Mekanisme Dibalik Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah sesuatu hal yang tidak asing di penglihatan kita. Dalam kehidupan sehari-hari, pendingin tidak hanya  digunakan untuk mendinginkan makanan seperti freezer atau refrigator namun juga untuk mendinginkan mesin-mesin uap, dan cooling system pada kendaraan bermotor untuk menjaga suhu atau temperatur mesin agar tetap pada kondisi ideal. Tentu kita akan bertanya, bagaimanakah mekanisme atau cara kerja dari mesin pendingin itu hingga mampu untuk membuat rasa dingin di lingkungannya.

Mesin pendingin merupakan salah satu penerapan ilmu kimia fisika dari hukum termodinamika II yang berbunyi “Entropi suatu sistem yang terisolasi bertambah selama ada perubahan spontan” . Entropi ini dihasilkan dari proses irreversibel dimana terjadinya ketidakteraturan dari  energi dari sistem kepada lingkungannya akan semakin maksimal seiring dengan bertambahnya waktu proses ini disebut dengan kenaikan Entropi. Hukum kedua ini hanyalah pernyataa dari Clausius dan Kevin-Plank.

Dari proses perpindahan  energi sebagai kalor dari suatu sistem pendingin dari suhu atau temperatur yang rendah ke lingkungan yang bertemperatur tinggi, kemudian jika kalor  meninnggalkan sistem, entropi akan mengalami penurunan dan jika kalor memasuki sistem yang bertemperatur rendah, entropi akan mengalami kenaikan. Itulah sebabnya perubahan entropi secara menyeluruh adalah.

Dimana:
∆S    = perubahan entropi
|q|    = kalor
Tc    = temperatur rendah
Th     = temperatur tinggi

 Dari persamaan diatas diperoleh hasil yang positif (∆S > 0) , itu artinya kerja dari mesin pendingin bersifat spontan, Hal ini sesuai dengan prinsip kenaikan entropi dan pernyataan Clausius bahwa 

”Tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem yang lebih tinggi tanpa dilakukan kerja dari luar”. 
 

Material pendingin yang menguap pada suhu -200oC. Dari proses penguapan yang berada di evaporator tersebut akan menyebabkan suhu dari lingkungan seluruhnya akan turun karena sirkulasi udara. Perlu diketahui bahwa prinsip kerja dari mesin pendingin adalah berkebalikan dengan mesin kalor. Mesin pendingin memindahkan energi kalor dari lingkungan bertempatur rendah ke lingkungan bertemperatur tinggi. Setiap melakukan kerja (W) energi kalor dari suhu rendah dalam pendingin (sistem) akan dikeluarkan ke ruangan yang bersuhu tinggi (lingkungan). 
 
(Gambar 1: Mesin Pendingin)
Kompresor dari pendingin akan mengirimkan energi kalor dari gas freon yang bertemperatur tinggi di dinding pendingin dimana energi kalor akan dikeluarkan dan diteruskan di kondensor dan mengalami penahanan di pipa kapirer sehingga suhu gas turun dan menjadi liquid atau cairan. Kemudian liquid akan melewati katup bertekanan tinggi hingga tabung bertekanan rendah dan menguap hingga menyerap energi kalor kembali dari evaporator dan membentuk liquid. Selebihnya liquid akan masuk lagi ke dalam kompresor dan memulai siklusnya dari awal. 

Dapat disimpulkan bahwa mekanisme perpindahan panas dari mesin pendingin merupakan penerapan dari hukum termodinamika II bagian sistem pendinginan spontan berdasarkan pada perubahan entropi sesuai dengan pernyataan Clausius dimana terjadi perpimdahan energi dari temperatur rendah ke temperatur tinggi berkebalikan dengan mesin kalor.

Literatur:
    Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga
    Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga
    Sears, Zemansky. 1985. Fisika untuk Universitas. Benacipta
    Foster, Bob. 2003. “Fisika Terpadu 2” Jakarta: Erlangga
    Foster, Bob. 2003. “Fisika Terpadu 2” Jakarta: Erlangga

By: Ririn Lailatul F 16630067

Kalorimetri

Hello Sobat dan adik-adik ! Salam Chemistry !! Pada kesempatan kali ini, saya akan mencoba membahas mengenai materi termokimia yaitu tentang kalorimetri. Salah satu ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang perubahan temperatur di sekitarnya adalah kalometri. Untuk lebih jelasnya silahkan baca artikel di bawah ini yang membahas tentang hal tersebut. Semoga bermanfaat…..!!!!

