BESARAN FISIS KAWAT TEREGANG BERDASARKAN

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Tugas terstruktur Mata Kuliah Termodinamika

Dosen pengampu : Jamrud Aminudin, M.Si

Disusun oleh :

Laili Wiwit Witagais H1E012003

Endra Nugraha H1E012002

Syukron Makmur H1E012001

Gayuh Rizki Ridho H1E010043

Glady T Davianus H1E009009

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

PURWOKERTO

2014

BESARAN FISIS KAWAT TEREGANG BERDASARKAN

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Laili Wiwit Witagais, Endra Nugrah, Syukron M, Gayuh Rizki R, Glady T Prodi

Fisika Jurusan MIPA Fakultas Sains dan Teknik

Universitas Jendral Soedirman

Abstrak

Hukum pertama termodinamika yang merupakan hubungan antara perubahan kalor yang terjadi berasal dari bahan usaha dan energy dihubungkan dengan kasus kawat teregang untuk menentukan besaran fisis lainnya. Metode yang digunakan dengan

penurunan rumus dari parameter yang sudah ditentukan yaitu modulus young ( ),

panjang kawat (L), luas penampang kawat (A), kemuaian linear ( ) dan kapasitas kalor

(C) dengan menggunakan differensial dalil rantai. Hasil penurunan rumus untuk menentukan besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi gaya tegangan (Ӻ) dan temperatur (T) dihasilkan hubungan antara usaha dengan temperatur pada saat gaya tegang tetap yang merupakan penjumlahan kapasitas kalor gaya tegang dengan gaya tegang dikali kemuaian linier dan panjang kawat serta pengaruh gaya tegangan terhadap energy dalam pada saat suhu tetap bergantung pada jumlah kapasitas kalor pada saat panjang kawat tetap yang dikurangi oleh kapasitas kalor pada saat gaya tegangan tetap dengan penambahan antara perbandingan pengaruh gaya tegangan serta panjang kawat terhadap luas penampang kawat dan nilai modulus young. Besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi gaya tegangan (Ӻ) dan panjang kawat (L) dihasilkan jumlah energy dalam yang dipengaruhi panjang kawat pada saat gaya tegangan tetap bergantung pada gaya tegangan dengan penambahan hasil perbandingan antara kapasitas kalor pada saat panjang kawat tetap dengan hubungan modulus young dan panjang kawat. Besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi gaya tegangan (Ӻ) dan panjang kawat (L) dihasilkan jumlah energy dalam yang dipengaruhi oleh suhu pada saat panjang kawat tetap bergantung terhadap kapasitas kalor pada saat gaya tegangan tetap dikurangi kapasitas kalor pada saat panjang kawat tetap.

Kata Kunci : Kawat Teregang, Dalil Rantai, Besaran Fisis.

PENDAHULUAN

Hukum pertama termodinamika yang merupakan hubungan antara perubahan

kalor yang terjadi berasal dari bahan usaha dan energi. Hubungan tersebut

biasanya dinyatakan dalam bentuk diferensial, selain hal tersebut diatas hukum

pertama termodinamika juga berhubungan dengan kasus kawat teregang.

Percobaan kawat teregang biasanya dilakukan dalam kondisi tekanan tetap pada

tekanan atmosfer baku dan perubahan volumnya dapat diabaikan. Untuk banyak

maksud praktis, ternyata tidak perlu memasukkan tekanan dan volume di antara

koordinat termodinamik yang dipakai. Pemberian termodinamik yang cukup

lengkap dari seutas kawat dinyatakan oleh tiga koordinat saja, yaitu:

1. Gaya tegangan kawat , diukur dalam newton (N);

2. Panjang kawat , diukur dalam meter (m);

3. Temperatur gas ideal ( ).

Karya ilmiah ini akan menjelaskan penguraian persamaan hukum pertama

termodinamika untuk menentukan besaran fisis yang dihubungkan dengan kasus

kawat tergang.

TUJUAN

1. Menentukan besaran fisis pada saat energi dalam merupakan fungsi dari gaya

tegangan ( ) dan temperatur (T).

2. Menentukan besaran fisis pada saat energi dalam merupakan fungsi dari gaya

tegangan ( ) dan panjang kawat (L).

3. Menentukan besaran fisis pada saat energi dalam merupakan fungsi dari

panjang kawat (L) dan temperatur (T).

METODE

Metode yang digunakan dalam menentukan besaran fisis kawat teregang

dengan hukum pertama termodinamika dilakukan penurunan rumus dari

parameter yang sudah ditentukan yaitu modulus young ( ), panjang kawat (L),

luas penampang kawat (A), kemuaian linear ( ) dan kapasitas kalor (C) dengan

menggunakan differensial dalil rantai.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kasus kawat teregang hukum pertama termodinamika dinyatakan dalam

bentuk

(1)

Dalam tinjauan ini, akan melibatkan beberapa parameter yang terkait dengan

kemuaian linier ( ), modulus Young isoterm (Y), panjang kawat (L), luas

penampang kawat (A) dan kapasitas kalor (C). Parameter tersebut dinyatakan

dalam bentuk

(2.a)

(2.b)

(2.c)

(2.d)

(Zemansky, 1982)

Energi Dalam (U) sebagai Fungsi Gaya Tegangan (Ӻ) dan Temperatur (T)

Pada persamaan pertama fungsi energy dalam dan panjang kawat

diturunkan sesuai fungsi yang untuk mendapatkan variabel sama pada persamaan

satu,

(3.a)

(3.b)

dengan mensubstitusikan persamaan-persamaan 3 ke persamaan 1, maka akan

diperoleh,

(4)

Semua ruas pada persamaan (5) dikalikan dengan sehingga diperoleh

(5)

Jika sistem dianggap berada dalam gaya tegang tetap, dimana maka

persamaan (6) menjadi,

(6)

Dari persamaan-persamaan (3) dihubungkan dengan besaran fisis pada persamaan

(6) sehingga diperoleh

(7.a)

(7.b)

dengan mensubstitusikan persamaan-persamaan (7) ke persamaan (6) sehingga

diperoleh,

(8)

Persamaan (9) merupakan hubungan anatara usaha dengan temperatur pada saat

gaya tegang tetap yang merupakan penjumlahan kapasitas kalor gaya tegang

dengan gaya tegang dikali kemuaian linier dan panjang kawat.

