Fasa, Komponen dan Derajat Kebebasan

1.      Fasa

Fasa merupakan bagian materi dari suatu sistem yang memiliki kesamaan diseluruh bagiannya baik dalam hal sifat-sifat fisika dan komposisi kimia. Bagian ini mampu dibedakan dari bagian materi yang lain dalam suatu sistem. Fasa dapat dipisahkan secara mekanik. Fasa yang sudah lama dikenal yakni fasa padat, cair dan gas. Banyaknya fasa dalam suatu sistem dinotasikan dengan huruf P. Dengan istilah lain P merupakan jumlah bagian-bagian yang seragam atau homogen dalam suatu sistem. Contohnya ;

a.       Kristal, gas atau campuran Gas, dan dua cairan yang dapat bercampur secara keseluruhan merupakan fase tunggal (P=1).

b.      Campuran es dan air, air ditambahkan alkohol dan uapnya, campuran logam-logam yang tidak dapat bercampur, merupakan dua fase (P=2)

c.       Air ditambahkan minyak dan uapnya, merupakan tiga fase (P=3)

d.      Susu, santan, pembersih muka, merupakan banyak fasa (P=banyak)

Dispersi merupakan kesamaan pada skala makroskopik, namun tidak sama pada sekala mikroskopik, karena dispersi hanya terdiri atas butiran atau tetesan komponen yang berada didalam matriks komponen yang lainnya. Dispersi adalah hal yang penting karena terdapat banyak material tingkat tinggi seperti baja yang memiliki mekanisme perlakuan panas digunakan untuk mendapatkan pengendapan dispersi halus komponen atau partikel-partikel dari satu fase di dalam suatu matrik yang berasal dari fase larutan padat jenuh. Penyesuaian sifat mekanik material pada sebuah pemakaian dapat ditentukan dari kemungkinan kemampuan mengontrol struktur mikro yang dihasilkan oleh kesetimbangan fase.



2.      Jumlah Komponen

Komponen sistem merupakan unsur maupun senyawa yang menyusun suatu sistem. Sedangkan jumlah komponen adalah jumlah terkecil spesies-spesies kimia bebas yang dibutuhkan untuk menyatakan komposisi semua fase yang terdapat dalam sistem. Hal tersebut mudah dilakukan apabila spesies kimia yang terdapat dalam sistem tidak mampu bereaksi, sehingga yang perlu dihitung hanya banyaknya saja. Contohnya  sistem air murni merupakan satu komponen (C=1) sedangkan campuran air dan etanol adalah dua komponen (C=2).

Jika terdapat suatu spesies bereaksi dalam keadaan setimbang, maka semua fase didalamnya harus diperhatikan. Misalnya Amonium Klorida yang setimbang dengan uapnya

NH4Cl(s)  è NH3(g)  + HCl(g)

Sistem tersebut memiliki satu komponen, dan kedua fase mempunyai komposisi formal NH4Cl. Apabila ditambahkan HCl(g) , sistem akan memiliki dua komponen karena setelah penambahan tersebut jumlah NH3 dan  HCl  tidak tetap atau berubah-ubah. Sedangkan pada Kalsium Karbonat juga setimbang dengan uapnya :

CaCO3(s) è CaO(s) + CO2(g)

sistem yang memiliki dua komponen karena komposisi uap pada CaCO3 tidak digambarkan.



3.      Derajat Kebebasan

Derajat kebebasan adalah suatu keadaan setimbang yang merupakan jumlah variabel intensif yang dibutuhkan untuk menggambarkan keadaan suatu sistem tersebut. Masa atau besar setiap fasa tidak mempengaruhi kesetimbangan fasa, karena kesetimbangan fasa hanya dipengaruhi oleh keseragaman potensial kimia, dimana merupakan variabel intensif independen. Misalnya, terdapat sistem yang terdiri dari dua fasa yaitu larutan AgBr dan padatan AgBr pada temperatur dan tekanan tertentu. Kesetimbangan Agbr yang larut tidak tergantung pada massa dari fasa, sedikit banyaknya larutan atau padatan AgBr tidak diperhatikan, asalkan kedua fasa tersebut dalam keadaan setimbang dalam larutan memiliki nilai tertentu pada temperatur dan tekanan tertentu. Variabel intensif seperti tekanan, temperatur dan komposisi (fraksi mol) perlu ditinjau dalam kesetimbangan fasa. Banyaknya variabel intensif independen inilah yang diperlukan untuk menggambarkan keadaan suatu sistem yang disebut derajat kebebasan suatu sistem.