Selain memiliki energi kinetik dan energi potensial, setiap materi juga memiliki energi berupa panas atau bahasa ilmiahnya disebut kalor. Hal ini dapat dibuktikan dengan adanya suhu yang dimiliki oleh setiap materi. Suhu yang dimiliki oleh setiap materi mengindikasikan jumlah kalor yang dimiliki oleh materi tersebut. Jika suatu materi memiliki suhu yang tinggi, maka dapat dipastikan materi tersebut menyimpan kalor dalam jumlah yang banyak. Sehngga jika suatu materi memiliki suhu yang rendah, maka dapat dipastikan materi tersebut menyimpan kalor dalam jumlah yang sedikit. Untuk mendapatkan energi berupa kalor, setiap materi biasanya menyerap kalor yang terdapat di lingkungan sekitar tempat materi tersebut berada. Misalnya : besi yang kita letakkan dibawah sinar matahari pasti akan memiliki jumlah kalor yang lebih banyak dibandingkan dengan besi yang kita letakkan di dalam ruangan. Hal ini menandakan bahwa banyak tidaknya jumlah kalor yang dimiliki oleh suatu materi tergantung pada lingkungan tempat dimana materi tersebut berada.

Kalorimeter adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk menghitung penghantaran panas selama reaksi. Perangkat ini mempunyai dinding-dinding yang terisolasi. Dengan menghitung perubahan temperatur di dalam kalorimeter, Anda dapat menghitung energi yang dilepaskan selama reaksi. Misalnya, Anda memiliki beberapa liter bensin. Anda ingin membakarnya dan melihat seberapa banyak energi yang dilepaskan per liternya. Anda dapat menggunakan sebuah kalorimeter untuk melihat berapa banyak panas yang dilepaskan selama pembakaran. 

Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem (Keenan, 1980). Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kalor sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan.

Kalorimeter adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor dari reaksi yang dikeluarkan. Kalorimeter dapat digunakan untuk menghitung energi dalam makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter (Wahyu, 2010). Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar kedalam kalorimeter. Suatu kalor reaksi dapat ditentukan melalui percobaan dengan kalorimeter. Adapun kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar  (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor atau panas.

Diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik dan arus listrik pada suatu bahan maka tara panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu semakin kecil. Kita dapat melihat seolah  pengukuran dengan menggunakan arus kecil menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini merupakan suatu anggapan yang salah karena dalam pengukuran pertama perubahan suhu yang digunakan sangatlah kecil berbeda dengan data yang menggunakan arus besar. Tapi jika perubahan suhu itu sama besarnya maka yang berarus kecil  yang mempunyai tara panas listrik yang besar.
Jenis-Jenis Kalorimeter

Ada berbagai macam jenis kalorimeter, namun secara umum keanekaragaman tersebut merupakan cerminan dari prinsip kerja kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana. Berikut ini akan di bahas mengenai kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana.

Kalorimeter Bom

Gambar di samping memperlihatkan sebuah kalorimeter bom (bomb calorimeter), yang sangat cocok untuk mengukur kalor yang timbul dalam reaksi pembakaran. Sistem ini adalah segala sesuatu yang ada di dalam kalorimeter dengan jaket luar berupa dinding ganda. Kalorimeter ini meliputi bom dan isinya, air untuk merendam bom, termometer, pengaduk, dan seterusnya. Sistem ini terisolasi dari sekelilingnya. Jika terjadi reaksi pembakaran, energi kimia dikonversi menjadi energi termal, dan suhu sistem meningkat. Kalor reaksi, seperti dijelaskan sebelumnya adalah kuantitas kalor yang harus dilepas oleh sistem ke sekelilingnya agar kembali ke suhu awalnya. Kuantitas kalor ini, adalah negatif dari energi termal yang diperoleh kalorimeter dan isinya(qkal)( Petrucci, 2011) :
qreaksi = -qkal ( dengan qkal =  qbom+qair)

untuk menghitung qkal, kita perlu mengetahui kapasitas kalor kalorimeter (Ckal) dan kenaikan suhu yaitu(Chang, 2005) :
qkal= Ckal∆T
kuantitas Ckal dikalibrasi dengan membakar suatu zat yang sudah diketahui kalor pembakarannya secara tepat. Sebagai contoh. telah diketahui bahwa pembakaran 1 g asam asam benzoat (C6H5COOH) membebaskan 26,42 kJ  kalor. Jika kenaikan suhunya adalah 4,673°C, maka kapasitas kalor kalorimeternya adalah(Chang, 2005) :


