perkembangan ilmu panas

PERKEMBANGAN TERMODINAMIKA PADA TIAP PERIODE

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

2009

KELOMPOK 6Deden Anugrah Hendriyana (0706467)Dzikri Rahmat Romadhon (0706432)Iqbal Robiyana (0706635)Rizkiana Putra Murbakara (0706469)Rudy Miftah Farid Akbari Ch. (0700145)Suka Prayanta Pandia (0706755)

HISTORY OF PHYSICS

RUMUSAN MASALAH

• Bagaimana pembagian periode perkembangan ilmu panas?• Siapa sajakah para ilmuwan yang ikut berperan dalam

perkembangan ilmu panas?• Penemuan apa yang ditemukan oleh para ilmuwan tentang ilmu

panas?

History of Physics_Kelompok 6 2

PEMBAGIAN PERIODE

Perkembangan sejarah ilmu panas dapat disusun sesuai dengan periodisasi perkembangan sejarah fisika Richtmeyer

• PERIODE PRA-SAINS (DULU – 1550 M)• PERIODE EKSPERIMEN (1550 – 1800 M)• PERIODE FISIKA KLASIK (1800 – 1890 M)• PERIODE FISIKA MODERN (1890 – SEKARANG)



PERIODE PRA-SAINS (DULU – 1550 M)


1.PERIODE PRA-SAINS(DULU – 1550 M)

2. PERIODE KSPERIMEN(1550 – 1800 M)

3. PERIODE FISIKA KLASIK(1800 – 1890 M)

4. PERIODE FISIKA MODERN (1890 – SEKARANG)


• Anaximander (610-546 SM) dan Empedocles (404-424 SM)– Anaximander dan Empedocles membuat

pemikiran bahwa air, tanah, dan udara telah ada sejak semula dan unsur pertama yang ada adalah api.







• Anaximenes (558-524 SM)– menyatakan bahwa pembentukan bumi

merupakan akibat dari proses pemanasan yang disebabkan oleh api

– Dalam penjelasannya, Anaximenes menggunakan dua proses yang bertentangan yaitu proses penjernihan dan kondensasi,

– Anaximenes menjelaskan bagaimana udara merupakan bagian siklus perubahan api menjadi batu dan berubah kembali menjadi api.

– Rangkaian perubahan tersebut adalah sebagai berikut: api – udara – angin – awan – air – bumi – batu – api.







• Heraclitus (535-475 SM)– Seorang filosof Yunani yang hidup sekitar 500 tahun SM di

kota Ephesus di Ionia, Asia kecil– Filusuf pertama yang mendefinisikan teori tentang panas– Terkenal sebagai filosof “fluks dan api” untuk pemikiran

“Semua benda mengalir”– Heraclitus berpendapat bahwa tiga elemen pokok dari alam

adalah api, bumi, dan air.– Api ditunjukan sebagai elemen pusat yang mengontrol dan

menggerakkan bumi dan air– Alam raya diasumsikan menjadi keadaan berkelanjutan dari

fluks atau kondisi permanen perubahan sebagai hasil transformasi dari api

– Heraclitus menyimpulkan filosofinya:• “Semua benda merupakan perubahan bentuk dari api”. Api

merupakan pangkal dari semua benda.







• Anaxagoras (500-478 SM)– Pemikiran Anaxagoras adalah bahwa matahari

sebagai batu panas dan bulan tidak dapat memancarkan cahaya sendiri tetapi mendapat penerangan dari matahari.







• Hippocrates (460 SM)– Pada awal tahun 460 SM, Hippocrates, Bapak

Pengobatan, berpostulat bahwa: “Panas merupakan suatu besaran yang berfungsi untuk mengobarkan, menggerakan api yang berada dalam bilik kiri jantung.”







• Aristoteles (384-332 SM)– Aristoteles berpostulat bahwa sifat-sifat dasar

mateori mempunyai sifat panas-dingin, lembab-kering.