Referensi :

Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 edisi keempat. Jakarta: Erlangga.

Barrow, Gordon M. 1983. Physical Chemistry. Tokyo: Mc Graw Hill International Book Company

Levine, Ira N. 1983. Physical Chemstry. New York: Mc Graw Hill Book Company

Kapasitas Kalor Zat

Dewasa ini telah diketahui bahwa jika kalor yang sama diberikan pada dua benda yang berbeda, akan menghasilkan perubahan suhu yang berbeda. Jika air dan minyak tanah dengan massa yang sama dipanaskan maka minyak tanah mengalami perubahan suhu lebih besar sekitar dua kali dari pada perubahan suhu air. Hal tersebut disebabkan oleh perbedaan kalor jenis yang dimiliki oleh suatu benda.  Kalor jenis suatu benda adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg benda itu sebesar 1ºC.
Berdasarkan definisi kalor jenis dapat dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.
C= Q/ mΔT     atau   Q= m.c. ΔT
Dimana :
Q: kalor ( joule atau kalori )
M: massa benda ( Kg atau gram)
ΔT: Perubahan Suhu   ( ºC )
C: Kalor Jenis ( J/kg ºC )
Kemampuan suatu benda menyerap kalor berbeda karena berlainan jenis, walaupun massa dan kenaikan suhunya sama. Faktor massa dan kalor jenis sering dipandang sebagai satu kesatuan yang nilainya tetap sehingg disebut kapasitas kalor.
Kapasitas  kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu benda untukk menaikkan Suhu 1 °C da ditulis dalam bentuk persamaan :
C = Q / ΔT
Persamaan tersebut jelas mengatakan bahwa:
a) Jika kapasitas kalor sebuah benda bernilai besar maka diperlukan kalor yang banyak untuk mengubah suhu benda.
b) Sebaliknya, jika kapasitas kalor sebuah benda bernilai kecil maka cukup diperlukan kalor sedikit untuk mengubah suhu benda.
Pemanasan lebih lama bermakna pemberian kalor lebih banyak. Jadi, untuk menaikkan suhu sebesar 1 ºC, air yang lebih banyak memerlukan kalor lebih banyak.
Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar 1 ºC merupakan definisi kapasitas kalor. Jadi dapat disimpulkan:
a) Kapasitas kalor suatu zat makin besar jika massa zat makin besar.
b) Kapasaitas kalor suatu zat bukan merupakan besaran yang khas.
c) Zat yang sama memiliki kapasitas kalor yang berbeda jika massanya berbeda .
d) Zat yang berbeda dapat memiliki kapasitas kalor yang sama jika memiliki perbandingan massa tertentu.
a. Kapasitas kalor pada voume tatap.
Kapasitas kalor suatu zat bergantung pada kondisinya, misalkan suatu sistem dipaksa mempunyai  volume tetap dan tak dapat melakukan kerja jenis apapun. Kalor  yang diperlukan agar mengubah temperatur dT adalah dqv=Cv  dT, dengan Cv sebagai kapasitas kalor pada volume tetap. Walaupun demikian, karena dU=dqv.
dU = Cv dT pada volume tetap

dan menyatakan  Cv dengan dU/dT dengan volumre tetap. Jika satu variabel atau lebih di jaga agar tetap selama perubahan variabel yang lain (seperti dalam definisinya) maka turunanya disebut turunan parsial terhadap variabel yang berubah. Notasid digantikan ∂ dan variabel yng dibuart tetap ditambahakan sebagi subskrip maka dalam hal ini
CV=[∂U/(∂T )]r
b. Kapaitas kalor paa tekanan tetap
 Misalkan saja sistem mmendaat tekanan tetap dan dapat memuai atau menyusut ketika dipanaska kalor yang diperlukan agar menghasilkan perubahan temperatur yang sama adalah dqp = Cp dT dengan Cp menyatakn kapasitas kalor pada tekanan tetap. Dalam hal ini sisstem dapat mengubah volumenya, sehingga sejumlah energi yang diberikan sebagai kalor dapat dikembalikan kelingkugannyasebagai kerja dan tidak khusus digunakan untuk menaikkan temperatur sistem. Oleh karena itu secara umum Cv berbeda dengan Cp karena dqp =dH, maka Cp=[∂H/(∂T )]p ini definisi Cp
karena kerja pemuanian dilakukan pada tekananluar tetap, untuk pemberian kalor tertentu, kenaikan temperatur pa da tekanan tetap lebih kecil dari pada kenaikan temperatur pada volume tetap . jadi untuk sampel tertentu Cp > Cv . perbedaannya lebih besar untuk gas dari pada untuk cairan atau padatan, kaena jika dipanaskan cairan maupun padatan hanya sedikit menegubah volumenya. Oleh hkarena itu umumnya cairan dan padatan hanya melakukan sedikit kerja.

