Projek Termodinamika Kelompok 4 Fisika Dasar [PDF]

Citation preview

Mata Kuliah Fisika Dasar



PROJECT “PENERAPAN TERMODINAMIKA 1 PADA TERMOS” Dosen Pengampu: Dr. Maryati Evivani Doloksaribu, M.Si.



OLEH: KELOMPOK 7



Endang Novita Agnes Pane



(4211121010)



Jantri Syah Putra Sembiring



(4212321002)



Putri Roma Uly Nyata Sihombing



(4213321001)



Novry Simanullang



(4213121034)



Monica Ladena Manurung



(4213121049)



JURUSAN FISIKA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2022



KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas Project yang berjudul “Penerapan Hukum Termodinamika 1 pada Termos” dengan baik dan tepat waktu. Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas kelompok Mata Kuliah Fisika Dasar sehingga nantinya dapat membantu kita memahami tentang radiasi benda hitam. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis sehingga tersusunnya tugas Project ini. Penulis menyadari bahwa tugas ini masih belum sempurna. Oleh karena itu diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas Project ini. Semoga bermanfaat untuk kita semua.



Medan, Mei 2022



Penulis



i



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .......................................................................................................... 1 DAFTAR ISI ......................................................................................................................... 3 BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1 A. Latar Belakang .............................................................................................................. 1 B. Rumusan Masalah ......................................................................................................... 1 C. Tujuan Penulisan ........................................................................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN ...................................................................................................... 3 A. Sejarah Penemuan Termos ............................................................................................ 3 B. Bagian-Bagian Termos .................................................................................................. 4 C. Prinsip Kerja Termos ..................................................................................................... 5 D. Hubungan Prinsip Kerja Termos dengan Hukum 1 Termodinamika ............................ 6 BAB III KESIMPULAN ...................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 10



BAB I



PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kalor atau panas adalah energi yang berpindah dari satu benda ke benda lain karena perbedaan temperatur. Secara umum, kita sering membicarakan aliran kalor-kalor mengalir dari kompor ke ketel kopi, dari api unggun ke kulit manusia, dari matahari ke bumi, dari mulut seseorang ke termometer demam. Dari berbagai fenomena tersebut dapat disimpulkan bahwa panas atau kalor dapat berpindah dari benda satu ke benda lain, dimana perpindahannya yaitu dari benda yang memiliki kalor tinggi ke benda dengan kalor yang lebih rendah. Dalam abad ke-17, para ilmuwan percaya pada teori ahli atom asal Yunani bahwa panas adalah merupakan wujud gerakan molekuler. Selanjutnya, dikembangkan metodemetode untuk mengukur jumlah panas yang keluar dan masuk ke dalam sebuah benda secara kuantitatif. Metode ini menjelaskan bahwa ketika dua benda yang mengalami kontak termis, maka jumlah panas yang meninggalkan satu benda akan sama dengan jumlah panas yang diterima benda lainnya. Penemuan ini mendukung teori bahwa panas adalah zat materi yang kekal, dimana zat materi ini tidak dapat diciptakan atau pun dimusnahkan namun hanya mengalir dari benda satu ke benda yang lain. Selanjutnya, pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum I Termodinamika. Dalam kehidupan sehari-hari kita dapat melihat berbagai alat yang menerapkan teori kalor dan termodinamika, salah satunya adalah termos. Termos mampu mempertahankan temperatur air yang berada di dalamnya dalam waktu yang cukup lama. Bagaimana hal ini bisa terjadi? Apa sajakah bagian-bagian termos sehingga mampu membuat benda di dalamnya memiliki temperatur tetap? Bagaimanakah penjelasannya berdasarkan ilmu fisika?



B. Rumusan Masalah Adapaun rumusan masalah berdasarkan latar belakang adalah sebagai berikut: 1.



Bagaimanakah sejarah penemuan termos dalam perkembangan teori tentang kalor?



2.



Apa saja bagian-bagian dari termos dan bagaimanakah fungsinya?



3.



Bagaimana prinsip kerja termos berdasarkan teori tentang kalor? 1



4.



Bagaimanakah kaitan antara prinsip kerja termos dengan hukum-hukum termodinamika?