Begitu Ckal telah ditentukan, kalorimeter itu dapat digunakan untuk mengukur kalor pembakaran zat-zat yang lain. Perhatikan bahwa karena reaksi dalam suatu kalorimeter bom berlangsung pada tekanan-konstan, perubahan kalornya tidak sesuai dengan entalpi ∆H. Memang dimungkinkan untuk mengkoreksi perubahan kalor yang terukur sehingga sesuai dengan nilai ∆H, tetapi koreksi tersebut biasanya cukup kecil sehingga kita tidak akan membahas rinciannya di sini. Akhirnya, menarik untuk dicatat bahwa kandungan energi makanan dan bahan bakar (biasanya dinyatakan dalam kalori di mana 1 kal 4,184 J) diukur dengan kalorimeter volume- konstan(Chang, 2005)..
Untuk mengukur C, kita alirkan arus listrik melalui pemanas dalam kalorimeter dan kita tentukan kerja listrik yang kita lakukan padanya. Semua energi yang kita berikan sebagai kerja berjalan melewati batas antara pemanas dan kalorimeter sebagai kalor dan menyebabkan kenaikan temperatur. Karena kita secara tak langsung mengukur kalor yang diberikan dan dapat mengukur kenaikan temperatur kalorimeter yang disebabkannya, kita dapat menarik kesimpulan tentang nilai C dan menggunakan nilai itu untuk menafsirkan kenaikan temperatur yang dihasilkan oleh reaksi. Misalnya, jika kita mengalirkan arus 1 A dari sumber daya 12 V selama 3000 detik, kerja yang kita lakukan pada kalorimeter adalah(Atkins,1993):
W = I x V x t = 36.000 A V s = 36 kJ
Alternatif yang lain adalah membandingkan kenaikan temperatur sampel uji dengan standar yang diukur pada kondisi yang sama. Kemudian kita dapat menghitung kalor yang dihasilkan sampel dengan menggunakan(Atkins,1993):


Namun demikian, pada beberapa tahap, nilai qstandar harus sudah ditentukan dengan pengukuran kapasitas kalor kalorimeter. Dalam termodinamika, kita tidak pernah mengukur kalor secara langsung tetapi kita dapat mengetahui nilainya dari pengukuran kerja atau perubahan temperatur.
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (∆V = nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya.
∆E = q + w dimana  w  = – P. ∆V  ( jika ∆V = nol maka w  = nol ) maka  ∆E  = qv
Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter makanan.

Kalorimeter Sederhana
Pengukuran kalor reaksi; selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan ( misalnya reaksi netralisasi asam – basa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan ).
Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan.

qreaksi          = – (qlarutan  + qkal )
qkal     = Ckal x ∆T

dengan :   
Ckal = kapasitas kalor kalorimeter ( J / oC ) atau ( J / K )
∆T  = perubahan suhu (oC atau K )

Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter.

Seperti halnya kalorimeter bom, kalor reaksi didefinisikan sebagai kuantitas kalor yang akan dipertukarkan dengan sekeliling dalam pengembalian kalorimeter suhu awalnya. Namun, sekali lagi, kalorimeter tidak secara fisik dikembalikan ke kondisi awalnya. Kita hanya mengambil kalor reaksi sebagai negatif dari kuantitas yang menghasilkan perubahan suhu dalam kalorimeter. Artinya, kita gunakan persamaan(Petrucci, 2011):

qreaksi    = – qlarutan
qlarutan   = m x c x ∆T
dengan :
m   = massa larutan dalam kalorimeter ( g )
c    = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g. oC ) atau ( J / g. K )
∆T  = perubahan suhu (oC atau K )

Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (∆P = nol ) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan entalpinya.
∆H = qp
Contoh kalorimeter sederhana adalah kalorimeter larutan.

Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat padareaksi kimia dalam sistem larutan. Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh dipasaran.

Dalam menentukan entalpi berlaku persamaan
qreaksi   = – (qlarutan + qkal)
qreaksi   = – (m.c.∆T + c.∆T)
Jika kapasitas kalori dalam kalorimeter diabaikan, maka
qreaksi  = – (m.c.∆T)


DAFTAR PUSTAKA

Chang, Raymond. 2003. Kimia Dasar Jilid I Edisi 3. Jakarta: Erlangga.
Keenan. 1980. Fisika untuk Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Petrucci, dkk. 2011. Kimia Dasar Prinsip-prinsip dan Aplikasi Modern Jilid I Edisi 9. Jakarta: Erlangga.
Wahyu, dkk. 2010. Kimia Fisika. Jakarta : Rineka Cipta.

