benda sebesar 1@C dan dapat dirumuskan :
5
C = Q atau C = m.c
ΔT
Keterangan:
C = kapasitas kalor daam satuan J/K atau J/0C
c = kalor jenis, dalam satuan J/kg K atau J/Kg 0C
m = massa benda, dalam satu kg.
C. Perubahan Wujud Zat
Kalor yang diserap atau dilepaskan suatu zat tidak hanya menyebabkan
perubahan suhu zat itu. Ternyata, kalor yang diserap atau dilepaskan oleh suatu
zat dapat menyebabkan perubahan wujud zat dari satu wujud menjadi wujud
yang lain.
Perubahan wujud tersebut dapat ditunjukkan dalam diagram di bawah:
Menyublim
Mencair menguap
Membeku mengembun
Menyublim
1. Menguap dan mengembun
Pada saat menguap, zat memerlukan sejumlah kalor. Akan tetapi,
proses penguapan tidak selalu melalui pemanasan.
Factor yang dapat mempercepat proses penguapan adalah :
pemanasan, tiupan udara di atas permukaan, memperluas permukaan,
mengurangi tekanan di permukaan.
2. Mendidih
Mendidih terjadi pada saat keseluruhan zat cair menguap dan pada
suhu tertentu saja. Suhu zat cair mendidih pada tekanan 1 atm disebut titik
6
PADAT CAIR GAS
didih yaitu titik dimana terjadi kesetimbangan fase cair dan uap. Pada saat
mendidih suhu zat cair tetap meskipun terus diberikan kalor.
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1Kg zat cair
pada titik didihnya disebut kalor uap (U) satuannya adalah J/Kg. untuk
menguapkan sejumlah zat pada titik didihnya diperlukan kalor sebesar
Q=m.U
Titik didih zat cairdipengaruhi oleh tekanan udara di atas
permukaan zat cair. Makin kecil tekanan udara di atas zat cair, makin
rendah titik didih zat cair. Titik didh normal air pada tekanan 76cmHg
adalah 100 @C. bila tekanan tersebut dikurangi maka air akan mendidih
pada suhu dibawah 100 @C. titik didih akan mengalami pengurangan 1 @C
setiap kenaikan 300m dari permukaan air laut. Titik didih di daerah
pegunungan atau dataran tinggi kurang dari 100@C disebabkan tekanan
udara yang semakin renggang atau kecil.
Kalor uap suatu zat adalah banyaknya kalor per satuan massa yang
harus diberikan pada suatu zat pada titik didihnya agar menjadi gas
seluruhnya.
3. Melebur dan membeku
Banyaknya kalor per satuan massa yang dilepaskan oleh zat cair
supaya menjadi zat padat seluruhnya disebut kalor beku. Pada suhu 0@C
Kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk melebur atau membeku
bergantung pada jenis zat dan dapat dirumuskan dengan :
Q = m.L , dengan L= kalor lebur, satuannya J/Kg
Tekanan 1atm disebut dengan titik beku air, yaitu titik dimana
terjadi kesetimbangan fase cair dan padat, perubahan dari fase cair
menjadi fase padat.
7
Dibawah ditunjukan daftar Kalor Lebur, Titik Lebur, Kalor Uap
dan Titik didih berbagai Zat
NO.ZAT Kalor Lebur
(J/Kg)
Titik Lebur
( 1C)
Kalor Uap
(J/Kg)
Titik Didih
(1C)
1. Air 336.000 0 2,27x 106 100
2. Alkohol 69.000 -97 1,1x106 65
3. Raksa 120.000 -39 2,98x105 357
4. Alumunium 403.000 660 1,05x107 2.450
5. Tembaga 206.000 1.083 7,35x106 2.300
Konsep perubahan wujud zat dapat dicontohkan (1kg es) dipanaskan
secara tetap sebesar 100 kkal/menit dapat ditunjukan dalam grafik dibawah ini :
200-
150-
100- air mendidih uap
50- air
0- es melebur
-50 es ɪ1 ɪ2 ɪ3 ɪ4 ɪ5 ɪ6 ɪ7 ɪ8
Waktu dalam menit
Grafik diatas menunjukan grafik 1kg es yang dipanaskan secara
tetap sebesar 100kkal/menit. Pada awalnya suhu es adalah -50 @ C.
sedangkan kalor jenis es adalah 0,5kkal kg @C.