C. Tujuan Penulisan Penulisan Project memiliki beberapa tujuan sebagai berikut: 1.



Mengetahui sejarah penemuan termos berdasarkan perkembangan teori kalor.



2.



Mengetahui bagian-bagian dari termos.



3.



Mengetahui prinsip kerja dari termos.



4.



Mengetahui hubungan antar prinsip kerja termos dengan hukum-hukum



2



BAB II PEMBAHASAN A. Sejarah Penemuan Termos Termos adalah sebuah botol yg diberi dinding dalam rangkap yang dirancang membentuk seperti kaca dengan bahan mengkilap yang dapat menyimpan cairanagar tetap memiliki suhu seperti semula. Termos biasa digunakan untuk menyimpan air panas. Dengan dinding dalam termos yang dirancang seperti kaca, maka kalor yang terdapat pada air panas tersebut tidak bisa berpindah dengan cepat. Dengan kata lain, radiasi panas yang dipancarkan oleh air mendidih ini tadi dapat ditahan oleh dinding dalam termos yang terbuat dari bahan mengkilap ini. Dengan demikian, air panas tersebut dapat bertahan dalam termos ini dalam beberapa hari. Termos pertama kali diciptakan tahun 1902 oleh James Dewar. Pada saat itu, James Dewar menghadapi masalah menyangkut minuman untuk bayinya. Ia ingin bayinya selalu meminum susu yang masih hangat. Akan tetapi, mempertahankan susu agar hangat dalam waktu lama merupakan masalah sulit pada waktu itu. Akhirnya, James Dewar mengatasi masalah itu dengan menciptakan botol vakum. Botol vakum merupakan wadah dari kaca berdinding ganda dengan ruang di antara dindingnya dikosongkan dan ditutup rapat untuk mencegah agar panas tidak menjalar. Sementara dinding sebelah dalam botol tersebut dilapisi perak untuk mempertahankan panas. Botol vakum itulah yang kemudian menjadi cikal bakal lahirnya termos. Meski botol vakum ciptaan James Dewar mampu mempertahankan temperatur isinya sehingga tetap panas hingga beberapa jam, namun ibu mertuanya meragukan hal itu. Oleh karena itu, si ibu mertua kemudian membuat rajutan wol yang ditujukan untuk menutup atau menyelimuti botol vakum itu sehingga kekuatannya dalam mempertahankan panas lebih mumpuni. Penutup yang diselimutkan pada botol vakum itu kemudian menjadi cikal bakal penutup serupa yang sampai sekarang masih banyak digunakan orang untuk menutup tekoteko teh dengan tujuan untuk mempertahankan temperatur panas pada teko. Sementara botol vakum buatan James Dewar dan penutup wol buatan mertuanya sampai sekarang dapat dilihat di Museum Ilmu Pengetahuan, di London.



3



B. Bagian-Bagian Termos Mungkin orang banyak menggunakan termos sebagai wadah menyimpan air panas dengan jangka waktu yang cukup lama, tetapi kebanyakan orang belum mengerti apa saja bagianbagian dari termos itu sendiri. Berikut ini akan dijelaskan apa saja bagian-bagian termos :



1. Tutup Sumbat Termos Bagian pertama dari termos adalah tutup sumbat termos. Biasanya terletak di bagian paling atas selain berfungsi untuk menutup termos setelah isi dengan air panas. Ternyata tutup sumbat tersebut juga berfungsi untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi. 2. Dinding dalam Kaca Mungkin banyak di antara kita yang tidak memperhatikan bahwa di dalam termos terdapat dinding kaca. Adapun fungsi dari bagian ini adalah untuk mencegah perpindahan kalor dari air panas agar tidak diserap oleh dinding. 3. Dinding Luar Kaca Selain dinding dalam kaca, ternyata ada juga bagian dinding luar kaca yang berfungsi untuk mencegah perpindahan kalor secara radiasi. 4. Ruang Hampa Udara (Vakum) Bagian selanjutnya yaitu ruang hampa udara (Vakum). Bagian ini terletak di tengah dalam termos. Fungsi dari bagian ini adalah untuk membatasi kemungkinan panas hilang dari dalam atau masuk ke dalam termos dengan konveksi.