By : Indra Nur Cahyo 16630051

Ketergantungan Entalpi Reaksi Terhadap Temperatur

Masih ingatkah Anda apa isi dari hukum pertama termodinamika? Hukum pertama termodinamika menjelaskan bahwa energi dalam suatu sistem besarnya tetap kecuali jika diubah dengan melakukan kerja atau dengan pemanasan. Nah, kali ini akan dibahas mengenai salah satu sub bab dari hukum pertama termodinamika yaitu ketergantungan entalpi reaksi terhadap temperatur.

   

Entalpi reaksi dari banyak reaksi penting sudah diukur pada berbagai temperatur, dan untuk kerja berat, data tepat ini harus digunakan. Walaupun demikian, jika informasi itu tidak ada, entalpi reaksi pada temperatur yang berbeda dapat diperkirakan dari kapasitas kalor dan entalpi reaksi pada temperatur referensi (Atkins, 1996: 61).
    

Sesuatu yang sering terjadi adalah ketika kita mempunyai data pada suatu temperatur tertentu tapi yang kita butuhkan adalah data pada temperatur lain. Misalnya, kita ingin mengetahui entalpi dari reaksi yang terjadi pada suhu tubuh, 37oC, tapi data yang tersedia adalah pada suhu 25oC (Peter Atkins dan Julio de Paula, 2009: 78).
 

Gambar di atas menjelaskan bahwa entalpi suatu substansi bertambah dengan temperatur. Oleh karena itu, entalpi reaktan total dan entalpi produk total bertambah seperti pada gambar di atas. Entalpi reaksi standar akan berubah dengan berubahnya temperatur. Perubahan pada entalpi suatu substansi bergantung pada slope pada grafik dan kapasitas kalor ketika tekanan konstan pada suatu substansi. Jadi kita dapat menyimpulkan bahwa ketergantungan entalpi reaksi terhadap temperature berhubungan dengan perbedaan kapasitas kalor dari produk dan reaktan (Peter Atkins dan Julio de Paula, 2009: 78).
    

Awal dari persamaan perubahan entalpi adalah sebagai berikut (Demirel, 2014:4)
(1)

Jika perubahan temperatur sangat kecil, dT, maka perubahan entalpi zat tersebut adalah Cp dT. Oleh karena itu, untuk perubahan temperatur dari T1 ke T2, entalpi zat berubah dari H(T1) menjadi (Atkins, 1996: 62)
(2)
 

Persamaan ini berlaku untuk setiap zat dalam reaksi, entalpi reaksi standar berubah dari ∆Ho (T1) menjadi (Atkins, 1996: 62)
(3)

dengan
(4)
 

dengan Cp (J) sebagai kapasitas kalor molar zat SJ. Lebih ringkasnya,
(5)

Persamaan 3 dapat dikenal sebagai hukum Kirchhoff. Biasanya cukup baik untuk menganggap bahwa ∆Cp tidak bergantung pada temperatur sekurang-kurangnya pada kisaran yang layak. Walaupun demikian, dalam beberapa hal, ketergantungan kapasitas kalor pada temperatur diperhitungkan dengan menuliskan (Atkins, 1996: 62)

Pilihan nilai koefisien-koefisien yang tak bergantung pada temperatur a, b, dan c disajikan dalam tabel berikut (Atkins, 1996: 62)


Contoh soal menggunakan Hukum Kirchhoff (Atkins, 1996: 62-63):
Entalpi pembentukan standar uap air pada temperatur 25oC adalah -241,82 kJ mol-1. Perkirakan nilainya pada 100oC berdasarkan nilai kapasitas kalor molar pada tekanan tetap sebagai berikut: H2O(g) 33,58 J K-1 mol-1; H2(g) 28,84 J K-1 mol-1; O2(g) 29,37 J K-1 mol-1. Asumsikan kapasitas kalor tidak bergantung pada temperatur.
Jawab:
Jika ∆Cp tidak bergantung pada temperatur dari T1 sampai dengan T2, integral pada persamaan 3 menjadi ∆Cp x (T2 – T1) atau disederhanakan menjadi ∆Cp∆T. Oleh karena itu,