Untuk menaikan suhu es dari -50 @C menjadi 0 @C diperlukan kalor
yang dapat dihitung dengan rumus
Q1= m.c . t , dengan c kalor jenis es (0,5 kkal/kg @C).
8
Pada suhu 0 @ C es mulai melebur menjadi air. Selama proses
peleburan suhu tidak berubah, karena kalor diperlukan untuk meleburkan
es dengan suhu 0 @ C menjadi air seluruhnya dengan suhu yang sama.
Setelah es melebur seluruhnya dan terus dipanaskan maka air akan
meningkat suhunya mencapai 100 @C dan peningkatan suhu baru terhenti.
Apabila dipanaskan terus air akan mendidih pada suhu 100 @C dan selama
mendidih suhu air tetap dan terjadilah penguapan air. Unutk jumlah kalor
yang diperlukan secara keseluruhan dapat dihitung dengan
Q2 = m. Lf (kalor lebur es adalah 80kkal/kg)
kalor yang diperlukan untuk meningkatlkan suhu 1 kg air pada 0 @C
menjadi 1 kgair pada suhu 100 @C adalah
Q3 = m.c.Δt
Untuk mengubah wujud 1 kg air pada suhu 100 @C menjadi uap
seluruhnya diperlukan kalor
Q4 = m. kalor uap air
Q4 = m. Lv (kalor uap air 540kkal/kg)
Sehingga kalor total yang digunakan adalah :
Qtotal = Q1+Q2+Q3+Q4
D. Asas Black
1) Asas Black
Untuk mengetahui besarnya kalor dapat menggunakan alat
calorimeter. Calorimeter adalah wadah yang dapat menyekat kalor sehingga
kalor tidak dapat berpindah. Prinsip kerja alat ini menerapkan hukum
kekekalan energy. Apabila dua buah benda bersuhu berbeda dicampur,
maka benda yang bersuhu tinggi akan memberikan kalornya kepada benda
yang bersuhu rendah, sampai suatu saat suhu kedua benda itu bersuhu
sama. Kalor yang diberikan oleh benda yang bersuhu tinggi akan sama
dengan kalor yang diterima oleh benda yang suhunya rendah. Prinsip ini
disebut dengan asas Black.
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda
kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari
benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini
9
akan berhenti sampai terjadi keseimbangantermal (suhu kedua benda
sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang
menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan
tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 - ta) = m2.c2.(ta-t2)
Prinsip menggunakan asas Black adalah pada benda yang bersuhu
tinggi digunakan (t1 - ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan
(ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas
bergantung pada soal yang dikerjakan.
Dapat disimpulkan , Asas ini menjabarkan tentang :
a. Jika dua buah benda yang berbeda suhunya dicampurkan, benda yang
panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya
sama.
b. Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang
dilepas benda panas.
c. Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor
yang diserap bila dipanaskan.
2) Pemanfaatan Prinsip kerja Asas black
Asas Black dalam kehidupan sehari-hari dapat dimanfaatkan dalam
pembuatan es puter atau es putar. Prinsip kerja dalam pembuatannya yaitu
dengan memanfaatkan aliran energy dengan menggunakan campuran
pendingin. Cairan pendingin yaitu larutan berair yang memiliki titik beku
jauh dibawah 0 @C. Cairan pendingin dibuat dengan melarutkan berbagai
jenis garam ke dalam air. Dalam pembuatan es putar, cairan pendingin
dibuat dengan mencampurkan garam kedalam kepingan es batu dalam
sebuah bejana berlapis kayu. Pada percampurannya, es batu akan mencair
sementara suhu campuran akan menurun.