4



5. Dinding Pelindung Kaca Bagian selanjutnya yaitu dinding pelindung kaca. Terletak di bagian luar termos dan berfungsi sebagai isolator antara tabung kaca dengan udara sekitar termos tersebut. 6. Karet Penahan Kaca Bagian terakhir dari termos yaitu karet penahan kaca, bagian ini terdapat paling bawah dari desain termos. Bagian tersebut berfungsi untuk menjaga posisi botol (kaca) agar tetap berada di tempatnya (tidak berubah). Seperti yang diketahu bahwa termos itu terbuat dari kaca yang berdinding rangkap, di antara dinding tersebutlah dibuat hampa udara. Selain itu, salah satu dindingnya dilapisi oleh lapisan perak yang berfungsi untuk menahan kalor dari air panas tersebut agar tidak diserap oleh dinding dan agar tidak terjadi perpindahan kalor secara radiasi. C. Prinsip Kerja Termos



Termos terbuat dari campuran alumunium, kaca, plastik, dan gabus. Bagian dalam termos terbuat dari alumunium yang dilapisikaca. Bahan ini merupakan jenis konduktor yang cukup baik. Bagian luar termos terbuat dari plastik dan gabus. Tujuannya adalah menjaga suhu dalam termos supaya tetap. Gabus dan plastik adalah isolator panas. Ada juga termos yang menggunakan ruang hampa udara di dalamnya, ruang hampa udara ini juga berfungsi sebagai isolator panas. Termos yang tertutup rapat hingga hampa udara mampu menjaga suhu air. Prinsip kerja termos panas maupun dingin adalah sama.



5



D. Hubungan Prinsip Kerja Termos dengan Hukum 1 Termodinamika Penerapan Hukum I Termodinamika pada proses adiabatik adalah pada cara kerja termos air panas. Termos merupakan alat yang berfungsi menyimpan air, termos tidak hanya berfungsi sebagai temapat menyimpan air, tetapi juga berfungsi untuk menjaga suhu air agar tetap. Misalnya air panas yang dimasukkan ke dalam termos, suhunya akan tetap tinggi karena panas tidak bisa mearambat pada dinding termos. Penemuan vacuum flask (tabung hampa udara) oleh Sir James Dewar merupakan awal dari adanya termos tempat menyimpan air panas ataupun dingin ini. Pada saat melakukan penelitian, Dewar tidak sengaja menemukan tabung hampa udara. Tabung hamppa udara ini, menggantikan bejana yang selama ini terbuat dari kaca. Termos merupakan adaptasi dari tabung hampa udara yang digunakan untuk pengiriman dan penyimpanan gas cair. Namun dengan kecerdasannya Dewar mengubah tabung hampa udara itu menjadi sebuah termos yang mampu mempertahankan suhu panas dan dingin. Termos flask yang berbentuk botol yang terbuat dari kaca berdinding rangkap, ruang diantara kedua dinding dibuat hampa dan satu dinding dalam ruang hampa dilapisi perak. Dengan dinding semacam ini, air di dalam termos tidak dapat dipengaruhi oleh perubahanperubahan keadaan di luar. Pada termos terdapat dinding kaca yang bagian dalam dan luarnya dibuat mengilap. Bagian dalam kaca dibuat mengilap agar kalor dari air panas tidak terserap pada dinding.sedangkan dibagian luar dinding kaca dibuat mengilap dengan dilapisi perak agar tidak terjadi perpindahan kalor secara radiasi.ruang hampa diantara bagian dalam dan luar berfungsi untuk mencegah perpindahan kalor secara konveksi. Tutup termos terbuat dari bahan isolator atau penghantar panas yang buruk, seperti gabus, untuk mencegah terjadinya perpindahan kalor secara konduksi.



6



Dengan dimasukkan ke dalam termos,suhu air akan tetap terjaga.Ini karena bagian lapisan struktur khusus.Termos terdiri dari dua lapisan:bagian dalam dan luar di lapisi perak putih,di tengahnya ada hampa udara sehingga energi tidak akan bisa dihantarkan,dan panas bagian dalamnya tidak bisa keluar. Prinsip kerja termos air panas sangat sederhana. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik yaitu bahan yang dapat menghambat atau bahan yang tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan atau antara lingkungan dengan sistem. Dengan kata lain tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos yaitu air panas, dengan lingkungannya. Karena tidak ada pertukaran kalor dari sistem dengan lingkungannya, akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur. Dengan menggunakan bahan adiabatik, termos dapat mempertahankan suhu air yang ada di dalamnya.



Termos merupakan contoh sistem terisolasi dalam termodinamika, karena tidak terjadi pertukaran kalor benda atau kerja dengan lingkungan. Bahan utama termos adalah sebuah tabung kaca yang hampa udara disekeliling termos tersebut. Sementara penutup luarnya terbuat dari alumunium sebagai isolator antara tabung kaca dengan udara sekitar. Cara kerjanya yaitu kalor yang masuk dalam tabung tidak bisa merambat keluar karena dihambat oleh kaca yang mempunyai warna putih dan mengilap. Karena warna putih lebih sedikit menyerap kalor dibandingkan warna yang gelap. Setelah itu, kalor dihambat oleh celah yang hampa udara pada tabung kaca, lalu masih dihambat lagi oleh celah udara antara tabung dan dinding, karena udara merupakan penghantar panas yang kurang baik. Dan yang terakhir panas dihambat keluar oleh dinding termos yang biasa terbuat dari plastik atau logam yang penghantar panasnya kurang baik.



7



Pada termos terdapat proses adiabatik yang tidak memungkinkan untuk kalor masuk ataupun keluar oleh sistem (Q = 0). Oleh karena itu, kerja atu usaha yang dilakukan gas, sama dengan perubahan energy dalamnya (W= ΔU), sehingga tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan. Dan tidak ada perpindahan kalor antara sistem dengan lingkungan, yang mengakibatkan tidak terjadi pertukaran temperature, sehingga suhu air dalam termos akan tetap panas.



8



BAB III KESIMPULAN 1. Termos ditemukan oleh James Dewar padatahun 1902. James Dewar ingin bayinya selalu meminum susu yang masih hangat. Sehingga, James Dewar menciptakan botol vakum. Botol vakum merupakan wadah dari kaca berdinding ganda dengan ruang di antara dindingnya dikosongkan dan ditutup rapat untuk mencegah agar panas tidak menjalar. Sementara dinding sebelah dalam botol tersebut dilapisi perak untuk mempertahankan panas. Botol vakum itulah yang kemudian menjadi cikal bakal lahirnya termos. 2. Bagian-Bagian Termos Tutup Sumbat Termos = Mencegah perpindahan kalor secara konduksi. Dinding Dalam Kaca = Mencegah perpindahan kalor dari air panas agar tidak diserap oleh dinding. Dinding Luar Kaca = Mencegah perpindahan kalor secara radiasi. Ruang Hampa Udara (Vakum) = Membatasi kemungkinan panas hilang dari dalam atau masuk ke dalam termos dengan konveksi. Dinding Pelingdung Kaca = Sebagai isolator antara tabung kaca dengan udara sekitar. Karet Penahan Kaca = Menjaga posisi botol (kaca) tetap ditempatnya. 3. Prinsip kerjanya termos air adalah sebagai isolator atau pencegah berpindahnya panas dari air keudara luar. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik yang secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi antara sistem dengan lingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur. Sehingga termos mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya. Dan suhu air tidak terkontaminasi dengan suhu lingkungannya. 4. Hukum yang berhubungan dengan prinsip kerja termos air adalah hukum yang pertama yaitu pada proses adiabatic, karenapada proses adiabatic tidakadakalor yang masuk (diserap) ataupunkeluar (dilepaskan) oleh system (𝒬=0). Dengan demikian usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (𝑊=Δ𝑈), sehingga tidak memungkinkan terjadinya interaksiantara system denganlingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara system dalam termos dengan lingkungannya.



9



DAFTAR PUSTAKA Mongrogo, M. 2017. Teknologi Termos. (http:// kimuktiamongrogo. blogspot. com/ 2017/ 12/ teknologi-termos.html) diakses pada tanggal 4 Mei 2019 Setyowati, Y. 2017. Penerapan Termodinamika pada Termos. Semarang: Universitas PGRI



10