PERIODE KSPERIMEN (1550 – 1800 M)







• Galileo (1597)– Galileo Galilei sering dipandang sebagai penemu

thermometer. – Akan tetapi alat yang telah ditemukannya tidak

dapat disebut thermometer, • untuk menjadi sebuah thermometer sebuah alat harus bisa

mengukur temperatur yang berbeda. • Alat Galieo hanya dapat menunjukan temperatur yang

berbeda.

– Kemudian, alat Galileo dinamakan dengan Termoskop yang diciptakan pada tahun 1597.







• Galileo (1597)– Termoskop merupakan pendahulu thermometer,

termoskop adalah thermometer yang tidak mempunyai skala.

• termoskop tidak dapat mengukur perbedaan temperatur maupun tidak tercatat hasil untuk referensi yang akan datang.

• Termoskop banyak digunakan oleh ilmuwan-ilmuwan di Venesia termasuk Galileo.







• Santorio Santorio (1561 -1636) – seorang ilmuwan keturunan Italia– Beliau memberikan skala pada sebuah termoskop

udara kira-kira pada bulan Mei tahun 1612– Dengan pencantuman skala pada thermoskop,

Santorio mejadi penemu thermometer yang kemudian digunakan secara sebagai alat ukur temperatur

– Thermometer Santorio adalah thermometer udara yang memiliki akurasi rendah sehingga tekanan udara pada thermometer tidak tertangkap dengan tepat







• Kircher (1643)– menemukan thermometer yang mendeteksi

temperatur melalui pemuaian raksa– Raksa memiliki titik muai yang rendah, sehingga

respon terhadap perubahan suhu di sekitarnya sangat sensitif dan mudah mengalami pemuaian sehingga tinggi permukaan raksa pada tabung kaca akan mudah mengalami perubahan sejalan dengan naik turunnya suhu.







• Lavoisier (Ilmuwan Perancis)– melalui percobaan penting dari pembakaran oksigen pada tahun

1783 membantah apa yang dikemukakan oleh Johann Becher, phlogiston teori

– Ia mengajukan sebagai pengganti, “Teori Kalorik”, yang menunjukkan bahwa panas sebagai hal yang tidak bermassa dan merupakan zat alir yang tidak dapat dilihat yang berpindah ketika dalam ketidakseimbangan

– Teori ini digunakan pada tahun 1824 oleh seorang insinyur Perancis bernama Sadi Carnot ketika mempublikasikan Pantulan-Pantulan Pada Kekuatan Gerakan Api

• Ia men-set pentingnya perpindahan panas: “Penciptaan kekuatan yang menggerakkan harus diberikan tidak sama besar dengan pemakaian kalori, tapi ia berpindah dari benda yang hangat ke benda yang dingin yaitu menuju keseimbangan”

• Berdasarkan Carnot, prinsip ini digunakan pada beberapa mesin untuk bergerak dengan pana.







• Newton (1642-1727)– Dia mengajukan pertanyaan “apakah panas itu?”– Menurutnya panas itu ada hubungannya dengan

gerak benda-benda kecil yang menyusun benda itu– Tinjauan secara mikroskopik, yaitu meninjau

partikel-partikel yang menyusun benda tersebut, didapat bahwa setiap partikel bergerak secara acak dan bertumbukan satu sama lain

– Pada saat terjadi tumbukan, sebagian energi mengalami perubahan bentuk dari energi nekanik menjadi energi panas







• Johann Becher– Johann Becher adalah ilmuwan lain selain Newton

yang menyatakan pendapatnya mengenai definisi panas

– Johann Becher yang menyatakan bahwa panas telah bergabung dengan suatu mateori yang tak terdeteksi yang disebut phlogiston yang menggerakkan suatu substansi ketika dibakar







• Fahrenheit (1720) – memberikan skala pada thermometer raksa

yang ditemukan kircher disebut derajat Fahrenheit, sesuai nama penemunya.