10
Pembuatan es puter dapat dilakukan denagn mencampurkan gula,
santan, susu dan essen/panili dalam panci, es batu dan garam dimasukan
kedalam baskom besar lalu memasukkan panci yang berisi adonan kedalam
baskom besar yang berisi es dan garam. Kemudian panci yang berada
didalam baskom besar tadi diputar terus menerus hingga adonan tersebut
mengkristal.
Lalu prinsip kerja dalam pembuatannya dapat dijelaskan sebagai
berikut. Nancy Johnson dari Philadelphia adalah orang yang pertama
menciptakan alat pembuat es krim/ es puter. Alat yang ia ciptakan adalah
ember dari kayu yang di dalamnya ada wadah lebih kecil dari logam.
Wadah logam ini dapat diputar dengan menggunakan pedal. Ruang di
antara wadah kecil dan ember kayu diisi dengan campuran es dan garam.
Alat-alat yang modern saat ini pun masih menggunakan prinsip yang sama.
Pembuatan es putar sebenarnya sederhana saja, yakni
mencampurkan bahan-bahan dan kemudian mendinginkannya. Air murni
pada tekanan 1 atmosfer akan membeku pada suhu 0@C. Namun, bila ke
dalam air dilarutkan zat lain, titik beku air akan menurun. Jadi, untuk
membekukan adonan es pun memerlukan suhu di bawah 0@C . Misalkan
adonan es dimasukkan dalam wadah logam, kemudian di ruang antara
ember kayu dan wadah logam dimasukkan es.
Awalnya, suhu es itu akan kurang dari 0@C ( cek hal ini dengan
mengukur suhu es yang keluar dari lemari pendingin). Namun, permukaan
es yang berkontak langsung dengan udara akan segera naik suhunya
mencapai 0@C dan sebagiannya akan mencair. Suhu campuran es dan air tadi
akan tetap 0@C selama es-nya belum semuanya mencair. Seperti disebut di
atas, jelas campuran es krim tidak membeku pada suhu 0@C akibat sifat
koligatif penurunan titik beku.
Bila ditaburkan sedikit garam ke campuran es dan air tadi, kita
mendapatkan hal yang berbeda. Air lelehan es dengan segera akan
melarutkan garam yang kita taburkan. Dengan demikian, kristal es akan
terapung di larutan garam. Karena larutan garam akan mempunyai titik
beku yang lebih rendah dari 0@C, es akan turun suhunya sampai titik beku
11
air garam tercapai. Dengan kata lain, campuran es krim tadi dikelilingi oleh
larutan garam yang temperaturnya lebih rendah dari 0@C sehingga adonan es
krim itu akan dapat membeku. Tetapi jika campuran itu hanya dibiarkan
saja mendingin tidak akan dihasilkan es krim, melainkan gumpalan padat
dan rapat berisi kristal-kristal es. Selama proses pembekuan tadi adonan
harus diguncang-guncang. Pengocokan atau pengadukan campuran selama
proses pembekuan merupakan kunci dalam pembuatan es puter.
Proses pengguncangan ini bertujuan ganda. Pertama, untuk
mengecilkan ukuran kristal es yang terbentuk; semakin kecil ukuran kristal
esnya, semakin lembut es krim yang terbentuk. Kedua, dengan proses ini
akan terjadi pencampuran udara ke dalam adonan es krim. Gelembung-
gelembung udara yang tercampur ke dalam adonan inilah yang
menghasilkan busa yang seragam (homogen).
Berikut dapat digambarkan pencapaian kesetimbangan.