Reaksinya adalah
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g)
sehingga
∆Cp = Cp(H2O, g) - Cp(H2, g) – ½ Cp(O2, g)
= -9,94 J K-1 mol-1
Kemudian karena ∆T = + 75 K,
∆Hfo (373 K) = ∆Ho(T) + (75 K) x (-9,94 J K-1 mol-1)
= -242,6 kJ mol-1


DAFTAR PUSTAKA
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga
Atkins, Peter, Julio de Paula. 2009. Elements of Physical Chemistry Fifth Edition. New York: W.H.Freeman and Company
Demirel, Yasar. 2014. Nonequilibrium Thermodynamics: Transport and Rate Processes in Physical, Chemical and Biological Systems, Third Edition. Elsevier

By :Vera Vania 16630056

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

Aplikasi Efek Joule Thomson

James Joule

Kita perlu mengetahui cara mngukur perubahan temperatur yang menyertai perubahan tekanan pada entalpi tetap. Kecerdikan untuk mengatasi kendala ini diberikan oleh joule dan william thomson, yang tidak hanya memecahkan masalah ini, melainkan juga menemukan cara untuk membuat eksperimen yang sangat peka utuk masalah ini. Mereka menemukan kesalahan pada eksperimen orisinal joule, yaitu bahwa kapasitas kalor alat terlalu besar, sehingga perubahan temperatur menjadi sangat kecil dan tak teratur.

Joule dan thomson mempunyai gagasan yang baik dengan mengunakan gas (yang kapasitas kalornya rendah) sebagai bak kalornya dan membuat aliran terus-menerus sehinga efeknya lebih mudah diukur. Gas dibiarkan memuai melalui suatu sumbat berpori dari suatu tekanan tetap ke tekanan tetap lainya dan memonitor perbedaan temperatur. Seluruh alat diisolasi sehingga proses tersebut adiabatik. Mereka mendapakan temperatur yang lebih rendah pada sisi yang tekanannya rendah, dan perbedaannya sebanding dengan perbedaan tekanannya. Pendinginan dengan pemuian adiabatik ini sekarang disebut efek joule-thomson(Atkins, 1996).

Kepentingan teknologi efek joule-thomson terletak pada penerapannya dalam pendinginan dan pencairan gas. Pendingin linde bekerja dengan prinsip bahwa dibawah temperatur inversinya, gas mendingin pada pemuaian. Dengan demikian sangatlah penting untuk mengetahui kondisi-kondisi dimana p positif. Sesudah gas pendingin bersirkulasi ulang, dan untuk penurunan tekanan yang cukup besar antara sebelum dan sesudah sumbat berpori , temperatur turun sampai dibawh temperatur pengembunan, dan terbentuklah cairan(Atkins, 1996).

Mesin pendingin joule-thomson digunakan untuk dalam aplikasi medis seperti alat penyimpan spesimen biomedis dan cryosurgery. Sebegai alat cryosurdery, mesin pendingin joule-thomson harus memiliki kisaran temperatur yang besar aan mampu mencapai suhu 120 k agar jaringan kanker yang menginfeksi bagian tubuh dapat dimatikan(Hidayat, 2011).

Efek joule-thomson biasanya juga digunakan dalam industri migas untuk dijadikan tolok ukur pada proses pencairan gas.  Proses pencairan gas ini dilakukan karena akibat dari tekanan dan temperatur yang kritis sehingga megakibatkan gas membentuk kristal yang seperti es atau biasa disebut sebagai gas Hidrat. Proses pencairan gas yang menggunakan Joule-Thomsone effect adalah dengan pertolongan suatu kompresor, dimana gas pertamakali ditekan pada tekanan yang tinggi, kemudian dilepas untuk pengembangan bebas. Gas yang telah mengalami penurunan suhu akan dialirkan kedalam kompresor dan proses dapat diulang kembali hingga mencapai suhu yang cukup rendah sehingga pada pengembangan atau ekspansi dihasilkan cairan sebagai akibat terjadinya proses kondensasi.

Atkins, P.W., 1996. Kimia Fisik. Jilid 2. Erlangga: Jakarta.
Hidayat, R. A., 2011. Pengujian Kaakteristik Sistem Pendingin Joule-Thomson dengan Menggunakan Campurn Hirokarbon Melalui Simulasi Program Matlab 8.5 dan Refprop 8.0. Skripsi. FT, Teknik Mesin, Universitas Indonesia.