– Fahrenheit membagi titik beku dan titik didih air kedalam 180 derajat

• 32 (320 F) dipilih sebagai angka untuk titik beku paling rendah

• titik didih air adalah 212 derajat Fahrenheit (2120

F)

– Jenis khusus termometer air raksa, disebut termometer maksimun







• Reamur (1731)– mengusulkan skala temperatur dimana 00 sebagai

titik beku air dan 800 sebagai titik didih air– Skala Reamur digunakan secara luas di Eropa,

terutama di Perancis dan Jerman, tapi kemudian digantikan oleh Celsius







• Celcius (1742)– Pada tahun 1742 mempublikasikan ”The Origin of the Celsius

Temperatur Scale”. – Celsius memakai dua titik penting pada skalanya yaitu suhu saat

es mencair dan suhu penguapan air– Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada

termometer Celsius dilakukan selama 2 minggu setelah itu– menentukan titik didih pada 0°C (212°F) dan titik beku pada

100°C (32°F)– Satu tahun kemudian Frenchman Jean Pierre Cristin (1683-

1755) mengusulkan versi kebalikan skala celsius dengan titik beku pada 0°C (32°F) dan titik didih pada 100°C (212°F)

• Dia menamakannya Centrigade. – Pada akhirnya, oleh internasional disetujui apa yang diusulkan

Cristin pada tahun 1948 yang mengadaptasikan skala menjadi yang kita ketahui sebagai skala Celsius yang kita kenal sampai sekarang







• Lord Kelvin (1848)– Pada tahun 1848 mengusulkan skala temperatur mutlak

dengan nol sebagai temperatur paling rendah saat tepat gerakan molekul berhenti

– Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01 °C)

– Derajat Kelvin adalah ukuran satuan Standar Internasional (SI) temperatur sampai sekarang.

– Perlu diketahui, semua perpindahan panas berhenti pada 0 K. Namun, suhu ini masih mustahil dicapai karena secara fisika masih tidak mungkin menghentikan partikel.







• Lord Kelvin (1848)– Tabel 1. Perbandingan Kelvin dengan Skala Temperatur Lainnya






Keterangan Kelvin Celcius Fahrenheit Rankine Delisle Newton Reamur Romer

Nol Mutlak 0 -273,15 -459,67 0 559,72 -90,14 -218,52 -135,9

Campuran Es dan Garam Fahrenheit 255,37 -17,78 0 459,67 176,67 -5,87 -14,22 -1,83

Air Membeku (tekanan normal) 273,15 0 32 491,67 150 0 0 7,5

Suhu Tubuh Manusia Rata-rata 310,00 36,8 98,2 557,9 94,5 12,21 29,6 26,92

Air Mendidih (tekanan normal) 373,15 100 212 671,67 0 33 80 60

Titanium Melebur 1941 1668 3034 3494 -2352 550 1334 883

Suhu Permukaan Matahari 5800 5526 9980 10440 -8140 1823 4421 2909


• Daniel Bernoulli– Selain teori tentang panas dan ditemukannya thermometer, juga

muncul sebuah teori yang bernama teori kinetik gas yang merupakan gagasan dari seorang fisikawan dan matematikawan Swiss bernama Daniel Bernoulli yang disampaikan pada tahun 1738 dalam kajian hiodro dinamika

– Bernoulli mengajukan bahwa gas terdiri atas sejumlah besar molekul yang bergerak dalam berbagai arah yang mempengaruhi permukaan menyebabkan tekanan gas yang kita rasakan

– Energi internal ini merupakan jumlah energi kinetik yang bergabung dengan setiap molekul dan perpindahan panas terjadi dari molekul yang berenergi tinggi dan berenergi internal yang besar ke molekul yang berenergi rendah dan berenergi internal yang kecil







• James Black (1728-1799)– seorang profesor kimia di Glasgow– Ia mengukur panas peleburan dan panas penguapan air

yang mengantarkan pada teori Kalorimetri modern • menyatakan bahwa kalor yang diserap oleh benda yang dingin sama

dengan kalor yang dilepaskan oleh benda yang panas

– Azas Black menyatakan bahwa “panas yang diberikan sama dengan panas yang diteorima” yang sebenarnya sudah tercakup dalam hukum kekekalan energi.







• Joseph Black– Joseph Black (1761), kimiawan Skotlandia, menemukan bahwa es

menyerap panas tanpa mengalami perubahan suhu ketika melebur

– ia menyimpulkan bahwa panas harus bergabung dengan partikel es dan menjadi laten (tersembunyi)

– Antara 1759 dan 1763 ia mengembangkan teori “Kalor Laten” pada sisa-sisa kemasyhuran utamanya,

– menunjukkan bahwa bahan yang berbeda memiliki perbedaan kalor jenis

– Pada arahan ini, kemampuan dapat menggunakan transfer panas menghasilkan kerja yang memenuhi penemuan dan pengembangan mesin uap oleh Thomas Newcomen dan James Watt







• Thomas Newcomen dan James Watt– tekenal sebagai penemu mesin uap– Sebenarnya penemuan mesin uap pertama kali dilakukan

oleh seorang ilmuwan yang dilahirkan di Perancis bernama Papin

• Papin menemukan mesin uap di Jerman. Hal ini diketahui melalui paper Papin (diterbitkan oleh Gerland, 1971)

• Ilmuwan yang memberikan ide pokok untuk penemuan mesin uap ini adalah Leibniz (Dia menggunqkan komponen utama mesin uap yang terdiri dari sebuah silinder dan piston)

– Tidak lama kemudian, orang-orang Inggris, Savery dan Newcomen, membuat penemuan mesin-mesin yang serupa

– khirnya, Watt dengan memprakarsai sebuah kondensor terpisah, menjadikan mesin-uap itu pada dasarnya mencapai tingkat zaman sekarang







• Count Rumford (1753-1814)– Pada tahun 1797, pabrik meriam Benjamin Thomson

(Count Rumford), berdemonstrasi melalui penggunaan gesekan yang memungkinkan untuk menggantikan kerja menjadi panas.

– ia mendesain bentuk spesial laras meriam dengan mengisolasi perlawanan kehilangan panas, yaitu dengan mengubah ketajaman lubang alat sedikit tumpul dan mencelupkan bagian depan senjata dalam tangki yang penuh dengan air.

– Melalui pengaturan ini, ia menjadikan air dingin mendidih dalam dua setengah jam tanpa menggunakan api. Ia melakukan sebuah eksperimen yaitu mendidihkan air dengan pergeseran (friksi).







PERIODE FISIKA KLASIK (1800 – 1890 M)







• Count Rumford (1753-1814)– Berdasarkan hasil eksperimennya, ia menyimpulkan

bahwa panas itu tidak mungkin berupa materi melainkan berupa sejenis gerakan.

– Panas bukan zat yang dikonversasikan, tetapi lebih merupakan bentuk tertentu dari gerakan suatu benda ke benda lain.

• Sebenarnya Rumford menjelaskan bahwa panas yang diproduksi mendekati sebanding dengan usaha yang dilakukan oleh suatu benda.







• Count Rumford (1753-1814)– Pada bulan Januari 1798 Rumford mempublikasikan

papernya yang berjudul “An inquiry concerning the source of the heat which is excited by friction”. Paper ini adalah hasil observasinya.



3. PaERIODE FISIKA KLASIK(1800 – 1890 M)




• Humpry Davy (1807-1818)– melakukan eksperimen yang sama yaitu,

menghasilkan panas dengan friksi.– Perbedaannya dengan Count Rumford, ia melakukan

percobaan dengan menggosokkan dua potong es di ruang hampa pada suhu di bawah titik beku.

• Penggosokkan tersebut dilakukan di ruang yang tersekat dari pertukaran panas dengan lingkungannya.

• Berarti tidak memungkinkan adanya panas yang keluar atau masuk ke ruangan, ternyata es meleleh.







• Humpry Davy (1807-1818)– Teori Kalorik tidak dapat menjelaskan apa yang

terjadi pada es tersebut– Pada awal abad 18 orang kembali pada teori

“Caloric.” Teori Kalorik menyatakan panas adalah sejenis “cairan” yang dapat dipindahkan dari satu benda ke benda lain

– Pemuaian benda karena dipanaskan diterangkan bahwa karena “memakan banyak caloric maka benda itu menjadi lebih “gemuk”. Dengan demikian pada periode ini terjadi kemunduran dimana para ahli kembali ke Teori Kalorik







• Sadi Nicolas Leonard Carnot (1796-1832)– seorang insinyur tentara Perancis yang terkenal dengan Carnot

Cycle-nya• Pada tahun 1824 dia menyumbangkan ilmu panas modern dalam

termodinamika berdasarkan akibat – akibat dari Teori Kalorik

– Teori Kalorik telah membawa Carnot pada kesimpulan yang tidak benar, yaitu bahwa tidak ada panas yang hilang atau yang diubah menjadi energi mekanis, selama kerja pada mesin uap berlangsung

– tahun 1830, Carnot menyadari bahwa perbandingan mesin uapnya dengan roda – roda air itu tidak eksak dan bahwa sejumlah panas diubah menjadi energi mekanis dan hilang selama mesin uap beroperasi atau bekerja.

– Akhirnya dia membuang Teori Kalorik dan mempunyai pandangan bahwa panas tidak lain daripada gerak partikel – partikel benda; panas dan energi mekanis adalah ekivalen

– Carnot meninggal pada saat epidemik kolera tahun 1832







• Julius Robert Von Mayer (1814-1878)– tahun 1842, R.J.Mayer mempublikasikan papernya yang sebagian

berdasarkan filosofi mengenai ekivalensi (kesetaraan) panas dan energi

– Dari data spesifik panas gas, dia telah menurunkan dan menyimpulkan bahwa harga mekanik itu ternyata berekivalensi dengan panas

– Keadaan yang seperti ini lebih dikenal dengan sebutan konservasi energi dan nantinya akan digunakan dalam teori kinetik panas







• James Prescott Joule (1818-1899)– Joule melakukan percobaan untuk mengubah energi yang

dimiliki oleh benda yang jatuh menjadi panas dengan sudut – sudut roda yang berputar dalam air

– Ternyata 778 ft lb (foot pound) kerja yang dilakukan akan menaikkan temperatur 1 lb air 1°F

– Ia mengumumkan hukum kekekalan energi, yaitu bahwa munculnya atau hilangnya sejumlah energi termis tertentu selalu diikuti oleh hilangnya atau munculnya sejumlah energi mekanik yang ekivalen

– Pekerjaan Joule dan Mayer menunjukkan bahwa panas dan kerja dapat bertukar, dan mengarahkan pada pernyataan Konservasi Energi oleh pada tahun 1847







• Hermann Von Helmholtz (1821 - 1894)– Helmholtz di Berlin mengumumkan prinsip konservasi

energi, yang semuanya ini menyebabkan akhirnya Teori Kalorik tidak dapat dipertahankan lagi

– Dengan bekerja sama Meyer, Joule, Helmholtz (1821 - 1894) pada tahun 1847 membacakan papernya dimuka Physical Society di Berlin “Die Erhaltung Der Kraft” yang mengatakan bahwa gerak abadi dari mesin tidaklah mungkin

– Pada tahun 1850, Rudolf Clausius menunjukkan bahwa Teori Kalori dihapuskan olah teori Kinetik yang memenuhi bahwa konservasi energi lebih digunakan dari pada perpindahan substansi, dan menyatakan Hukum Pertama Termodinamika







• Hukum-Hukum Termodinamika – Akibat prinsip energi adalah pengembangan

termodinamika oleh Rudolf Clausius di Jerman dan Wiliam Thomson di Skotlandia

– Hukum pertama termodinamika secara sederhana menyatakan bahwa energi total berubah dalam sembarang proses bergantung pada panas yang diserap atau yang dilepaskan dan kerja mekanika yang dilakukan

– Hukum kedua menyatakan bahwa adalah tak mungkin mengkonversi panas kedalam kerja tanpa panas mengalir dari suatu reservoir (tangkup) temperatur tinggi ke yang lebih rendah







• James Clerk Maxwell (1832-1879)– Radiasi yang ada di alam telah menjadi teka-teki bagi para

ilmuwan selama berabad-abad– Mengenai hal itu, Maxwell mengusulkan bahwa

perubahan energi merupakan vibrasi listrik dan gangguan magnet dengan arah tegak lurus gangguan

– Spectrum gelombang elektromagnetik memiliki rentangan panjang gelombang tertentu, dari yang sangat pendek sampai yang sangat panjang







• William Thomson (1851)– tahun 1851, William Thomson merancang

pengamatan modern yang penting berdasarkan eksperimen seperti oleh James Joule dalam Teori Dinamika Panas,

– bahwa panas bukan merupakan suatu substansi tetapi bentuk dinamis dari pengaruh mekanik







PERIODE FISIKA MODERN (1890 – SEKARANG)







• Wilhelm Wien– Pada tahun 1911 Wilhelm Wien memperoleh

penghargaan dari penemuannya mengenai hukum penentuan radiasi panas

– Menurut Wien benda hitam yang ideal adalah suatu wadah (kontainer) yang tidak dapat ditembus cahaya dan memiliki suatu lubang bagi masuknya berkas cahaya

– Dengan suatu formulasi matematika ia menemukan bahwa ketika benda hitam dipanaskan pada suatu suhu tertentu diantara frekuensi-frekuensi cahaya yang dilepaskan oleh benda hitam ada satu frekuensi yang menonjol (dominan)

– Sayangnya formulasi Wien hanya berlaku untuk frekuensi tinggi







• Ludwig Boltzmann (1844-1906)– Ludwig Boltzmann lahir di Wina– Boltzmann mengembangkan teori kinetik gas, sehingga

berhasil menegakkan dasar yang kuat untuk mekanika statistik

– Salah satu hasil yang diraihnya ialah penafsiran hukum II termodinamika yang dinyatakan dalam keteraturan dan kerambangan

– hukumnya S = k log W yang mengaitkan entropi S dari satu sistem dengan kemungkinan W diukirkan pada batu kuburannya

– Pada tahun 1884, ia menurunkan rumus R = e(tao)T^4 dari termodinamika

• Rumus yang menyatakan laju radiasi benda hitam ini ditemukan juga oleh Josef Stefan, mantan gurunya, secara eksperimental 5 tahun sebelumnya







• Max Planck– Pada desember 1900, Max Planck, ahli fisika Jerman

mengumumkan hipotesisnya:– bahwa radiasi energi tidaklah mengalir dalam arus yang

kontinu, tetapi terdiri dari potongan-potongan yang disebut olehnya kuanta

– Sejarah Max Planck:• dilahirkan di kota Kiel, Jerman pada tahun 1858. Ia belajar di

Universitas Berlin. G• eral Doktoral diperolehnya di Universitas Munich dengan

predikat summa cum laude.• Ia mengajar di Universitas Munich kemudian mengajar di

Universitas Kiel. • Pada tahun 1889 Planck menjadi mahaguru Universitas

Berlin sampai kemudian meninggal di tahun 1928







• Max Planck– Planck termasuk ilmuwan yang tertarik

dengan “radiasi benda hitam”, – Planck menemukan formula aljabar yang

cukup rumit yang menggambarkan fenomena radiasi benda hitam

– Menurut teori Planck kuantum cahaya bergantung pada frekuensi cahaya dan berbanding lurus dengan kuantitas fisik yang oleh Planck disimbolkan dengan h yang sekarang kita kenal dengan konstanta Planck







• Max Planck– Teori Planck terutama mengenai konstanta Planck

memegang peranan yang sangat penting pada perkembangan mekanika kuantum yang lebih penting dari teori relativitas Einstein, sehingga Max Planck dianggap sebagai bapak kuantum







• Johannes Diderik van der Waals– Seorang fisikawan Belanda (1837-1923) yang

mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals

– [P + (n2a/V2)] (V - nb) = nRT (6.12)– a dan b adalah nilai yang ditentukan secara

eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals

– Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhubungan dengan kemudahan gas tersebut dicairkan






Fin.


Arigatou!

perkembangan ilmu panas

Documents