X (adonan es puter)
Ts Suhu Setimbang
Y (campuran es dengan larutan garam)
Keterkaitan prinsip pembuatan es puter dengan asaa black dapat
dijelaskan sebagai berikut. Apabila dua zat cair yang suhunya berbeda
dicampur, maka zat cair yang suhunya lebih tinggi memiliki energy yang
lebih besar, sedangkan zat cair yang suhunya rendah memiliki energy yang
lebih kecil. Apabila dua zat yang bebeda suhu ini dicampur, maka kalor
yang yang dimiliki oleh benda yang suhunya lebih tinggi akan mengalir ke
zat yang kalornya lebih rendah sehingga terjadi keseimbangan. Dalam
pembuatan es tadi, terjadi perpindahan energy dari adonan yang memiliki
suhu lebih tinggi terhadap larutan garam sehingga terjadi kesetimbangan.
12
E. Perpindahan kalor
1) Konduksi
Perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan
partikel-pertikel zat tersebut dinamakan konduksi. Zat yang dapat
menghantarkan kalor dengan baik disebut konduktor. Sedangkan
penghantar kalor yang buruk disebut isolator. Pada umumnya, benda
logam seperti besi, alujmunium, tembaga dan kuningan merupakan
konduktor. Sedangkan benda selain logam seperti kaca, kayu, plastic,
udara dan air merupakan isolator.
2) Konveksi
Konveksi atau aliran adalah perpindahan kalor disertai dengan
perpindahan partikel-pertikel zat tersebut karena perbedaan massa
jenis zat.
a. Konveksi pada zat cair
Konveksi dalam zat cair dapat diperlihatkan dalam
pemanasan air. Air dipanaskan akan memuai sehingga massa
jenisnya akan berkurang. Karena massa jenisnya berkurang, air
bergerak naik. Tempatnya digantikan oleh air yang suhunya lebih
rendah, bergerak turun karena massa jenisnya lebih besar.
b. Konveksi pada gas
Terjadi ketika udara yang panas naik dan udara yang lebih
dingin turun. Konveksi pada udara dapat dilakukan dengan
percobaan lilin yang dinyalakan di dalam kotak . udara di sekitar
lilin terpanasi sehingga naik melalui salah satu cerobong.
Tempatnya diganti oleh udara dingin yang masuk melalui cerobong
yang satunya lagi. Keadaan tersebut selalu tyerjadi sehingga
menimbulkan aliran udara. Aliran udara tersebut terlihat apabila
kamu membakar kertas cerobong tempat masuknya udara karena
asap dari kertas akan terbawa aliran udara.
13
c. Radiasi
Perpindahan kalor tenpa melalui zat perantara disebut
radiasi. Banyaknya radiasi kalor yang dipancarkan ataupun yang
diserap oleh suatu benda bergantung pada warna benda.
F. Perubahan Energi Panas
Panas adalah suatu bentuk energi yang fenomenal. Setiap proses
pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain baik yang tidak
disengaja maupun yang direkayasa ternyata menghasilkan panas. Misalnya
kipas angin listrik mengubah energi listrik menjadi energi gerak,
menghasilkan panas pada motornya. Battery mengubah energi kimia
menjadi litrik, menghasilkan panas saat digunakan. Buah durian jatuh dari
pohon, menghasilkan panas saat bergesekan dengan udara dan saat
menumbuk tanah. Aktifitas kita sehari-hari juga menghasilkan panas, kita
berjalan, makan, minum, berkendara segalanya menghasilkan panas.
Bahkan AC sekalipun ternyata menghasilkan panas, sebab AC hanya
memindahkan panas dari dalam ruangan ke luar ruangan sementara
kompresor dan komponen lainnya bertambah panas. Jadi bisa dikatakan
panas adalah muaranya energi.
Panas dapat dirubah dalam bentuk energi yang lain namun proses
pengubahan energi panas ke bentuk energi lain tetap saja akan
menghasilkan panas. Misalnya mengubah energi panas bumi menjadi
energi listrik dengan cara memanaskan air dengan menggunakan panas
dari bumi, air menguap dan terjadi arus konveksi, arus konveksi ini
digunakan untuk menggerakkan baling-baling turbin. Sudah tentu turbin
yang bekerja akan menghasilkan panas terutama karena gesekan antar
komponen di dalamnya.
Semua aktifitas di bumi tempat tinggal kita hampir selalu bermuara
pada terbentuknya panas. Jadi berhati-hatilah sebab panas yang ada di
bumi dan lapisan atmosfirnya tidak akan bisa keluar ke angkasa raya
dengan cara konveksi dan konduksi karena di luar atmosfir sana adalah
14
ruang hampa. Dan juga perlu diingat setiap detik bumi menyerap energi
dari radiasi matahari dan mengubahnya menjadi panas.
G. Pemanfaatan Energi Panas Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Energi panas tidak dapat kita lihat bentuknya tetapi pengaruhnya
dapat kita rasakan. Sumber energi panas terbesar di bumi adalah matahari.
Manusia memanfaatkan energy panas yang berasal dari matahari untuk :
1. Menguapkan air (penjemuran pakaian, pengeringan pakaian/ikan
asin/bahan makanan, proses pembuatan garam)
2. Menghangatkan ruangan dan memanaskan air
3. Mengeringkan bahan makanan, kayu bakar dan proses pembuatan
garam.
Selain itu kalor atau energy panas juga dimanfaatkan dalam prisip
kerja alat-alat yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara
lain ditunjukan pada;
1) Prinsip Kerja Mobil
Prinsip kerja pada mobil yaitu memanfaatkan perubahan bentuk
energy yaitu energy kimia menjadi energy panas dan kemudian
menghasilkan energy gerak. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan
dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol
menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak balik
(reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi
oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.
Kendaraan yang melaju di jalanan pada umumnya terbagi menjadi dua
bagian besar, yaitu yang berbahan bakar bensin, dan berbahan bakar solar .
Perbedaan mendasar dari kedua jenis mesin itu adalah, kalau mesin bensin
atau disebut juga mesin Otto (motor ledak), di dalam ruang mesin nya
terdapat lecutan listrik atau api dari busi untuk menyalakan campuran
bensin dan udara (oksigen). Sementara pada mesin Diesel, tidak
diperlukan nyala listrik/api dari busi.
15
Dalam hukum Fisika Thermodinamika, terdapat salah satu hukum
yang menyatakan : ”jika volume di kecilkan (di kompresi / di mampatkan)
tekanan udara akan bertambah disertai dengan bertambahnya Temperatur”.
Sebagai ilustrasi pompa ban sepeda, saat digunakan batang pompa nya
akan menjadi panas karena udara yang di mampatkan pada saat memompa
ban membuat tekanan udara menjadi tinggi dan juga suhu nya.
Pada mesin Diesel, dibuat ruangan sedemikian rupa sehigga pada
ruang itu akan terjadi peningkata suhu hingga mencapai titik nyala yang
sanggup membakar minyak bahan bakar. Pemampatan yang biasanya
digunakan hingga mencapai kondisi terbakar itu biasanya 18 hingga 25
kali dari volume ruangan normal. Sementara suhunya bisa naik mencapai
500 @C .
Cara kerjanya mudah, minyak solar yang sudah dicampur udara
(seperti yang keluar dari semprotan obat nyamuk) disemprotkan ke dalam
ruangan yang telah mampat dan bersuhu tinggi, sehingga dapat langsung
membuat kabut solar tadi meledak dan mendorong piston yang kemudian
akan menggerakkan poros-poros roda, singkatnya menjadi tenaga.
Kejadian ini berulang-ulang dan tenaga yang muncul pun dapat
dimanfaatkan untuk menggerakkan mobil. Pembuat mesin diesel yang
lebih maju tentu menambah di sana sini untuk memberi peningkatan
kinerja dan tenaga. Walau cara kerjanya menjadi lebih rumit, tapi dasarnya
tetap tidak berubah.
Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti
dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini
untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin
diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari
rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada
posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center),
bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi
melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan
tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat.
Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston
16
mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi.
Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston
dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan
bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan
ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung
(indirect injection).
Dibawah ini ditunjukan skema bagian mesin pada mobil :
Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran
mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan
menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod)
menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear
tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros
crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Untuk meningkatkan
kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang
masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh
turbin pada turbo/supercharger. Intercooler untuk mendinginkan udara
17
yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan
mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan
supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak. Mesin diesel
sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin
menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala
(spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar
sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid"
dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin
mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar
dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.
Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan
meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat
mempengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat
penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang
dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan
bakar secara elektronik.
2) Penerapan Kalor Pada prinsip kerja Penyulingan Air
Untuk memperoleh air murni dari air tidak murni maka kita bisa
peroleh dengan melakukan proses penyulingan atau destilasi. Penyulingan
merupakan suatu proses untuk mendapatkan zat cair tidak murni kemudian
uap air yang terbentuk diembunkan hingga diperoleh zat cair murni.
Prinsip kerja dari penyulingan adalah memanfaatkan perbedaan titik didih
zat cair.
Cara kerja dari alat penyulingan adalah air murni dimasukan ke
dalam labu tahan panas kemudian labu dipanaskan hingga air dalam labu
mendidih dan menguap. Uap air yang terbentuk kemudian dialirkan
melalui pipa. Di dalam pipa dipasang kondensor (pendingin) yang berisi
air mengalir dengan arah aliran yang berlawanan dengan arah aliran uap
air.
Akibatnya, uap air murni yang mengalami kontak dengan air dingin
mengalami pengembunan dan terbentuk titik-titik air murni yang semakin
lama semakin banyak. Air murni tersebut kemudian ditampung dalam gelas
18
atau tabung. Alat penyulingan air juga digunakan untuk mendapatkan alcohol
murni dari percampuran air dan alcohol. Karena titik didih alcohol lebih
rendah dari titik didih air, uap yang terbentuk lebih banyak mengandung
alcohol sehingga hasil sulingan merupakan alcohol.
3) Aplikasi Konsep Perpindahan Kalor Pada Termos dan Setrika
Seperti pemaparan sebelumnya, kalor dapat berpindah dari satu benda
ke benda yang lain melalui konduksi, konveksi dan radiasi. Dalam kehidupan
sehari-hari perpindahan kalor dapat dimanfaatkan dalam alat-alat seperti
termos, setrika dan lain-lain. Termos merupakan salah satu alat pengurung
panas. Pada termos terdapat dinding kaca dengan bagian dalam dan luarnya
dibuat mengkilap. Bagian dalam kaca di buat mengkilap agar kalor dari air
panas tidak diserap dinding sehingga air tetap panas. Sementara dinding
bagian luar dibuat mengkilap berlapis perak agar tidak terjadi perpindahan
kalor secara radiasi. Ruang hampa berfungsi untuk mencegah perpindahan
kalor secara konveksi.
Tutup termos terbuat dari bahan isolator, seperti gabus, untuk
mencegah perpindahan kalor secara konduksi karena gabus merupakan
konduktor yang buruk, sehingga air tetap panas.
Setrika juga dibuat dengan memanfaatkan konsep perpindahan kalor.
Prinsip kerja dari setrika adalah dengan mengubah energy listrik menjadi
energy kalor. Panas yang dihasilkan kemudian dikonduksikan pada lempeng
besi pada bagian alas setrika karena besi merupakan konduktor yang baik.
Bagian pegangan setrika dibuat dari bahan isolator, misalnya plastic atau
kayu, agar tidak terjadi perpindahan kalor pada pegangan sehingga pegangan
tetap dingin.