Daftar Pustaka :
Abdullah, Mikrajudddin. 2016. Fisika Dasar I. Jakarta: Kampus Ganesa
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika jilid I edisi keempat. Jakarta: Erlangga
Pauliza, Oza. 2006. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan. Bandung: Grafindo Media Pratama

By: Rofiqo Ningrum S. 16630055

Adiabatik Gas Sempurna

Sebagaimana diagram disamping ini, yaitu perbandingan antara pemuaian gas secara isotermal dan adiabatik, ketika temperatur (T) dibuat konstan, secara hukum awal gas ideal, pV = nRT ,

Definisi Mekanisme dari Kalor

Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda kebenda yang lain,karena adanya suhu. Karena suhu dapat mengubah sifat zat. Ketika dua benda yang suhunya berbeda diletakkan saling bersentuhan, kalor akan mengalir seketika dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Aliran kalor selalu dalam arah yang cenderung menyamakan suhu. Jika kedua benda itu disentuhkan cukup lama sehingga suhu keduanya sama, maka keduanya dalam keadaan termal dan tidak ada lagi kalor yang mengalir diantaranya. Contoh pada saat termometer tubuh pertama kali dimasukkan ke mulut pasien,maka kalor mengalir dari mulut pasien tersebut ke thermometer.Ketika pembacaan suhu berhenti naik, termometer setimbang dengan suhu tubuh orang tersebut.
   
Suatu benda(zat)bergantung pada faktor berikut :
Massa zat
Jenis zat (jenis kalor)
Perubahan suhu 

Pada hukum pertama termodinamika tidak menjelaskan tentang kalor secara keseluruhan tetapi tentang konsep kalor dan juga definisi pokok kalor dalam kuantitas yang dapat diukur.Misalnya kita membuat isolasi pada sekitar sistem dan kita membuatnya secara diatermik maka sistem itu dalam kontak termal dengan ligkungannya ,seperti keadaan awal yang sama dengan keadaan akhir . Pada perubahan energi dalamnya sama dengan sebelumnya karena u adalah sifat keadaan . Tetapi boleh jika mendapatkannya kerja tidak sama dengan awal yang kita kerjakan . Jadi kita perlu melakukan 42 kJ kerja jika sistem dalam wadah adiabatik.Apabila ingin mendapatkan perubahan yang sama maka harus melakukan 50 kJ kerja .Perbedaan antara kerja yang dilakukan dua cara tersebut didefinisikan sebagai kalor yang diserap dalam proses q=w_ad-w
Dapat disimpulkan bahwa 

q=42kJ-50kJ=-8kJ 

Bahwa energi sebesar 8kJ meninggalkan sistem sebagai kalor .Setelah nilai ∆U sama dengan w_ad maka untuk energi yang dipindahkan kesistem sebagai kalor adalah : q=∆U-w

DAFTAR PUSTAKA
Atkins,P.W.,1999, Kimia fisika, Edisi keempat, Erlangga, Jakarta.
Istiyono,Edi.,2007,fisika, PT Macanan Jaya Cemerlang.
Karyono.,dkk,2009,fisika,jilid 1, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional .
Abdullah,Mikrajuddin.,2016,fisika dasar 1,Jakarta:kampus Ganesa.

By: Zilfi Wirdatul Mauliya 16630047

Hubungan Antara Cv dengan Cp

Assalamu’alaikum warahmatulahi wabarakaatuh

Sebelum kita membahas tentang hubungan antara Cv dengan Cp pertama-tama kita akan membahas sedikit tentang kapasitas kalor. Pada kapasitas kalor dapat dinyatakan dalam per satuan massa, sehingga disebut juga sebagai kapasitas kalor jenis. Kapasitas kalor jenis ini dapat diartikan sebagai perubahan panas gas yang diakibatkan perubahan suhu pada suatu massa zat gas tertentu. Kapasitas kalor gas juga sangat dipengaruhi oleh tekanan, namun pengaruh tekanan pada sifat-sifat termodinamika tidak diperlukan dalam persamaan kapasitas kalor. Kapasitas kalor gas dapat berupa kapasitas kalor gas pada volume tetap (Cv) dan pada tekanan tetap (Cp).

Berbagai cara sering dilakukan untuk menentukan tekanan, temperature, volume, dan massa secara eksperimental. Sebagai tambahan, hubungan antara suhu panas spesifik Cv dengan Cp dan temperatur pada tekanan yang relative rendah dapat diperoleh melalui eksperimen. Nilai-nilai untuk bagian-bagian termodinamika lainnya juga dapat diukur tanpa banyak kesulitan. Namun, energi internal spesifik, entalpi dan entropi termasuk di antara bagian-bagian yang tidak mudah diperoleh melalui suatu eksperimen, sehingga diperlukan prosedur perhitungan untuk menentukan nilai-nilainya (Moran, 2004). Kemudian kali ini kita akan menurunkan hubungan umum antara kedua kapasitas kalor dan memperlihatkan bahwa hubungan itu tereduksi menjadi hasil untuk gas sempurna dengan tidak adanya gaya antarmolekul.

A.    Kapasitas Kalor Pada Volume Tetap (Cv)
Kapasitas kalor pada volume tetap artinya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap sehingga kalor yang diberikan dijaga selalu konstan. Karena volume pada sistem selalu konstan, maka suatu sistem tidak dapat melakukan kerja pada lingkungan demikian juga sebaliknya. Jadi, kalor yang ditambahkan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam suatu sistem.

    Kapasitas kalor suatu zat dalam keadaan volume konstan  dapat kita misalkan sistem tersebut dipaksa untuk memiliki volume tetap dan tidak dapat melakukan kerja apapun. Kalor yang diperlukan agar mengubah temperatur dT adalah dengan Cv sebagai kapasitas kalor pada volume tetap. Walaupun demikian, karena dU = dqv sehingga dapat dituliskan sebagai berikut (Atkins, 1996): 

berdasarkan persamaan tersebut Cv dapat dinyatakan dengan dengan volume tetap. Jika satu variabel atau lebih, dijaga agar tetap selama perubahan variabel yang lain, maka turunannya disebut sebagai turunan parsial terhadap variabel yang berubah. Kemudian untuk notasi d diganti dengan dan variabel yang dibuat tetap ditambahkan sebagai subskrip dimana kali ini yang dibuat tetap adalah suhu (T), sehingga diperoleh (Atkins, 1996):


B.    Kapasitas Kalor Pada Tekanan Tetap (Cp)
Kapasitas kalor gas adalah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu Kelvin pada tekanan tetap terhadap suatu sistem. Maka perubahan energi dalam, kalor, dan kerja pada proses ini tidak ada yang bernilai nol. Misalkan saja sistem mendapat tekanan tetap dan dapat memuai atau menyusut ketika dipanaskan.
Kalor yang diperlukan agar menghasilkan perubahan temperatur yang sama dan dinyatakan sebagai  dalam hal ini sistem dapat mengubah volumenya, sehingga sejumlah energi yang diberikan sebagai kalor dapat dikembalikan ke lingkungannya sebagai kerja dan tidak dikhususkan untuk menaikkan temperatur sistem. Oleh karena itu, secara umum  Cv berbeda dengan Cp . karena   maka dapat dituliskan (Atkins, 1996):


Pada kapasitas kalor bertekanan tetap Cp berbeda dengan kapasitas kalor bervolume tetap Cv, dalam suatu kerja yang diperlukan untuk mengubah volume sistem jika tekanan dibuat tetap. Kerja ini terbentuk dengan dua cara, yakni cara pertama adalah kerja mendorong kembali atmosfer, dan cara yang kedua adalah kerja merentang ikatan dalam material, termasuk interaksi antarmolekul yang lemah (Atkins, 1996).
C.    Hubungan Antara Cv dan Cp Pada Gas Sempurna
Kali ini untuk hubungan gas sempurna dilakukan perhitungan terlebih dahulu. Dalam kasus ini, kita dapat menggunakan persamaan diatas untuk menyatakan kedua kapasitas kalor dalam bentuk turunannya pada tekanan tetap dengan ,sehingga persamaan tersebut menunjukkan ketergantungan energi dalam terhadap temperatur pada tekanan tetap dalam bentuk  Cv, nilai  dapat diukur dengan eksperimen lain dan kuantitas yang terdapat dimana-mana  . Untuk gas sempurna , sehingga (Atkins, 1996):

Maka,dapat ditulis:

Kemudian kita memasukkan:


ke dalam suku pertama, sehingga menghasilkan:

Karena kerja pemuaian dilakukan pada tekanan luar itu tetap, untuk pemberian kalor tertentu, kenaikan temperatur pada tekanan tetap lebih kecil daripada kenaikan temperatur pada volume tetap. Jadi, untuk sampel tertentu Cp > Cv. Perbedaannya jauh lebih besar untuk gas daripada untuk cairan atau padatan, karena jika dipanaskan, cairan maupun padatan hanya sedikit mengubah volumenya. Oleh karena itu, umumnya cairan dan padatan hanya melakukan sedikit kerja.
Maka secara matematis dituliskan  :

Sehingga hubungan antara Cp dan Cv (Maria, 2015):

Kalor merupakan besaran yang bergantung pada jalannya proses, oleh karena itu terdapat bemacam-macam kapasitas-kapasitas kalor. Dari sejumlah besar kapasitas kalor yang ada, hanya dua nilai yang penting, yakni Cp dan Cv. Kedua nilai ini dapat dicari hubunganya dengan cara subsitusi persamaaan hingga kita dapat mendapatkan persamaan untuk hubungan Cp dan Cv untuk gas ideal adalah Cp - Cv = nR Kapasitas yang diperoleh pada persamaan tersebut adalah untuk gas monoatomik. Sedangkan untuk gas diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas.
Sekian yang bisa saya sampaikan mengenai pembahasan hubungan kapasitas kalor antara nilai Cv dan Cp. Semoga tulisan ini bermanfaat buat teman-teman semua dan menjadi sebuah pembelajaran bagi kita khususnya buat saya sendiri, bilamana masih banyak kesalahan dalam penulisan saya mohon maaf karena manusia tak luput dari kesalahan, hehe.. sekali lagi kurang lebihnya mohon dimaafkan. :D
Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakaatuh.

DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1996. KIMIA FISIKA JILID I. Jakarta: Erlangga
Moran, Michael J, dkk. 2004. TERMODINAMIKA TEKNIK JILID 2. Jakarta: Erlangga
Maria, Siti. 2015. JAWARA UJIAN FISIKA. Jakarta: Tangga Pustaka

Eksperimen Joule

Eksperimen Joule merupakan suatu bentuk percobaan yang dilakukan untuk mengukur perubahan energi dalam pada saat gas memuai dalam keadaan isotermal. Kalor yang diserap sebanding dengan perubahan termperatur. Hal tersebut sesuai dengan rumus yaitu Q = mc∆T , dimana kalor sebanding dengan perubahan suhu dan massa. Gambar disamping menurut Atkins, Eksperimen joule mengungkapkan bahwa dalam pemuaian ruang hampa, tidak ada kerja yang dilakukan sehingga W = 0 dan q = 0. Konsekuensinya ketepatan eksperimen,  ∆U = 0 (Atkins,1996) Jadi, jika didalam suatu sistem tidak ada kerja yang diberikan maka tidak ada kalor yang dapat memasuki atau meninggalkan sistem tersebut. Dengan demikian energi yang diberikan tidak banyak berubah jika gas memuai dalam keadaan isotermal. James Joule berpendapat bahwa ia dapat mengukur πT dengan mengamati temperatur gas jika gas itu dibiarkan memuai ke ruang hampa udara. 

James Prescott Joule (1818-1889) merupakan orang yang mengemukakan tentang hukum pertama termodinamika. Hukum pertama termodinamika adalah pernyataan kekekalan energi. Hukum ini menggambarkan hasil banyak eksperimen yang menghubungkan usaha yang dilakukan pada sistem, panas yang ditambahkan pada atau dikurangi dari sistem, dan energi internal sistem. Hasil eksperimen joule dan eksperimen orang-orang lain sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanika (joule) untuk menaikkan 1 g air dengan 1ᵒC. Hasil bahwa 4,18 J energi mekanika adalah ekuivalen dengan 1 kal energi panas dikenal sebagai ekuivalensi mekanika panas (Tipler,1998).

Pada gambar diatas merupakan diagram skematik peralatan Joule yang digunakan dalam eksperimennya yang paling terkenal dimana ia menentukan jumlah usaha yang ekuivalen  dengan sejumlah panas tertentu, yaitu jumlah usaha yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air dengan satu derajat celsius. Ketika ekuivalensi panas dan energi eksperimental ditetapkan, eksperimen Joule dapat digambarkan sebagai menentukan ukuran kalori dalam satuan energi yang biasa (Tipler,1998). 