Jika sistem dianggap pada panjang kawat tetap dL=0, maka persamaan (6)

menjadi,

(9)

Dengan mensubstitusikan persamaan (9) dengan persamaan-persamaan (7), maka

akan diperoleh,

(10)

Pada saat panjang dianggap tetap diperoleh bahwa pengaruh gaya tegangan

terhadap energy dalam pada saat suhu tetap bergantung pada jumlah kapasitas

kalor pada saat panjang kawat tetap yang dikurangi oleh kapasitas kalor pada saat

gaya tegangan tetap denagn penambahan antara perbandingan pengaruh gaya

tegangan serta panjang kawat terhadap luas penampang kawat dan nilai modulus

young.

Energi Dalam (U) sebagai Fungsi Gaya Tegangan (Ӻ) dan Panjang Kawat (L)

Pada persamaan pertama fungsi energy dalam dan panjang kawat diturunkan

sesuai fungsi yang untuk mendapatkan variabel sama pada persamaan satu,

(11)

tidak diproses karena fungsi L diuraikan terhadap fungsi L

kembali sehingga tidak dapat menentukan besaran fisis yang tepat.

dengan mensubstitusikan persamaan-persamaan 12 ke persamaan 1, maka akan

diperoleh,

(12)

| Kedua ruas dikali

(13)

Jika sitem dianggap pada gaya tegangan tetap , maka akan diperoleh,

(14)

(15)

Pada kondisi gaya tegangan dianggap tetap diperoleh bahwa jumlah energy dalam

yang dipengaruhi panjang kawat pada saat gaya tegangan tetap bergantung pada

gaya tegangan dengan penambahan hasil perbandingan antara kapasitas kalor pada

saat panjang kawat tetap dengan hubungan modulus young dan panjang kawat.

Energi Dalam (U) sebagai Fungsi Panjang Kawat (L) dan Temperatur (T)

Pada persamaan pertama fungsi energy dalam dan panjang kawat diturunkan

sesuai fungsi yang untuk mendapatkan variabel sama pada persamaan satu,

(16)

tidak diproses karena fungsi L diuraikan terhadap fungsi L

kembali sehingga tidak dapat menentukan besaran fisis yang tepat

(17)

| Kedua ruas dikali

(18)

Jika sistem dianggap pada tegangan tetap , maka akan diperoleh,

(18)

(19)

Pada kondisi gaya tegangan tetap diperoleh bahwa jumlah energy dalam yang

dipengaruhi oleh suhu pada saat panjang kawat tetap bergantung terhadap

kapasitas kalor pada saat gaya tegangan tetap dikurangi kapasitas kalor pada saat

panjang kawat tetap.

KESIMPULAN

1. Besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi gaya

tegangan (Ӻ) dan temperatur (T) diperoleh sebagai berikut:

Pada saat gaya tegangan tetap diperoleh Persamaan diatas yaitu hubungan

antara usaha dengan temperatur pada saat gaya tegang tetap yang merupakan

penjumlahan kapasitas kalor gaya tegang dengan gaya tegang dikali kemuaian

linier dan panjang kawat.

Pada saat panjang dianggap tetap diperoleh bahwa pengaruh gaya tegangan

terhadap energy dalam pada saat suhu tetap bergantung pada jumlah kapasitas

kalor pada saat panjang kawat tetap yang dikurangi oleh kapasitas kalor pada

saat gaya tegangan tetap dengan penambahan antara perbandingan pengaruh

gaya tegangan serta panjang kawat terhadap luas penampang kawat dan nilai

modulus young.

2. Besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi gaya

tegangan (Ӻ) dan panjang kawat (L) diperoleh sebagai berikut:

Pada kondisi gaya tegangan dianggap tetap diperoleh bahwa jumlah energy

dalam yang dipengaruhi panjang kawat pada saat gaya tegangan tetap

bergantung pada gaya tegangan dengan penambahan hasil perbandingan

antara kapasitas kalor pada saat panjang kawat tetap dengan hubungan

modulus young dan panjang kawat.

3. Besaran fisis kawat teregang pada saat energi dalam (U) sebagai fungsi

panjang kawat (L) dan temperatur (T) diperoleh sebagai berikut:

Pada kondisi gaya tegangan tetap diperoleh bahwa jumlah energy dalam yang

dipengaruhi oleh suhu pada saat panjang kawat tetap bergantung terhadap

kapasitas kalor pada saat gaya tegangan tetap dikurangi kapasitas kalor pada

saat panjang kawat tetap.

SARAN

Besaran fisis kawat teregang berdasarkan hukum termodinamika

membutuhkan penguraian rumus secara teliti dan alangkah baiknya menggunakan

persamaan lebih cepat serta mudah dimengerti.

DAFTAR PUSTAKA

Mark W. Zemansky & Richard H. Dittman. 1982. Heat and Thermodynamics.

USA : McGraw Hill, Inc.