19
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Energi dari suatu benda adalah ukuran dari kesanggupan suatu benda
untuk melakukan suatu usaha. Panas atau kalor adalah suatu bentuk energi
yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah
suhu atau wujud bentuknya. energy kalor dapat didefinisikan sebagai energy
yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
Jika kalor diberikan pada suatu zat, maka ada tiga kemungkinan zat
tersebut yaitu zat emengalami perubahan suhu, zat mengalami perubahan
wujud, dan zat mengalami pemuaian.Kalor dapat menyebabkan suatu benda
berubah wujud. Perubahan wujudnya meliputi mengembun, mencair,
membeku, menguap, dan menyublim. Untuk mengetahui besarnya kalor dapat
menggunakan alat calorimeter. Kalor yang diberikan oleh benda yang bersuhu
tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang suhunya
rendah. Prinsip ini disebut dengan asaa Black.
Setiap proses pengubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain baik
yang tidak disengaja maupun yang direkayasa ternyata menghasilkan panas.
Energy panas banyak dimanfaatkan dalam berbagai macam alat rumah tangga.
Prinsip-prinsip kerja yang memanfaatkan energy panas antara lain adalah
dalam prinsip kerja mobil, proses penyulingan air, termos dan prinsip kerja
setrika serta masih banyak yang lainnya.
B. Saran
Walaupun energy bersifat kekal atau tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan kita tetap harus berhemat energy, termasuk juga energy panas
karena untuk memperoleh energy yang sama bisa digunakan kembali
diperlukan sebuah proses atau siklus yang cukup lama. Selan itu karena
energy panas yang tersedia di alam dapat kita manfaatkan secara maksimal
seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.
20
Rumus-Rumus Fisika Lengkap/Mekanika fluidaDari Wikibooks Indonesia, sumber buku teks bebas berbahasa Indonesia
< Rumus-Rumus Fisika Lengkap
Langsung ke: navigasi, cari
Daftar isi
1 Tekanan 2 Tekanan hidrostatis
o 2.1 Tekanan mutlak dan tekanan gauge
2.1.1 Tekanan mutlak pada kedalaman zat cair
3 Hukum Pascal
4 Gaya apung (Hukum Archimedes)
o 4.1 Mengapung, tenggelam, dan melayang
5 Sumber
Tekanan
Keterangan:
p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²) F: Gaya (N atau dn)
A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)
Satuan:
1 Pa = 1 N/m² = 10-5 bar = 0,99 x 10-5 atm = 0,752 x 10-2 mmHg atau torr = 0,145 x 10-3 lb/in² (psi)
1 torr= 1 mmHg
Tekanan hidrostatis
21
Keterangan:
ph: Tekanan hidrostatis (N/m² atau dn/cm²) h: jarak ke permukaan zat cair (m atau cm)
s: berat jenis zat cair (N/m³ atau dn/cm³)
ρ: massa jenis zat cair (kg/m³ atau g/cm³)
g: gravitasi (m/s² atau cm/s²)
Tekanan mutlak dan tekanan gauge
Tekanan gauge: selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan udara luar.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer
Tekanan mutlak pada kedalaman zat cair
Keterangan:
p0: tekanan udara luar (1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 105 Pa)
Hukum Pascal
Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah.
Keterangan:
F1: Gaya tekan pada pengisap 1 F2: Gaya tekan pada pengisap 2
A1: Luas penampang pada pengisap 1
A2: Luas penampang pada pengisap 2
Jika yang diketahui adalah besar diameternya, maka:
22
Gaya apung (Hukum Archimedes)
Gaya apung adalah selisih antara berat benda di udara dengan berat benda dalam zat cair.
Keterangan:
Fa: gaya apung Mf: massa zat cair yang dipindahkan oleh benda
g: gravitasi bumi
ρf: massa jenis zat cair
Vbf: volume benda yang tercelup dalam zat cair
Mengapung, tenggelam, dan melayang
Syarat benda mengapung:
Syarat benda melayang:
Syarat benda tenggelam:
23