Misalkan kita melakukan eksperimen Joule namun mengganti dinding tabung yang menginsulasi dengan dinding yang mengkonduksi. Kita dapatkan bahwa usaha yang dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan temperatur pada sistem dalam jumlah tertentu tidak selalu sama tergantung dari berapa banyak panas yang diperlukan atau dikurangkan dari sistem secara konduksi melalui dinding-dinding. Namun, jika kita ukur panas yang ditambahkan atau dikurangkan dari sistem dan usaha yang dilakukan pada sistem kita dapatkan bahwa jumlah usaha yang dilakukan pada sistem dan panas neto yang ditambahkan pada sistem selalu sama untuk perubahan temperatur tertentu. Artinya jumlah panas yang ditambahkan dan usaha yang dilakukan pada sistem sama dengan perubahan energi internal sistem. Ini adalah rumus hukum pertama termodinamika, (Tipler,1998)

Q + (-W) = ∆U         atau            Q = ∆U + W

Ket :     -W apabila usaha dilakukan pada sistem, W apabila usaha dilakukan oleh sistem
              Q positif jika diberikan kepada sistem dan negatif jika keluar dari sistem

Sebuah proses yang sangat penting dari segi teoritis adalah proses ekspansi bebas (free expantion). Proses ini adalah sebuah proses adiabatik didalam mana tidak ada kerja yang dilakukan pada sistem atau oleh sistem. Sebuah proses yang mirip seperti ini dapat dicapai dengan menghubungkan sebuah bejana yang mengandung suatu gas kepada sebuah bejana lain yang dikosongkan dengan sebuah hubungan keran penyumbat, dan seluruh sistem dikelilingi dengan isolasitermal (Gambar 22-14). Jika keran penyumbat tersebut tiba-tiba dibuka, maka gas akan memasuki vakum dan berekspansi secara bebas. Karena isolasi kalor maka proses ini adalah adiabatik, dan karena dinding-dinding bejana adalah tegar (rigid) maka tidak ada kerja luar yang dilakukan pada sistem tersebut. Maka, didalam hukum pertama kita memperoleh Q = 0 dan W = 0, sehingga Ui = Uf untuk proses ini. Tenaga dakhil mula-mula dan tenaga dakhil akhir adalah sana dalam proses ekspansi bebas (Halliday dan Resnick, 1998).

Didalam ekspansi bebas, setelah kita membuka keran penyumbat maka kita dapat lagi mengontrol proses tersebut lebih lanjut. Pada keadaan-keadaan perantara maka tekanan, volume dan temperatur tidak mempunyai nilai-nilai yang unik yang merupakan ciri dari sistem secara keseluruhan, yakni sistem tersebut lewat melalui keadaan-keadaan ketakseimbangan sehingga kita tidak dapat menggambarkan jalannya proses dengan sebuah kurva pada sebuah diagram p – V. Kita dapat menggambarkan keadaaan mula-mula dan keadaan akhir sebagai titik-titik pada gambar seperti itu karena keadaan-keadaan tersebut didefinisikan dengan pasti, yakni yang merupakan keadaan-keadaan kesetimbangan. Ekspansi bebas tersebut adalah sebuah contoh yang baik mengenai sebuah proses tak terbalikkan (Halliday dan Resnick, 1998).

Gambar 22-14

Hukum pertama termodinamika dikemukakan oleh Joule Thompson, (Barsasella,2010)
1.    Konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi
2.    Menegaskan ekuivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja

Daftar Pustaka :
Atkins, P W.1996.Kimia Fisika Jilid 1 edisi keempat.Jakarta : Erlangga.
Barsasella, diana.2010.Fisika untuk Mahasiswa Kesehatan.Jakarta Timur : CV.Trans Info Media.
Halliday,david dan Resnick,robert.1998.Fisika Jilid 1 edisi ke-3.Jakarta : Erlangga.
Tipler, paul.A.1998.Fisika untuk Sains dan Teknik.Jakarta : Erlangga.

Apa Itu Kalor ?

Assalamu’alaikum wr. wb.

Oke sahabat-sahabat pencari ilmu, kali ini saya akan berbagi arikel pengetahuan alam tentang Kalor. Kalian pasti pengen tau kan apasih itu kalor? Nah, disini saya akan menjelaskan tantang kalor tersebut. Monggo sahabat-sahabat, semoga ilmunya dapat bermanfaat. :D :D   

1. Pengertian kalor

Kalor (head) adalah energi yang ditransfer antara suatu sistem dan sekelilingnya sebagai akibat dari perbedaan suhu. Energi, sebagai kalor bergerak dari satu tempat ke tempat lain yaitu benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan ini diakibatkan adanya perbedaan suhu antara dua benda tersebut (Petrucci, 2008). Contohnya ketika kita menggunakan gelas kosong, lalu gelas tersebut kita isi dengan air panas dan juga air dingin. Kedua air tersebut kita campur dan kita aduk, maka akan didapat air yang hangat. Pada pencampuran antara air panas dan air dingin tersebut dihasilkan air hangat yang suhunya lebih rendah dari air panas, tetapi lebih tinggi dari gelas kosong sebelumnya. Hal ini dikarenakan pada peristiwa tersebut terjadi perpindahan suhu tinggi ke rendah yang dinamakan perpindahan kalor.

Kalor adalah energi yang dapat dibuktikan oleh Joule dengan percobaanya yaitu sebagai berikut: beban yang dijatuhkan berulang-ulang dari suatu ketinggian akan memutar sudu didalam bejana berisi air. Ternyata, suhu air dalam bejana naik. Jumlah kalor yang diterima oleh air adalah massa (m) dengan kenaikan suhu (T). Jumlah energy yang dihasilkan oleh perputaran sudu-sudu sama dengan berat beban (w) dikalikan dengan jarak (h). dalam hal ini, energy potensial beban berubah menjadi energi kinetik sudu-sudu dan akhirnya menjadi kalor yang menaikkan suhu air. Jadi, kalor adalah energy (Suryatin, 2006).

1. Rumus dan satuan kalor

Menurut sejarah, kuantitas kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu satu gram air sebesar satu derajat Celcius disebut kalori (kal). Kalori adalah satuan energy yang kecil, dan satuan kilokalori (kkal) juga digunakan secara luas (Petrucci, 2008)

1 Kkal= 1.000 kal

Menurut percobaan yang dilakukan Joule, bahwa terdapat hubungan antara satuan kalor (kalori) dengan energy potensial (joule) dengan kesetaraan yaitu (Suryatin, 2006):

Adapun rumus dari kalor yaitu:

1. Perubahan pada benda yang disebabkan oleh Kalor

1. Perubahan suhu benda

Menurut (Suryatin,2006) pada dasarnya, benda yang memiliki kalor yaitu benda yang suhunya lebih dari nol mutlak. Penentuan atau perubahan suhu di akibatkan oleh banyaknya kandungan kalor yang ada pada benda tersebut. Apabila suatu benda dipanaskan, maka otomatis benda tersebut suhunya akan naik. Hal ini disebabkan ditambahnya kalor terhadap benda tersebut. Sebaliknya apabila suatu benda didinginkan, maka otomtis benda tersebut suhunya akan turun. Hal ini disebabkan dilepaskannya kalor terhadap benda tersebut.

Lalu, apakah mungkin jika benda yang lebih tinggi suhunya akan menerima kalor dari benda yang lebih rendah suhunya? Itu adalah hal yang mustahil jika tidak ada alat bantu. Namun, hal tersebut bisa saja terjadi jika dilakukan dengan alat bantu.

Maka, dapat dinyatakan bahwa banyaknya kalor yang dperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda yaitu:

• Sebanding dengan massa zat itu,
• Sebanding dengan kenaikan suhu zat itu, dan
• Tergantung pada jenis zat tersebut.

1. Perubahan wujud zat

Perubahan wujud benda dapat terjadi apabila jika suatu benda tersebut diberikan kalor dalam satuan tertentu. Dalam kehidupan sehari-hari kita menjumpai tiga wujud zat yaitu padat, cair, dan gas. Kalor dapat mempengaruhi wujud zat, yaitu padat menjadi cair, cair menjadi gas, dan sebaliknya. Perubahan wujud zat tidak hanya terjadi saat zat menerima kalor, tetapi juga saat melepas kalor. Adapun perubahan wujud seperti gambar dibawah (Mikrajuddin, 2007):

Keterangan:

1. Mencair/Melebur: perubahan wujud zat dari padat ke cair.
2. Membeku: perubhan wujud zat dari air ke padat.
3. Evaporasi: perubahan wujud zat dari air ke gas.
4. Kondensasi: perubahan wujud zat dari gas ke cair
5. Menyublim: perubahan wujud zat dari padat ke gas
6. Deposisi: perubahan wujud zat dari gas ke padat

Contohnya yaitu ketika es dipanaskan (diberi kalor), maka es (berwujud padat) tersebut akan mencair dan menjadi air (berwujud cairan), lalu apabila pemanasan ini tidak dihentikan, maka lama-kelamaan air tersebut akan berubah wujud menjadi gas. Perubahan wujud zat terjadi seperti diagram gambar diatas. Titik dimana suatu zat akan berubah menjadi zat cair disebut titik cair atau titik lebur.