By : Hannan Adi Widodo 16630063

Demagnetisasi Adiabatik

Demagnetisasi adiabatik adalah metode yang digunakan untuk mencapai temperature paling rendah, dengan menggunakan sifat magnet suatu zat. Kita dapat melihat bahwa sifat suatu magnet timbul karena elektron elektron berperilaku sebagai magnet magnet kecil. Pada keadaan normal, dalam material paramagnetic ( material yang terdiri atas molekul molekul, yang tidak semua elektronnya berpasangan ), magnet magnet ini berorientasi secara acak. Walau demikian, dalam medan magnet lebih banyak magnet magnet yang searah dengan medan tersebut daripada yang arahnya berlawanan. Dalam istilah termodinamika, penerapan medan magnet merendahkan entropi sistem paramagnetic karena keteraturan yang disebabkannya, sehinggan entropi atau kurva temperatur berbeda, tergantung pada medan magnet yang dialaminya. Pada temperatur tertentu, entropi lebih rendah jika medan magnet diaktifkan daripada jika medan magnet dimatikan.

Teknik demagnetisasi adiabatik digunakan untuk mencapai temperature yang sangat rendah. Kurva diatas memperlihatkan variasi entropi sistem paramagnetic dengan tidak adanya medan magnet. Kurva diatas juga memperlihatkan variasi entropi jika medan diaktifkan dan menyebabkan magnet magnet elektron lebih teratur. Tahap magnetisasi isothermal adalah dari A ke B tahap demagnetisasi adiabatic (pada entropi tetap) adalah dari B ke C.

Suatu cuplikan material paramagnetic, seperti kompleks logam d- atau f-, didinginkan sampai mencapai temperature sekitar 1K dengan cara seperti yang sudah dipaparkan. (gadolinium sulfat sering digunakan kerena setiap ion gadolinium membawa beberapa elektron, tetapi ion itu dipisahan dari tetangganya oleh kantung elektron molekul yang melarut). Kemudian larutan itu dimagnetisasi dengan menerapkan medan magnet yang kuat. Magnetisasi ini terjadi ketika cuplikan dikelilingi oleh gas helium, yang menyebabkan kontak termal dengan reservoir dingin. Oleh karena itu, magnetisasi tersebut isothermal, dan kalor meninggalkan cuplikan ketika magnet magnet elektron merendahkan energinya dengan mengarah ke medan magnet. Tahap ini digambarkan dengan garis AB .

Kontak termal antara cuplikan dan lingkungannya kemudian diputuskan dengan memompa gas keluar dan kemudian medan magnet pelan pelan berkurang sampai nol. Karena dalam tahap reversibel adiabatik yang terakhir ini tidak ada aliran kalor, maka entropi cuplikan tetap sama. Dengan demikian, keadaan cuplikan berubah dari B ke C . Ketika medan mencapai nol, cuplikan mempunyai entropi lebih rendah daripada awalnya, tetapi pada tahap akhirnya sama. Oleh karena itu, kemudian cuplikan mempunyai temperature lebih rendah, jadi demagnetisasi adiabatic mendinginkan cuplikan.
Bahkan temperature lebih rendah dapat dicapai jika sebagai pengganti momen magnet elektron, digunakan momen magnet inti. Proses semagnetisasi inti adiabatik ini bekerja dengan prinsip yang sama seperti metode elektronik dan sudah digunakan untuk memperoleh rekor dunia (dalam tembaga).

Hubungan antara dalil Nernest dengan tak dapat dicapainya T = 0 digambarkan dalam pasangan diagram ini. Dalam (a) kita mengandaikan bahwa dalil itu salah, dan bahwa entropi tidak bertemu ketika T ---> 0. Kita melihat bahwa T = 0 dapat dicapai dalam tahap yang terbatas jumlahnya. Dalam (b) kita melihat bahwa tahap penurunan temperature menjadi jauh lebih kecil, jika seperti ditegaskan oleh dalil Nernes, entropi sama ketika T --> 0. Kini, tahap tahap dalam jumlah tertentu, tidak membawa sistem ke T = 0.

Dari hukum ketiga termodinamika, kita tahu bahwa kurva entropi zat zat bernilai sama ketika T --> 0. Ini menunjukkan bahwa demagnetisasi adiabatic dan nyatanya segala proses tidak dapat digunakan untuk mendinginkan objek sampai nol mutlak dalam tahap yang jumlahnya terbatas.

Daftar pustaka
Atkins, P.W.1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga
Moran, Michael J. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga
Oxtoby, David W. 2001. Prinsip Prinsi Kimia Modern Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga