PANAS Panas atau disebut juga kalor (Q) adalah suatu be

saran energi atau usaha dengan satuan joule (J.Nm) dimensinya kg/m.sec2

Suatu pengaliran panas , tidak lain adalah suatu perpindahan energi.

Contoh : Mula-mula air dipanaskan berubah menjadi uap yang memilki suhu dan tekanan yang lebih besar. Dalam keadaan seperti ini uap dapat melakukan usaha yang lebih besar dibandingkan dengan keadaan sebelumnya (misalnya : untuk menggerakan turbin) dan oleh sebab itu telah memperoleh energi dalam suatu proses yang melibatkan pengaliran panas

• Dalam mekanika : Usaha (W) = Gaya (F) x Jarak (S) , (Satuannya Watt)• Beberapa kepentingan mempelajari panas :4) Bayi prematur disimpan dalam inkubator5) Suhu tubuh relatif stabil walaupun suhu lingkungan berubah6) Kegunaan kompres panas pada penderita sakit perut dan nyeri

otot7) Kegunaan mandi uap atau air hangat untuk relaksasi otot 8) Kegunaan mandi lumpur untuk mengurangi heat loss9) Kegunaan radiasi elektromagnetik dan radiasi termal pada

tubuh10) Kegunaan suhu dingin untuk penyimpanan jaringan dan obat-

obatan, bank sperma, bank darah 11) Kegunaan energi dingin pada tranplantasi jaringan

SUHU DAN KALOR

• SUHU : SUHU PADA SUATU BENDA DAPAT MENGALAMI PERUBAHAN.

PERUBAHAN SUHU TERSEBUT DAPAT MENGAKIBATKAN PERUBAHAN SIFAT-SIFAT PADA BENDA TERSEBUT.

SIFAT-SIFAT BENDA YANG BERUBAH KARENA PERUBAHAN SUHU DISEBUT DENGAN SIFAT TERMOMETRIK ZAT YAKNI :

e. Pemuaian zat padatf. Pemuaian zat cairg. Pemuaian gas h. Tekanan zat cairi. Tekanan udaraj. Regangan zat padatk. Hambatan zat terhadap arus listrikl. Intensitas cahaya (radiasi)

Termometrik :Mengetahui panas dinginnya suatu benda atau zat dengan mempergunakan indra peraba merupakan penilaian yang subyektif dan tidak ilmiahAlat yang dipakai untuk pengukuran suhu disebut Termometer, prinsip dasarnya adalah fenomena pemuaian yang merupakan indeks temperatur Contoh : Termometer air raksa, dan termometer alkoholMacam-macam Termometer :e)Termometer air raksa atau alkoholf)Termometer tahanan (termistor termometer)g)Termometer elemen (termocouple)h)Pyrometer optiki)Termometer gas bervolume tetap

PEMUAIAN

• Pada umumnya , zat padat, zat cair dan gas akan memuai ketika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan ,

• kecuali air. Air memiliki suatu keistimewaan, yaitu dipanaskan dari suhu 0oC sampai pada 4oC maka air akan menyusut dan jika didinginkan dari suhu 4oC sampai pada 0oC maka air akan memuai

Pemuanain Zat PadatPada umumnya zat memuai jika suhunya naik

Muai panjang Lt = L0 + ΔL = L0 + α L0 ΔT = L0 (1 + α ΔT)

L0 = panjang mula-mula (m)Lt = panjang pada suhu T (m)

α = koefisien muai panjang (K-1)ΔL = perubahan panjang (m)

ΔT = perubahan suhu (K)Muai luas

At = A0 + ΔA = A0 + βA0 ΔT = A0 (1 + β ΔT)A0 = luas mula-mula (m2)

At = luas pada suhu T (m2) β = koefisien muai luas (K-1)

ΔA = perubahan luas (m2)ΔT = perubahan suhu (K)

Muai volumeVt = V0 + ΔV = V0 + γV0 ΔT = V0 (1 + γΔT)

V0 = volume mula-mula (m3)Vt = volume pada suhu T (m3)

γ = koefisien muai volume (K-1)ΔV = perubahan volume (m3)

ΔT = perubahan suhu (K)

Contoh kerugian akibat pemuaian zat padat

• Retaknya beton pembatas jalan• Bengkoknya rel kereta api• Runtuhnya jembatan

Solusi :Beton pembatas jalan dibuat terputus-putusRel sambungan dibuat celah atau runcingUjung jembatan dibuat celah pemuaian

Pemuaian zat cair

• Pada zat cair hanya terjadi pemuaian volume atau ruang saja yang dirumuskan :

V = Vo (1 + γ ΔT)• Pada zat cair ,ketika suhunya naik ,volumenya akan

bertambah sementara massanya tetap. Akibatnya , massa jenis zat berkurang. Massa jenis zat cair setelah pemuaian dirumuskan ;

)1(0

T∆+=

γρρ

ρo = massa jenis zat mula-mula (g/cm3)

• Telah disebutkan sebelumnya bahwa pada pemuaian , air memiliki suatu keistimewaan. Keistimewaan ini disebut anomali air, anomali air dapat dinyatakan dengan grafik seperti berikut :

V(cm3)

T(oC) T(oC)

ρ(g/cm3)

44

00

Perubahan volume terhadap suhu Perubahan massa jenis terhadap suhu

Pemuaian gas

Ada 3 hukum tentang gas yang berkaitan dengan pemuaian gas

Cgas 0273

1=γ

• Seperti zat cair pada gas juga hanya terjadi pemuaian volume atau ruang saja. Besar koefisien muai volume untuk semua jenis gas adalah sama yaitu :

1.Hukum Boyle

• Hukum Boyle menjelaskan tentang pemuaian gas pada suhu tetap (proses isotermis) ,yaitu pada gas walaupun suhunya konstan, volumenya bisa berubah karena adanya perubahan tekanan

• p1V1 = p2V2 atau p.V = konstan

• p = tekanan gas (atm,N/m2, Pa)• V = volume gas (cm3 atau m3) p

V0

2.Hukum Charles atau Hukum Gay Lussac

Dengan T = suhu mutlak gas (K)

tan2

2

1

1 konsT

Vatau

T

V

T

V==

• Hukum Charles atau hukum gay Lussac menjelaskan tentang pemuaian gas pada tekanan tetap (proses isobarik), yaitu bila gas dipanaskan pada tekanan tetap maka suhu dan volume berubah.

3.Hukum Tekanan• Hukum tekanan menjelaskan tentang pemuaian

gas pada volume tetap (proses isohorik) ,yaitu apabila gas dipanaskan pada volume tetap ,maka tekanan dan suhu berubah

tan2

2

1

1 konsT

patau

T

p

T

p==

Hukum Boyle-Gay Lussac/Persamaan Gas Ideal

• Apabila ketiga hukum di atas digabungkan ,maka akan diperoleh suatu persamaan umum yang disebut persamaan gas yang hanya berlaku pada gas ideal dengan tekanan diukur dalam keadaan absolut (yaitu dalam atm) dan suhu dinyakatan dengan suhu absolut (yaitu dalam Kelvin)

tan2

22

1

11 konsT

pvatau

T

vp

T

vp==

THERMODINAMKA

• Thermodinamika berasal dari dua kata , yaitu • Thermal yakni berkenaan dengan panas • Dinamika yakni berkenaan dengan pergerakan Jadi yang dimaksud dengan Thermodinamika adalah :5) Ilmu mengenai fenomena-fenomena tentang energi yag

berubah-rubah (dinamis) karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukan

6) Berawal dari penyelidikan tentang berbagai mesin yang sengaja dirancang untuk melakukan usaha.

Misalnya : mesin mobil , dirancang untuk menjalankan mobil , turbin uap untuk menjalankan generator listrik

8) Merupakan akar dari beberapa cabang ilmu fisika9) Mempelajari bukan hanya fenomena suhu tetapi juga

tuntunan logika , sifat-sifat gas, larutan dan reaksi kimia

Hukum-hukum TermodinamikaDalam mempelajari termodinamika dikenal ada 4 hukum termodinamika yaitu II.Hukum ke nol termodinamikaIII.Hukum pertama termodinamikaIV.Hukum kedua termodinamikaV.Hukum ketiga termodinamika

“Pada pembahasannya akan lebih mudah bila menggunakan matematik ,tetapi sering terasa sulit untuk dimengerti, oleh karena banyak diperlukan imaginasi dan banyak kaitan dengan zat-zat, sehingga dalam pembahasannya dipakai gas oleh karena gas mempunyai sifat sederhana”

I.Hukum ke nol Thermodinamika

• Dalam keadaan adiabatik suatu gas ideal dalam ruangan tertutup pemuaian sangat lambat tidak ada panas yang dimasukkan maupun dilepaskan. Jadi proses adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada panas masuk maupun keluar dari suatu sistem.

• Dapat dilakukan dengan cara :d. Membalut sistem dengan lapisan tebal isolasi panas (misal :gabus, asbes, bata tahan api, dll) Contoh : termos dingin

atau panas, kompresi campuran uap bensin dan udara pada langkah kompresi sebuah motor bensin

b. Melakukan proses secara cepat, karena proses pengaliran panas relatif berjalan lambat, maka tiap proses yang berjalan cukup cepat, praktisnya bersifat adiabatik

Apabila ada dua sitem A dab B dalam keadaan setimbang termal, maka sistem ketiga C juga berada dalam keadaan setimbang termal Contoh : plat seng yang diletakan diatas 2 termos berisi air panas

•Secara skematis digambarkan sebagai berikut :

RUMUS :

=γ)(2

1

V

V

1

2

p

p

35=γ

1+=VC

Rγ

VP CC /

Vp CCR −==

SISTEM C

SISTEM A SISTEM B

II.Hukum Pertama Thermodinamika

E = U1 – U2 = Q-W

Misalkan suatu zat berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2 menurut lintasan tertentu , maka Q (kalor) yang diberikan itu akan diserap dan menyebabkan usaha sebesar W. Contoh mesin uap

• Q-W adalah sama untuk semua lintasan yang menghubungkan 1 dan 2

• Q adalah energi yang diberikan kepada sistem oleh pemndahan panas dan W adalah energi yang terambil dari sistem oleh kerja atau usaha

• Contoh Mesin uap mengambil panas dari sebuah wadah panas (ketel) , mengubah air (keadaan 1) menjadi uap air (keadaan 2), mengubah energi yang didapat sebagian menjadi usaha mekanik dan membuang selebihnya ke wadah dingin (water cooler)

• Lemari es atau kulkas berlaku kebalikannya

Dimana :U1 = Energi dalam keadaan 1U2 = Energi dalam keadaan 2Q = Kalor (energi) yang diberikan kepada sistemW = Usaha (energi) yang terambil dari sistemE = Energi untuk bekerja

Kasus khusus : Sistem yang terisolasi

• Adalah suatu sistem yang tidak melakukan usaha luar dan tidak ada panas yang mengalir ke dalamnya (adiabatik)

• Terjadi W-Q = 0 dan ∆U = 0, artinya energi dalam suatu sistem terisolasi adalah konstan

• Energi dalam suatu sistem yang terisolasi tidak dapat dirubah oleh proses apapun (proses listrik, mekanis, kimia ataupun biologis). Energi dalam suatu sistem hanya dapat dirubah jika ada aliran panas yang menembus dinding batasnya atauoleh kerja usaha

• Contoh : Termos air panas yang dibuka tutupnya

“ Jadi hukum pertama Thermodinamika membahas tentang berapa energi yang diserap atau bebas dan menjadi usaha “

III.Hukum Kedua Thermodinamika

“Tidak mungkin ada proses yang hasilnya hanya menyerap panas dari reservoir pada satu suhu dan mengubah seluruh panas ini menjadi usaha “

• Mesin ideal yaitu mesin yang tidak membuang panas dan yang mengubah seluruh panas yang diserap menjadi usaha mekanik, konsisten dengan hukum pertama thermodinamika

• Mesin seperti ini tidak akan pernah ada. Tidak ada satu mesinpun yang dapat menyerap panas dan mengubah seluruhnya menjadi usaha (efisiensi 100%)

Contoh : Seandainya hukum termodinamika kedua tersebut tidak ada, makaManusia dapat meggerakan kapal laut dengan hanya mengambil panas dari

lautanMenjalankan pembangkit tenaga listrik dengan mengambil panas dari udara

sekitar

• Hukum pertama menolak kemungkinan untuk menciptakan dan memusnahkan energi , hukum kedua menolak kemungkinan untuk memanfaatkan energi menurut satu cara tertentu

• Hukum kedua thermodinamika juga membahas mengenai efisiensi (dinyatakan dalam %)

• Rumus : W = Q2 – Q1

Q

Wn =

Dimana :

n = Efisiensi

W = Usaha yang dilakukan

Q1 = Banayaknya kalor yang diberikan (dilepaskan)

Q2 = Banyaknya kalor yang diterima (diserap)

IV.Hukum Ketiga Thermodinamika

• Entropi (perubahan entropi) adalah pengukuran yang menyimpang dari suatu sistem

• Hukum ketiga thermodinamika : Pada suhu 0oC (nol absolut = - 273 oC) ,

perubahan entropi adalah konstan Pada suhu 0 oK, maka koefisien kapasitas kalor

dari seluruh zat cenderung nol Apabila semua sistem yang mengambil bagian

dalam suatu proses dimasukkan perhitungan , entropi akan tetap konstan atau berambah (tidak mungkn berkurang)

Contoh : penyimpanan sperma, darah , organ lain pada lemari es untuk “mematikan kerja sel”

PERPINDAHAN PANAS (TRANSFER PANAS)

• Rata-rata reaksi kimia di dalam tubuh tergantung pada temperatur

• Hukum Vant Hoof menyatakan “ bahwa reaksi kimia tubuh seiring dengan menurunnya temperatur”

• Fungsi pengaturan suhu terutama terletak pada reaksi biokimia dari organisme itu sendiri

Contoh : Keadaan hipotermia pada operasi jantung agar dapat mencegah terjadinya kekurangan oksigen , aliran darah dapat terhenti sejenak tanpa membahayakan jaringan, karena jaringan yang hipotermia membutuhkan oksigen yang sangat rendah

CARA PERPINDAHAN PANAS

Ada 4 cara suatu energi panas dapat lepas atau masuk ke dalam tubuh yakni :

2. Konduksi (penghantaran) Proses transfer panas objek yang suhunya lebih tinggi ke objek yang suhunya lebih rendah dengan jalan kontak langsung.

Contoh : pada pengompresan pasien yang demam5. Konveksi (aliran) Transfer panas yang terjadi dalam bentuk aliran. Dapat terjadi karena perbedaan massa jenis antara udara panas

dan udara dingin Dapat terjadi bila angin secukupnya mengalir melalui tubuh Pertukaran panas dan gaya konveksi berbanding lurus dengan

kecepatan udara dan perbedaan temperatur antara kulit dan udara Contoh pada mesin penghangat ruangan, pendinginan melalui kipas

angin

1. Radiasi (aliran) Adalah transfer energi panas dari suatu objek kepada objek lain

tanpa adanya kontak langsung Contoh : Radiasi dari cahaya matahari

4.Evaporasi (penguapan) Adalah transfer panas dari bentuk cairan menjadi uap Dapat terjadi apabila :h. Adanya perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit

dengan udarai. Temperatur lngkungan di bawah normal sehngga evaporasi keringat

terjadi (dapat menghilangkan panas dari tubuh)j. Adanya gerakan angink. Adanya kelembaban