1. Kapasitas kalor dan kalor jenis

Jika sebuah benda dipanaskan, maka suhunya akan naik. Sebaliknya, jika sebuah benda didinginkan, maka suhunya akan turun. Jadi, ada sejumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu atau ada sejumlah kalor yang dilepaskan ketika suhu benda diturunkan.

1. Kapasitas kalor

Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhunya 1 derajat Celcius. Jika kalor Q menghasilkan suhu sebesar t maka kapasitas kalor dapat dirumuskan sebagai berikut (Esvandiasi, 2007)

           

Menurut (Petrucci, 2008), kuantitas kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu sistem sebesar satu derajat disebut kapasitas kalor (head capacity) sistem tersebut. Jika sitem adalah satu mol zat, digunakan istilah kapasitas kalor molar. Jika sistem adalah satu gram zat, istilah yang digunakan adalah kalor spesifik. Kalor spesifik suatu zat bergantung pada suhu.

Kuantitas kalor =        massa zat x kalor spesifik x perubahan suhu

            Massa zat x kalor spesifik = kapasitas kalor (C)

Maka, rumus dari kuantitas kalor yaitu:

1. Kalor jenis

Menurut (Suryatin, 2006) kalor jenis (c) suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh satu satuan massa zat untuk menaikkan suhunya 1 derajat Celcius atau 1K. Kalor jenis suatu zat dapat ditentukan dengan calorimeter. Adapun satuan untuk kalor jenis (c) adalah: J/kg derajat Celcius atau kal/g derajat Celcius

Maka,

• Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan/menurunkan suhu = Q;
• Untuk menaikkan suhu zat dengan massa m gram sebesar 1 derajat Celcius diperlukan (m x c) kalori;
• Untuk menaikkan suhu zat dengan massa m gram sebesar ∆diperlukan (m x c x ∆T) kalori.

Adapun jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan zat sebesar;

1. Perpindahan kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor dibagi menjadi 3 yaitu (Esvandiasi, 2007):

1. Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Contohnya yaitu jika kita mencelupkan sendok stainless steel (terbuat dari logam) kedalam gelas yang berisi air panas, maka sendok yang tidak tercelup (ujung sendok) akan terasa panas/hangat. Hal tersebut menunjukkan bahwa pada sendok terjadi perpindahan aliran kalor dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah. Konduksi kalor pada umumnya terjadi akibat tumbukan partikel-partikel atau molekul-molekul suatu benda. Jika suatu benda dipanaskan, partikel-partikel akan bergetar ditempat dengan lebih kuat dan menggetarkan partikel tetangganya sambil mentransfer energy sehingga energy partikel tetangga bertambah. Demikian seterusnya partikel-pertikel ini memberikan sebagian energinya ke pertikel berikutnya.

1. Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Secara alamiah, pergerakan fluida disebabkan oleh perbedaan massa jenis. Sebagai contoh misalnya pada pemanasan air, massa jenis partikel air yang sudah panas akan naik menjauh dari api dan digantikan dengan partikel air lain yang suhunya lebih rendah. Proses ini mengakibatkan seluruh partikel zat cair tersebut akan panas sempurna. Sedangkan secara paksa, pergerakan fluida disebabkan oleh perpindahan kalor yang dipaksakan/disengaja. Sebagai contoh misalnya pada kipas angin yang akan membawa udara dingin ke tempat yang panas, dan seperti radiator mobil yang memiliki sistem pendingin mesin.

1. Radiasi atau Pancaran

Perpindahan kalor secara radiasi/pancaran adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energy kalor dibawa dalam bntuk gelombang elektromagnetik. Sebagai contoh misalnya kita berada didekat api unggun yang panas, walapun di sudut manapun maka badan kita juga akan terasa hangat selagi badan kita tidak menyentuh api unggun tersebut. Hal ini karena perpindahan kalor (api unggun) tersebut dapat erpindah tanpa zat perantara dan dapat melalui ruang hampa.

Nah sahabat-sahabat pencari ilmu, mungkin cuma itu ilmu yang bisa saya bagikan. Kalau ada kesalahan, saya minta maaf yang sebesar-besarnya. Semoga ilmunya bermanfaat.

Wassalamu’alaikum wr.wb

Daftar Pustaka:

Esvandiasi. 2007. Jago Fisika. Jakarta: Puspa Swara

Mikrajuddin., dkk. 2007. IPA Terpadu. Jakarta: Erlangga

Petrucci. 2008. Kimia Dasar: Prinsip-Prinsip dan Aplikasi Modern. Jakarta: Erlangga

Suryatin, Budi. 2006. Fisika. Jakarta: Grasindo