MAKALAH FISIKA

D

I

S

U

S

U

N

OLEH

AMIR HULOPI

NIM : 411 409 072

JURUSAN S1. PEND. MATEMATIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU

PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO ANGKATAN

2009/2010

1

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah menolong hambanya

menyelesaikan makalah ini dengan penuh kemudahan. Tanpa pertolongan Dia

mungkin penyusun tidak akan sanggup menyelesaikan dengan baik.

Makalah ini disusun agar pembaca dapat memperluas ilmu, yang disajikan

berdasarkan pengamatan dari berbagai sumber. Makalah ini di susun oleh

penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri penyusun

maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama

pertolongan dari Tuhan akhirnya makalah ini dapat terselesaikan.

Makalah ini memuat tentang Kesetimbangan, Fluida, Getaran dan

Gelombang, Bunyi, Temperatur dan Teori Kinetik, Kalor serta Termodinamika.

Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada

pembaca. Walaupun makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun

mohon untuk saran dan kritiknya. Demikian makalah ini disusun terima kasih atas

perhatiannya.

Gorontalo, Desember 2009

Penyusun

2

DAFTAR ISI

Bab I Kesetimbangan

1. Statika

2. Syarat-Syarat Kesetimbangan

3. Elastisitas, Tegangan, dan Regangan

Bab II Fluida

2.1 Ruang lingkup mekanika fluida

2.2 Sifat-sifat fluida

2.3 Karakteristik Fluida

Bab III Getaran dan Gelombang

3.1 Getaran

3.1.1 Gerak Harmonis Sederhana

3.1.2 Gerak Harmonis Teredam

3.1.3 Getaran yang dipaksakan : Resonansi

3.2 Gelombang

3.2.1 Jenis-jenis Gelombang

3.2.1.1 Gelombang transversal

3.2.1.2 Gelombang longitudinal

3.2.1.3 Gelombang Kompresi

3.2.1.4 Gelombang fleksural dan torsional

3.2.1.5 Gelombang Berdiri

3.3 Pembiasan dan Difraksi

3.4 Superposisi Gelombang

Bab IV Bunyi

1. Pengertian Bunyi

2. Sifat-Sifat Dasar Bunyi

3. Intensitas Bunyi

4. Taraf Intensitas

3

5. Resonansi

6. Efek Doppler

Bab V Temperatur dan Teori Kinetik

1. Pengertian Temperatur

2. Hukum Gas Ideal

3. Teori Kinetik

Bab VI Kalor

6.1 Pengertian kalor

6.2 Perpindahan kalor

6.3 Kalor jenis

6.4 Kalor sebagai transfer energy

6.5 Perbedaan antara temperature , kalor dan energy dalam

6.6 Kalor Laten

6.7 Energy dalam gas ideal

Bab VII Termodinamika

7.1 Pengertian Termodinamika

7.2 Sistem Termodinamika

7.3 Keadaan Termodinamika

7.4 Hukum-hukum dasar termodinamika

7.5 Penerapan Hukum Termodinamika Pertama pada Beberapa

Proses Termodinamika

7.6 Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada Manusia

7.7 Entropi dan Hukum-hukum termodinamika kedua

7.8 Keteraturan dan Ketidakteraturan (konsep Entropi)

Daftar Pustaka

4

BAB I

KESETIMBANGAN

1.1 Statika

Statika adalah ilmu fisika yang mempelajari gaya yang bekerja pada

sebuah benda yang diam (Benda berada dalam kesetimbangan statis). Misalnya

batu yang diam di atas permukaan tanah, mobil yang lagi parkir di jalan atau

garasi, kereta api yang lagi mangkal di stasiun, pesawat yang lagi baring-baring di

bandara dll.

Ketika sebuah benda diam, tidak berarti tidak ada gaya yang bekerja pada

benda itu. Minimal ada gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda tersebut

(arah gaya gravitasi menuju pusat bumi alias ke bawah). Newton dalam hukum II

Newton mengatakan bahwa jika terdapat gaya total yang bekerja pada sebuah

benda maka benda itu akan mengalami percepatan alias bergerak lurus. Ketika

sebuah benda diam, gaya total = 0. Pasti ada gaya lain yang mengimbangi gaya

gravitasi, sehingga gaya total = 0. Gaya itu adalah gaya normal.

Misalnya terdapat sebuah benda yang terletak di atas permukaan meja.

Benda ini sedang diam. Pada benda bekerja gaya berat (w) yang arahnya tegak

lurus ke bawah alias menuju pusat bumi. Gaya berat itu disebut gaya gravitasi

yang bekerja pada benda. Gaya yang mengimbangi gaya gravitasi adalah gaya

Normal (N). Arah gaya normal tegak lurus ke atas, berlawanan dengan arah gaya

gravitasi. Besar gaya normal = besar gaya gravitasi, sehingga gaya total = 0.

Kedua gaya ini bukan aksi reaksi karena gaya gravitasi dan gaya normal bekerja

5

pada benda yang sama. Dua gaya disebut aksi reaksi jika bekerja pada benda yang

berbeda.

Benda dalam ilustrasi di atas dikatakan berada dalam keseimbangan statis.

Pemahaman dan perhitungan mengenai gaya-gaya yang bekerja pada benda yang

berada dalam keadaan seimbang sangat penting, khususnya bagi para ahli

perteknikan (arsitek dan insinyur). Dalam merancang sesuatu, baik gedung,

jembatan, kendaraan, dll, para arsitek dan insinyur juga memperhitungkan secara

saksama, apakah struktur suatu bangunan, kendaraan, dll, mampu menahan gaya-

gaya tersebut. Benda sekuat apapun bisa mengalami perubahan bentuk (bengkok)

atau bahkan bisa patah jika gaya yang bekerja pada benda terlalu besar.

1.2 Syarat-Syarat Kesetimbangan

o Syarat Pertama

Dalam hukum II Newton, kita belajar bahwa jika terdapat gaya total yang

bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai partikel tunggal), maka

benda akan bergerak lurus, di mana arah gerakan benda = arah gaya total. Kita

bisa menyimpulkan bahwa untuk membuat sebuah benda diam, maka gaya total

harus = 0. Gaya total = Jumlah semua gaya yang bekerja pada benda. Secara

matematis bisa kita tulis seperti ini :

Persamaan Hukum II Newton :

Ketika sebuah benda diam, benda tidak punya percepatan (a). Karena

percepatan (a) = 0, maka persamaan di atas berubah menjadi :

o Syarat Kedua

Dalam dinamika rotasi, kita belajar bahwa jika terdapat torsi total yang

bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai benda tegar), maka benda

6

akan melakukan gerak rotasi. Dengan demikian, agar benda tidak berotasi (baca :

tidak bergerak), maka torsi total harus = 0. Torsi total = jumlah semua torsi yang

bekerja pada benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Persamaan Hukum II Newton untuk gerak rotasi :

Ketika sebuah benda diam (tidak berotasi), benda tidak punya percepatan

sudut (alfa). Karena percepatan sudut = 0, maka persamaan di atas berubah

menjadi :

1.3 Elastisitas, Tegangan dan Regangan

Elastisitas

Ketika kita menarik karet mainan sampai batas tertentu, karet tersebut

bertambah panjang. silahkan dicoba kalau tidak percaya. Jika tarikannya

dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika

merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang. tetapi ketika

dilepaskan, panjang pegas akan kembali seperti semula. Apabila di laboratorium

sekolah anda terdapat pegas, silahkan melakukan pembuktian ini. Regangkan

pegas tersebut dan ketika dilepaskan maka panjang pegas akan kembali seperti

semula. Mengapa demikian ? hal itu disebabkan karena benda-benda tersebut

memiliki sifat elastis. Elastis atau elastsisitas adalah kemampuan sebuah benda

untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda

tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis,

maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan

dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang.

1. Hukum Hooke Pada Pegas

Misalnya kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung

pegas tersebut dikaitkan sebuah benda bermassa m. Massa benda kita abaikan,

7

demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda meluncur pada permukaan

horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke kanan

dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas

tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung

pegas berada dalam posisi setimbang (lihat gambar a). Untuk semakin

memudahkan pemahaman kita, sebaiknya dilakukan juga percobaan.

1. Hukum Hooke Untuk Benda Non Pegas

Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, dari besi

sampai tulang tetapi hanya sampai pada batas-batas tertentu. Mari kita tinjau

sebuah batang logam yang digantung vertikal, seperti yang tampak pada gambar

di bawah.

Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada

benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah (tegak lurus

permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah

panjang sejauh (delta L)

Jika besar pertambahan panjang (delta L) lebih kecil dibandingkan dengan

panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan

panjang (delta L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda.

Perbandingan ini dinyatakan dengan persamaan :

8

Persamaan ini kadang disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa

menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam

tersebut tidak digantungkan beban.

9

BAB II

FLUIDA

2.1 Ruang Lingkup Mekanika Fluida

Ruang lingkup Mekanika Fluida meliputi 3 kategori :

Statika Fluida

Statika fluida, kadang disebut juga hidrostatika, adalah cabang

ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan diam, dan merupakan sub-

bidang kajian mekanika fluida. Istilah ini biasanya merujuk pada

penerapan matematika pada subyek tersebut. Statika fluida mencakup

kajian kondisi fluida dalam keadaan kesetimbangan yang stabil.

Penggunaan fluida untuk melakukan kerja disebut hidrolika, dan ilmu

mengenai fluida dalam keadaan bergerak disebut sebagai dinamika fluida.

a. Tekanan Statik Dalam Fluida

Karena sifatnya yang tidak dapat dengan mudah dimampatkan,

fluida dapat menghasilkan tekanan normal pada semua permukaan

yang berkontak dengannya. Pada keadaan diam (statik), tekanan

tersebut bersifat isotropik, yaitu bekerja dengan besar yang sama ke

segala arah. Karakteristik ini membuat fluida dapat mentransmisikan

gaya sepanjang sebuah pipa atau tabung, yaitu, jika sebuah gaya

diberlakukan pada fluida dalam sebuah pipa, maka gaya tersebut akan

ditransmisikan hingga ujung pipa. Jika terdapat gaya lawan di ujung

pipa yang besarnya tidak sama dengan gaya yang ditransmisikan, maka

fluida akan bergerak dalam arah yang sesuai dengan arah gaya

resultan.

Konsepnya pertama kali diformulasikan, dalam bentuk yang agak

luas, oleh matematikawan dan filsuf Perancis, Blaise Pascal pada 1647

yang kemudian dikenal sebagai Hukum pascal. Hukum ini mempunyai

banyak aplikasi penting dalam hidrolika. Galileo Galilei, juga adalah

bapak besar dalam hidrostatika.

b. Tekanan Hidrostatik

Sevolume kecil fluida pada kedalaman tertentu dalam sebuah

bejana akan memberikan tekanan ke atas untuk mengimbangi berat

10

fluida yang ada di atasnya. Untuk suatu volume yang sangat kecil,

tegangan adalah sama di segala arah, dan berat fluida yang ada di atas

volume sangat kecil tersebut ekuivalen dengan tekanan yang

dirumuskan sebagai berikut

c. Apungan

Sebuah benda padat yang terbenam dalam fluida akan mengalami

gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.

Hal ini disebabkan oleh tekanan hidrostatik fluida.

Sebagai contoh, sebuah kapal kontainer dapat mengapung sebab

gaya beratnya diimbangi oleh gaya apung dari air yang dipindahkan.

Makin banyak kargo yang dimuat, posisi kapal makin rendah di dalam

air, sehingga makin banyak air yang "dipindahkan", dan semakin besar

pula gaya apung yang bekerja. Prinsip apungan ini ditemukan oleh

Archimedes.

Dinamika Fluida

Dinamika fluida adalah subdisiplin dari mekanika fluida yang

mempelajari fluida bergerak. Fluida terutama cairan dan gas. Penyelsaian

dari masalah dinamika fluida biasanya melibatkan perhitungan banyak

properti dari fluida, seperti kecepatan, tekanan, kepadatan, dan suhu,

sebagai fungsi ruang dan waktu. Disiplini ini memiliki beberapa

subdisiplin termasuk aerodinamika (penelitian gas) dan hidrodinamika

(penelitian cairan). Dinamika fluida memliki aplikasi yang luas.

Contohnya, ia digunakan dalam menghitung gaya dan moment pada

pesawat, mass flow rate dari petroleum dalam jalur pipa, dan perkiraan

pola cuaca, dan bahkan teknik lalu lintas, di mana lalu lintas diperlakukan

sebagai fluid yang berkelanjutan. Dinamika fluida menawarkan struktur

11

matematika yang membawahi disiplin praktis tersebut yang juga seringkali

memerlukan hukum empirik dan semi-empirik, diturunkan dari

pengukuran arus, untuk menyelesaikan masalah praktikal.

Kinematika Fluida

Kinematika adalah tinjauan gerak partikel zat cair tanpa

memperhatikan gaya yang menyebabkan gerak tersebut. Kinematika

mempelajari kecepatan di setiap titik dalam medan aliran pada setiap saat.

Di dalam aliran zat cair, pergerakan partikel-partikel zat tersebut sulit

diamati, oleh karena itu biasanya digunakan kecepatan pada suatu titik

sebagai fungsi waktu untuk mendefinisikan pergerakan partikel. Setelah

kecepatan didapat, maka dapat diperoleh distribusi tekanan dan gaya yang

bekerja pada zat cair.

2.2 Sifat-Sifat Fluida

Kerapatan (density);

Ada 3 (tiga) macam kerapatan (density) yang harus diketahui perbedaanya:

1. ρ = kerapatan massa (mass density) ialah satuan massa per satuan isi;

kg/m3.

2. w = berat jenis (specific weight) ialah berat per satuan isi; N/m3.

3. s = kerapatan relatif (relative density atau specific gravity) ialah

perbandingan berat suatu benda terhadap berat air yang mempunyai

suhu 4oC dengan isi yang sama.

Kekentalan (viscosity);

Benda/zat cair yang dalam keadaan diam tidak menahan gaya

geser, akan tetapi bila cair itu mengalir maka gaya geser akan bekerja di

antara lapisan-lapisan cairan itu dan menyebabkan kecepatan yang

berbeda-beda dari lapisan-lapisan cairan.

Kekentalan ialah sifat cairan yang dapat menahan gaya-gaya geser.

Kekentalan (η) berkurang apabila suhu dinaikkan, untuk gas terjadi

sebaliknya bila suhu naik maka kekentalan pun menjadi naik.

12

Ada 2 jenis Viskositas yaitu;

Viskositas dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan

geser dengan gerakan fluida.

Viskositas Nyata adalah kemiringan dari grafik tegangan geser terhadap

laju regangan geser.

Nilai viskositas tergantung dari fluida tertentu dan sangat tergantung

terhadap temperatur. Seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut untuk

kurva air (water).

2.3 Karakterisitk Fluida

Fluida dapat dikarakterisasikan sebagai:

Fluida Newtonian

Fluida Newtonian (istilah yang diperoleh dari nama Isaac Newton)

adalah suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linier.

13

Contoh umum dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air.

Keunikan dari fluida newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir

sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Hal ini disebabkan

karena viskositas dari suatu fluida newtonian tidak berubah ketika terdapat

gaya yang bekerja pada fluida

Fluida Non-Newtonian

Fluida Non-Newtonian adalah fluida yang tegangan gesernya tidak

berhubungan secara linier terhadap laju regangan geser.

14

BAB III

GETARAN DAN GELOMBANG

3.1 Getaran

Getaran dan gerak gelombang merupakan subyek yang berhubungan erat.

Gelombang laut, gelombang pada senar gelombang gempa bumi atau gelombang

suara di udara mempunyai getaran sebagai sumbernya. Pada kasus suara, tidak

hanya sumber yang bergetar, tetapi juga penerimanya gendang telinga atau

membran sebuah mikrofon. Dan memang, medium dimana gelombang merambat

juga bergetar seperti udara pada gelombang suara.

3.1.1 Gerak Harmonis Sederhana

Ketika sebuah getaran atau osilasi terulang sendiri, ke depan dan belakang

pada lintasan yang sama, gerakan tersebut disebut periodik. Bentuk yang paling

sederhana dari gerak periodik direpresentasikan oleh sebuah benda yang berosilasi

di ujung pegas.

3.1.2 Gerak Harmonis Teredam

Amplitudo semua pegas atau pendulum yang berayun pada kenyataannya

perlahan-lahan berkurang terhadap waktu sampai osilasi berhenti sama sekali,

gerak ini disebut gerak harmonis teredam. Redaman biasanya disebabkan oleh

hambatan udara dan gesekan internal pada sistem yang berosilasi.

3.1.3 Getaran yang dipaksakan : Resonansi

Ketika sistem yang bergetar mulai bergerak, sistem tersebut bergetar

dengan frekuensi alaminya. Bagaimanapun, sistem bisa memiliki gaya eksternal

yang bekerja padanya yang mempunyai frekuensi sendiri, berarti kita

mendapatkan getaran yang dipaksakan. Contoh : kita bisa menarik massa pada

pegas bolak-balik dengan frekuensi (f) massa kemudian bergetar pada frekuensi

(f) dari gaya eksternal, bahkan jika frekuensi ini berbeda dari frekuensi alami

pegas, yang sekarang akan kita beri nama f0 dimana persamaannya :

15

Dalam hal ini benda akan bergetar dengan amplitudo yang besar ketika

frekuensi alaminya sama dengan frekuensi gaya eksternal periodiknya. Sebagai

model misalkan gaya eksternal periodiknya diberikan oleh F = Fr cos ”t sehingga

persamaan geraknya F = -kx-bv + Fr cos ”t.

Penyelesaian persamaan di atas dapat ditulis :

Dengan

Dan

Tampak bahwa nilai G akan minimum dan amplitudo akan maksimum.

3.2 Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat. Jadi di setiap titik yang dilalui

gelombang terjadi getaran, dan getaran tersebut berubah fasenya sehingga tampak

sebagai getaran yang merambat. Terkait dengan arah getar dan arah rambatnya,

gelombang dibagi menjadi dua yaitu gelombang transversal dan gelombang

longitudinal. Gelombang transversal arah rambatnya tegak lurus dengan arah

getarannya, sedangkan gelombang longitudinal arah rambatnya searah dengan

arah getarannya.

Persamaan gelombang memenuhi bentuk

Bentuk umum penyelesaian persamaan di atas adalah semua fungsi yang

berbentuk x (z,t) = x (z vt).

Bentuk yang cukup sederhana yang menggambarkan gelombang

sinusoidal adalah penyelesaian yang berbentuk :

x(z,t) = A sin (kz t + )

Untuk suatu waktu (t) tertentu (misal t = 0 dan pilih = 0), maka :

x(z,t) = A sin (kz)

3.2.1 Jenis-jenis Gelombang

16

3.2.1.1 Gelombang transversal

Ketika sebuah gelombang merambat sepanjang sebuah tali, katakanlah dari

kiri ke kanan. Partikel-partikel tali bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah

transversal (gerak lurus) terhadap gerak gelombang itu sendiri. Gelombang inilah

yang disebut dengan gelombang transversal.

3.2.1.2 Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal dapat diklarifikasikan menjadi beberapa tipe

gelombang yaitu gelombang kompresi, gelombang shear/gunting, gelombang

fleksural/melengkung dan torsional. Terjadinya berbagai tipe gelombang tersebut

oleh karena medium yang dilewati bunyi beraneka ragam.

3.2.1.3 Gelombang Kompresi

Gelombang ini hanya terdapat di udara/atmosfir. Kalau gelombang ini

mengenai fluida (zat cair0 maka gelombang tersebut tersimpan sebagai energi

kinetik dan potensial.

Dalam perambatan akan mengalami perubahan bentuk. Apabila

gelombang ini mengenai materi padat maka akan menimbulkan gelombang

fleksural (gelombang bending) dan gelombang torsional.

3.2.1.4 Gelombang fleksural dan torsional

Dibangkitkan oleh gelombang shear. Merupakan kombinasi dari kompresi-

tension.

3.2.1.5 Gelombang Berdiri

Menggetarkan tali dengan frekuensi yang tepat kedua gelombang akan

berinteferensi sedemikian sehingga akan dihasilkan gelombang berdiri dengan

amplitudo besar, karena tampaknya tidak merambat. Tali hanya berosilasi ke atas

ke bawah dengan pola yang tetap. Titik interferensi destruktif, dimana tali tetap

diam disebut simpul; titik interferensi konstruktif dimana tali berosilasi dengan

amplitudo maksimum disebut perut. Gelombang berdiri dapat terjadi pada leb

3.3 Pembiasan dan Difraksi

Pembiasan

Ketika gelombang mengenai perbatasan sebagian energi dipantulkan dan sebagian

diteruskan atau diserap. Ketika gelombang dua atau tiga dimensi yang merambat

17

pada satu medium menyeberangi perbatasan ke medium dimana kecepatannya

berbeda, gelombang yang ditransmikiskan bisa merambat dengan arah yang

berbeda dari gelombang datang.

Difraksi

Gelombang-gelombang menyebar sewaktu merambat dan ketika menemui

penghalang, gelombang ini berbelok mengitarinya dan memasuki daerah

berikutnya untuk gelombang air. Fenomena ini disebut difraksi.

3.4 Superposisi Gelombang

Dua buah gelombang dapat dijumlahkan atau disuperposisikan. Ada

beberapa kasus yang akan kita tinjau. Kasus dua gelombang dengan , k sama

tetapi berbeda fasenya. Kasus dua gelombang dengan , k sama tetapi arah

geraknya berlawanan. Kasus dua gelombang dengan dan k nya berbeda sedikit.

Beda Fase

Misalkan kita punya

x1 = A sin (kz-t + 1)

x2 = A sin (kz-t + 2)

Penjumlahan kedua gelombang ini menghasilkan

xtotal = x1 + x2 = 2A sin (kz-t + ) cos ()

Dengan = (1 + 2)/2 dan = (1 - 2)/2

Beda Arah Kecepatan

Misalkan kita punya

x1 = A sin (kz-t)

x2 = A sin (kz+t)

Penjumlahan kedua gelombang ini menghasilkan

xtotal = x1 + x2 = 2A sin (kz) cos (t)

Fenomena ini sering disebut sebagai gelombang tegak

Beda Frekuensi dan Panjang Gelombang

Misalkan kita punya

x1 = A sin (k1z-1t)

x2 = A sin (k2z-2t)

Penjumlahan kedua gelombang ini menghasilkan

xtotal = x1 + x2 = 2A sin (kz - t + ) cos (kz-t)

18

Dengan k = (k1 + k2)/2, = (1 + 2)/2 dan k = (k1-k2)/2, = (1-2)/2

Ketika bedanya sangat kecil maka muncul fenomena yang disebut sebagai

layangan.

19

BAB IV

BUNYI

4.1 Pengertian Bunyi

Bunyi atau suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal

yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat

cair, padat, gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air,

batu bara, atau udara.

4.2 Sifat-Sifat Dasar Bunyi

a. Gelombang Bunyi Dihasilkan oleh Benda yang Bergetar

Suatu benda (sumber bunyi) yang melakukan getaran akan

menghasilkan gelombang bunyi, misalnya jika sebuah garputala dipukul

akan menghasilkan suatu bunyi, atau ketika kita berbicara (bersuara) pita

suara bergetar, getaran itu dapat kita rasakan saat tenggorokan kita pegang.

b. Gelombang Bunyi Memerlukan Medium Untuk Merambat

Untuk mengetahui apakah gelombang bunyi dapat merambat tanpa

melalui medium, dapat dilakukan demonstrasi dengan menggunakan

sebuah bel listrik yang diletakkan di dalam penyungkup pompa udara. Jika

bel dibunyikan, maka kita akan mendengar bunyi bel itu. Kemudian udara

dalam penyungkup pompa udara dikeluarkan sedikit demi sedikit, ternyata

bunyi bel semakin lama terdengar semakin lemah. Ketika udara di dalam

penyungkup pompa udara dikeluarkan semua ternyata bunyi bel tidak

terdengar sama sekali, walaupun bel itu masih bergetar.

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa bunyi memerlukan zat

antara atau medium untuk merambat. Dengan kata lain bunyi tidak dapat

merambat tanpa adanya medium atau zat perantara, misalnya didalam

ruang hampa udara

c. Gelombang Bunyi Dapat Merambat Melalui Zat Padat, Cair, dan Gas

Gelombang bunyi selain dapat merambat melalui udara seperti yang

dijelaskan sebelumnya, dapat juga merambat melalui zat padat dan zat

20

cair. Misalnya untuk mendengarkan suara kereta api dapat didengarkan

melaui rel kereta api walaupun kereta apinya belum tampak. Hal ini

menunjukkan bahwa bunyi dapat merambat dalam zat padat. Bunyi juga

dapat terdengar ketika terjadi benturan antara kelereng dan dasar gelas

yang berisi air atau pada saat kamu menyelam di kolam renang suara-suara

yang ada di atas permukaan air dapat terdengar.

4.3 Intensitas Bunyi

Besarnya energi gelombang yang melewati suatu permukaan disebut

dengan intensitas gelombang. Intensitas gelombang (0 didefinisikan sebagai

jumlah energi gelombang per satuan waktu (daya) per satuan luas yang tegak

lurus terhadap arah rambat gelombang. Hubungan antara daya, luas, dan intensitas

memenuhi persamaan

I= P/A

Dengan :

P = daya atau energy gelombang per satuan waktu (Watt)

A=luas bidang (m2)

I = intensitas gelombang (Wm-2)

    Jika sumber gelombang berupa sebuah titik yang memancarkan

gelombang serba sama ke segala arah dan dalam medium homogen, luas bidang

yang sama akan memiliki intensitas gelombang sama. Intensitas gelombang pada

bidang permukaan bola yang memiliki jari-jari R memenuhi persamaan berikut.

I= P/A= P/(4πR2 )

Dari persamaan diatas , dapat dilihat bahwa jika gelombang berupa bunyi,

intensitas bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber bunyi tersebut

ke bidang pendengaran. Batas intensitas bunyi yang bisa didengar telinga manusia

normal antara lain sebagai berikut:

Intensitas terkecil yang masih dapat menimbulkan rangsangan

pendengaran pada telinga manusia adalah sebesar  10-12Wm-2 pada

frekuensi 1.000 Hz dan disebut intensitas ambang Pendengaran.

Intensitas terbesar yang masih dapat diterima telinga manusia tanpa rasa

sakit adalah sebesar 1 Wm-2. Jadi, batasan pendengaran terendah pada

21

manusia adalah 10 -12 Wm-2 dan batasan pendengaran tertinggi pada

manusia adalah 1 Wm-2.

4.4 Taraf Intensitas

Kepekaan telinga manusia normal terhadap intensitas bunyi memiliki dua

ambang, yaitu ambang pendengaran dan ambang rasa sakit. Bunyi dengan

intensitas di bawah ambang pendengaran tidak dapat didengar. Intensitas ambang

pendengaran bergantung pada frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi.

Frekuensi yang dapat didengar oleh telinga manusia normal adalah antara 20 Hz

sampai dengan 20 kHz. Di luar batas frekuensi tersebut , anda tidak dapat

mendengarnya.

Telah diketahui bahwa batas intensitas bunyi yang dapat merangsang

pendengaran manusia berada antara 10-12 Wm-2 dan 1 Wm-2. Untuk melihat

bilangan yang lebih riil, dipakai skala logaritma yaitu logaritma perbandingan

antara intensitas bunyi dan harga ambang intensitas bunyi yang anda dengar, dan

disebut dengan taraf intensitas (TI). Hubungan antara I dan TI dinyatakan dengan

persamaan.

TI=10 log I/I_θ

Dengan

Iθ = ambang intensitas endengaran = 10-12 Wm-2

I = intensitas bunyi (Wm-2)

TI = taraf intensitas (dB)

4.5 Resonansi

Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena pengaruh

getaran benda lain didekatnya. Syarat terjadinya resonansi adalah benda pertama

(sumber getaran) dengan benda kedua (sumber getaran lain) mempunyai frekuensi

yang sama.

Contoh resonansi antara lain:

Senar gitar dipetik, udara dalam gitar ikut bergetar.

Dua garpu tala yang mempunyai frekuensi yang sama didekatkan, jika

salah satu garpu tala digetarkan yang lain ikut bergetar.

Resonansi pada ayunan, jika salah satu beban ayunan diayun, beban yang

panjang talinya sama ikut terayun.

22

Resonansi kolom udara

Agar terjadi resonansi pada kolom udara dalam pipa atau tabung

resonansi, maka panjang (l) kolom udara itu harus memenuhi syarat

berikut:

a) I1 = ¼λ disebut resonansi pertama.

b) I1 = ¾λ disebut resonansi kedua

c) I1 = 5/4λ disebut resonansi ketiga

Tinggi kolom udara harus merupakan kelipatan ganjil dari seperempat

panjang gelombang (1/4λ) sumber getaran. Secara umum, terjadinya

resonansi pada kolom pipa resonansi (organa) dapat ditulis dengan rumus:

In = ¼λ(2n-1). Resonansi kolom udara dapat digunakan untuk mengukur

cepat rambat bunyi di udara, dengan rumus v = f x λ dengan f=frekuensi

garpu tala yang digunakan.

4.6 Efek Doppler

Secara umum, efek Doppler dialami ketika suatu gerak relatif antara

sumber gelombang dan pengamat. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak

saling mendekati, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih tinggi

daripada frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber tanpa adanya gerak relatif.

Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling menjauhi, pengamat

mendengar frekuensi bunyi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi

tanpa adanya gerak relatif. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah v, kecepatan

pendengar (pengamat) dan kecepatan sumber bunyi terhadap tanah, masing-

masing adalah v2, frekuensi yang dipancarkan sumber bunyi adalah fs, maka

frekuensi yang didengar oleh pendengar adalah :

v - vp

P= s

v - vs

Pada persamaan tersebut, cepat rambat bunyi (v) selalu bertanda positif,

sedangkan vs dan vp bertanda positif jika searah dengan arah dari sumber ke

pendengar, dan bertanda negatif jika berlawanan arah. Untuk sumber diam, v s = 0,

dan untuk pendengar diam, vp = 0.

23

Persamaan untuk efek Doppler diperoleh dengan mengabaikan kecepatan

angin vw (vw dianggap nol). Jika kecepatan angin cukup berarti sehingga tak dapat

diabaikan, mak kecepatan angin vw harus dimasukkan ke dalam persamaan efek

Doppler. Dengan demikian, efek Doppler dengan memasukkan pengaruh angin

adalah

( v + vw ) - vp

P= s

( v + vw ) - vs

Perjanjian tanda untuk vw sama seperti vp dan vs, yaitu positif jika searah

dengan arah dari sumber ke pendengar.

24

BAB V

TEMPERATUR DAN TEORI KINETIK

5.1 Pengertian Temperatur

Temperatur atau Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya,

semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara

mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap

atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk

perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi

atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

5.2 Hukum Gas Ideal

Hukum Gay-Lussac

Setelah Boyle dan Charles mengabadikan namanya dalam ilmu fisika,

Joseph Gay-Lussac pun tak mau ketinggalan. Berdasarkan percobaan yang

dilakukannya, Gay-Lussac menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar

selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut

bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak

gas pun ikut berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas

berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan

Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Hukum Boyle

Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Robert Boyle menemukan

bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas

bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika

tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan

gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan

Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Keterangan :

25

Hubungan Antara Suhu, Volume dan Tekanan Gas

Hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac baru menurunkan

hubungan antara suhu, volume dan tekanan gas secara terpisah. Bagaimanapun

ketiga besaran ini memiliki keterkaitan erat dan saling mempengaruhi. Karenanya,

dengan berpedoman pada ketiga hukum gas di atas, kita bisa menurunkan

hubungan yang lebih umum antara suhu, volume dan tekanan gas.

Jika perbandingan 1, perbandingan 2 dan perbandingan 3 digabung

menjadi satu, maka akan tampak seperti ini :

Konstanta Gas Universal (R)

Perbandingan yang sudah diturunkan di atas (perbandingan 6) bisa diubah

menjadi persamaan dengan menambahkan konstanta perbandingan. Berdasarkan

penelitian yang dilakukan para ilmuwan, ditemukan bahwa apabila kita

menggunakan jumlah mol (n) untuk menyatakan ukuran suatu zat maka konstanta

perbandingan untuk setiap gas memiliki besar yang sama. Konstanta

perbandingan yang dimaksud adalah konstanta gas universal (R). Universal =

umum,

R = 8,315 J/mol.K

= 8315 kJ/kmol.K

= 0,0821 (L.atm) / (mol.K)

26

= 1,99 kal / mol. K

Hukum Gas Ideal (Dalam Jumlah Mol)

Definisi mikroskopik gas ideal, antara lain:

Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.

Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-

hukum gerak Newton.

Jumlah seluruh molekul adalah besar

Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang

ditempati oleh gas tersebut.

Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut

kecuali selama tumbukan.

Tumbukannya elastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat

singkat.

5.3 Teori Kinetik

Di pertengahan abad ke-19, ilmuwan mengembangkan suatu teori baru

untuk menggantikan teori kalorik. Teori ini bedasarkan pada anggapan bahwa zat

disusun oleh partikel-partikel sangat kecil yang selalu bergerak. Bunyi teori

Kinetik adalah sebagai berikut:

Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu

memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang

lebih dingin.

Faktor-Faktor Teori Kinetik

Tekanan

Tekanan dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari gaya yang

dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah. Misalkan

suatu gas denagn N molekul, masing-masing bermassa m, terisolasi di dalam

wadah yang mirip kubus bervolume V. Ketika sebuah molekul gas menumbuk

dinding wadah yang tegak lurus terhadap sumbu koordinat x dan memantul

dengan arah berlawanan pada laju yang sama (suatu tumbukan lenting), maka

momentum yang dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:

di mana vx adalah komponen-x dari kecepatan awal partikel.

27

Partikel memberi tumbukan kepada dinding sekali setiap 2l/vx satuan

waktu (di mana l adalah panjang wadah). Kendati partikel menumbuk sebuah

dinding sekali setiap 1l/vx satuan waktu, hanya perubahan momentum pada

dinding yang dianggap, sehingga partikel menghasilkan perubahan momentum

pada dinding tertentu sekali setiap 2l/vx satuan waktu.

gaya yang dimunculkan partikel ini adalah:

Keseluruhan gaya yang menumbuk dinding adalah:

di mana hasil jumlahnya adalah semua molekul gas di dalam wadah.

Besaran kecepatan untuk tiap-tiap partikel mengikuti persamaan ini:

Kini perhatikan gaya keseluruhan yang menumbuk keenam-enam dinding,

dengan menambahkan sumbangan dari tiap-tiap arah, kita punya:

di mana faktor dua muncul sejak saat ini, dengan memperhatikan kedua-

dua dinding menurut arah yang diberikan.

Misalkan ada sejumlah besar partikel yang bergerak cukup acak, gaay

pada tiap-tiap dinding akan hampir sama dan kini perhatikanlah gaya pada satu

dinding saja, kita punya:

Kuantitas dapat dituliskan sebagai , di mana garis atas menunjukkan

rata-rata, pada kasus ini rata-rata semua partikel. Kuantitas ini juga dinyatakan

28

dengan di mana vrms dalah akar kuadrat rata-rata kecepatan semua partikel.

Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:

Tekanan, yakni gaya per satuan luas, dari gas dapat dituliskan sebagai:

di mana A adalah luas dinding sasaran gaya.

Jadi, karena luas bagian yang berseberangan dikali dengan panjang sama dengan

volume, kita punya pernyataan berikut untuk tekanan

di mana V adalah volume. Maka kita punya

Karena Nm adalah masa keseluruhan gas, maka kepadatan adalah massa dibagi

oleh volume .Maka tekanan adalah

Hasil ini menarik dan penting, sebab ia menghubungkan tekanan, sifat

makroskopik, terhadap energi kinetik translasional rata-rata per molekul

yakni suatu sifat mikroskopik. Ketahuilah bahwa hasil kali tekanan dan volume

adalah sepertiga dari keseluruhan energi kinetik.

Suhu dan Energi Kinetik

Dari hukum gas ideal

PV = NkBT(1)

dimana B adalah konstanta Boltzmann dan T adalah suhu absolut. Dan

dari rumus diatas, dihasilkan Gagal memparse (kesalahan sintaks):

PV={Nmv_{rms}^2\overset 3}

29

BAB VI

KALOR

6.1 Pengertian kalor

Kalor adalah suatu bentuk energy yang diterima oleh suatu benda yang

menyebabkan benda itu berubah,suhu wujud bentuk. Kalor berasal dari kata

calonc, ditemukan oleh ahli kimia prancis bernama Anntonie Laurent Lavoiser

(1743-1794). Kalor memiliki satuan kalori (kal) dan kilokalori (kkal) . 1 kal sama

dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air,sehingga

naik 10C . Kalor juga merpukan energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara

umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu

dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang

dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah

maka kalor yang dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang

dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor :

1. massa zat

2. jenis zat

3. perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana:

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

M adalah massa benda (kg)

C adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

30

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis

1. Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan

yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L.

Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua konsep yang hampir sama tetapi berbeda

yaitu (H) dan kalor jenis (c) kapasitas kalor .Kapasitas kalor adalah banyaknya

kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan

suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan

besar kalor jenis adalah calorimeter

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Hubungan antara kalor dengan energi listrik

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk

yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat

berubah menjadi energy kalor dan juga sebaliknya energy kalor dapat berubah

menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan

energi listrik dengan energy kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik

menjadi energy kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.

Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang

dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.

W = Q

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t

Keterangan :

W adalah energi listrik (J)

P adalah daya listrik (W)

t adalah waktu yang diperlukan (s)

31

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh

persamaan ;

P.t = m.c.(t2 – t1)

Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan

soal.

Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian

disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu

tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi

keseimbangan termal(suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat

dirumuskan :

Q lepas = Q terima

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang

menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut

dijabarkan maka akan diperoleh :

Q lepas = Q terima

m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah

pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu

rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada

diatas bergantung pada soal yang dikerjakan

Teori kalor dasar yaitu :

1. Kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas

2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan

3. kalor adalah sutu bentuk energy

4. kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energy disebut kalor mekanik

6.2 Perpindahan kalor

Perpindahan kalor dapat dilakukan dengan 3 cara :

1. Konduksi : Perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan

partikel-partikel zat. Perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara

atomic merupakan pertukaran energy kinetic antar molekul ( atom).dimana

32

partikel yang energynya rendah dapat meningkat dengan menumbuk

partikel yang energynya lebih tinggi.

Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat

perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

2. Konveksi : Perpindahan kalor yang diikuti perpindahan zatnya biasanya

terjadi pada medium zat cair dan gas . perpindahan kalor secara konveksi

adalah perpindahan kalor dengan cara gerakan partikel yang telah

dipanaskan. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut

konveksi alami dan apabila perpindahannyadikarenakan oleh dorongan,

misalnya dengan memompa maka disebut konveksi paksa.

Besarnya konveksi tergantung pada:

- Luas permukaan benda bersinggungan dengan fluida

- Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida

- Koefisien konveksi Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian

zat.

Contoh konveksi adalah pada waktu kita merebus air. Bagian air yang ada

dibawahnya , menerima kalor (panas) dari nyala api pemanas. Air yang terkena

panas ini memuai dan massa jenisnya lebih besar. Bagian air ini mendapat panas

pula, lalu naik seperti bagian air sebelumnya. Demikian seterusnya, air berpindah

(mengalir) sambil membawa kalor.

Radiasi : Perpindahan kalor tanpa memerlukan medium (zat perantara) .

pada proses radias energy termis menjadi energy radiasi. Energy ini termuat

dalam gelombang elektromagnetik. Saat gelombang elektromagnetik tersebut

berinteraksi dengan maateri , energy radiasi berubah menjadi energy termal

6.3 Kalor jenis

Kalor jenis (C) adalah banyaknya kalor yang di butuhkan untuk

menaikkan 1 gram atau 1 zat sebesar 10C untuk mengukur kalor jenis adalah

calorimeter. Kalor yang digunakan untuk menaikkan / menurunkan suhu tanpa

mengubah wujud zat.

Kalor yang diserap/dilepaskan (Q) dalam proses perubahan wujud

benda:

33

Q = m . L

Jadi kalor yang diserap ( ↓ ) atau yang dilepas (↑) pada saat terjadi

perubahan wujud benda tidak menyebabkan perubahan suhu benda (suhu benda

konstan ).

6.4 Kalor sebagai transfer energy

Kalor berhubungan denga kerja dan energy. Untuk lebih lanjut mengenai

hal ini maka dikerjakan lebih lanjut oleh ilmuan pada tahun 1880-an terutama oleh

seorang pembuat minuman dari inggris james Prescott joule (1818-1889 ia

melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk menetapkan bahwa kalor

seperti kerja, secara kuantitatif, kerja 4.186 joule ternyata ekuivalen dengan 1

kalori. Nilai ini dikenal sebagai tara kalor mekanik. Dari hasil percobaan maka,

para ilmuan kemudian menginterprestasikan kalor bukan sebagai zat, dan dan

bahkan bukan sebagai bentuk energy melainkan kalor merupakan transfer energy.

6.5 Perbedaan antara temperature , kalor dan energy dalam

Jumlah total dari semua energy pada semua molekul pada sebuah benda

disebut energy termal atau energy dalam. Kalor bukan merupakan energy yang

dimiliki oleh sebuah benda, melainkan mengacu kejumlah energy yang ditransfer

dari suatu benda ke benda lainnya pada temperature berbeda.

6.6 Kalor Laten

Kalor laten adalah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud. Kalor

yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassan:

Q = M . L

Dengan :

Q = Kalor (joule atau kalori)

M = Massa zat (Kg atau gram)

L= Kalor Laten (J / Kg atau Kal / gram)

6.7 Energy dalam gas ideal

Energy dalam gas ideal merupakan jumlah energy kinetic seluruh

partikelnya.

Ek = energy kinetic rata-rata partikel gas ideal

U = energy dalam gas ideal = energy total gas ideal

34

V= kecepatan rata-rata gas ideal

m = massa satu molekul gas

p = massa jenis gas ideak

Jadi persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan :

Makin tinggi temperature gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya

Tekanan merupakan ukuran energy kinetic persatuan volume yang dimiliki gas

Temperature merupakan ukuran rata-rata dari energy kinetic tiap partikel gas

Persamaan gas ideal (pv =m R T ) berdimensi usaha – energy. Energy dalam gas

ideal merupakan jumlah energy kinetic seluruh partikelnya.

35

BAB VII

TERMODINAMIKA

7.1 .Pengertian Termodinamika

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan

hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk

energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan

dynamis (gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya

diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai aksiom.prinsip pertama

adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas

dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat

mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya

perubahan dikedua benda tersebut.

7.2 Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagad raya yang

diperhitungkan.semua batasan yang nyata atau imajinasi memisahkansistem

dengan jagad raya,yang disebut lingkungan.

Ada tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi

antara sistem dan lingkungan:

Sistem Terisolasi

Sistem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau kerja dengan

lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi,seperti

tabung gas terisolasi.

Sistem Tertutup

Pada sistem ini terjai pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran benda

dengan lingkungan.Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana

terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan

lingkungan.Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas,kerja atau

keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya.Pembatas

adibiatik yaitu tidak diperbolehkan pertukaran panas sedangkan pembatas

rigid yaitu tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

36

Sistem Terbuka

Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dan

lingkungannya.sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda

disebutpermeabel.Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

7.3 Keadaan Termodinamika

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan,ini

disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).

Untuk keadaan termodnamika tertentu,banyak sifat dari sistem di

spesifikasikan.Properti ini tidak bergantung dengan jalur dimana sistem ini

membentuk keadaan tersebut,disebut fungsi keadaan dari sistem.Bagian

selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti,yang merupakan

fungsi keadaan.

7.4 Hukum – hukum Dasar Termodinamika

Hukum –hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa

perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.Terdapat 4 hukum dasar

yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu:

Hukum Awal

Termodinamika hukum ini menyatakan bahwa apabila dua buah benda

yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah

benda lain,maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.

Hukum Pertama

Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan

dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang

lain”.Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan

kalor sebagai model perpindahan energi.Menurut hukum pertama,energi

didalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor

ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.Hukum pertama tidak

membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna

energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara

Hukum kedua

37

Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi.Entropi adalah

tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari

suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan

waktu,mendekati nilai maksimumnya.

Aplikasi : kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya,yang

suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.Karena jika tidak panas dari isi

kulkas tidak bisa terbuang keluar.

Hukum ketiga

Hukum termodinamika ketiga terkait dengan temperatur nol

absolut.Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai

temperatur nol absolut,semua proses akan berhenti da entropi sistem akan

mendekati nilai minimum.Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi

benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai

nol.

Aplikasi : kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang

sangat rendah,karena tidak banyak acakan gerakan kinetik dalam skala

mokuler yang mengganggu aliran elektron.

7.5 Penerapan Hukum Termodinamika Pertama pada Beberapa proses

Termodinamika

Hukum pertama termodinamika dilakukan dalam empat proses,Yaitu:

Proses Isotermal

Dalam proses ini,suhu sistem dijaga agar selalu konstan.Suhu gas ideal

berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal.

dan tekanan sistem berubah penjadi (tekanan sistem berkurang).

Proses Adiabatik

Dalam proses adibiatik,tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem

atau meninggalkan sistem (Q = O).Proses adibiatik bisa terjadi pada sistem

tertutup yang terisolasi dengan baik.Untuk sistem tertutup yang terisolasi

dengan baik,biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir

kedalam sistem atau meninggalkan sistem.Proses adibiatik juga bisa

terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi.Proses dilakukan dengan

38

sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau

meninggalkan sistem.

Proses Isokorik

Dalam prose isokorik,volume sistem dijaga agar selalu

konstan.Karenavolume sistem selalu konstan.Maka sistem tidak bisa

melakukan kerjapada lingkungan.Demikian juga sebaliknya,lingkungan

tidak bisa melakukan kerja pada sistem.

Proses Isobarik

Dalam proses isobarik,tekanan sistem dijaga agar selalu konstan.Karena

yang konstan adalah tekanan,maka perubahan energi dalam (del U),kalor

(Q),dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol.Dengan

demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti

semula.

7.6 Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada Manusia

Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia agar

dapat bertahan hidup.Setiap mahluk hidup,baik manusia,hewan atau tumbuhan

tentu saja membutuhkan energi.Kita tidak bisa belajar,jalan-jalan,jika kita tidak

berdaya karena kekurangan energi.

7.7 Entropi dan Hukum-hukum termodinamika kedua.

Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa kondisi-kondisi alam

selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya informasi.Hukum ini juga

dikenalsebagai “Hukum Entropi”.Entropi adalah selang ketidakteraturan dalam

suatu sistem.Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur,tersususn

dan terencana menjadi lebih tidak teratur,tersebar dan tidak terencana.Semakin

tidak teratur,semakin tinggi pula entropinya.Hukum entropi menyatakan bahwa

seluruh alam semesta bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur,tidak

terencana,dan tidak terorganisir.

Hukum ini disempurnakan pada tahun 1877 oleh Ludwig

Boitzmann.Dalam versinya,entropi nampak sebagai fungsi peluang darisatu

keadaan,semakin tinggi peluang suatu keadaan,semakin tinggi pula

entropinya.Dalam versi ini,semua sistem cenderung menuju satu keadaan

setimbang.Dengan demikia,ketika suatu benda panas ditempatkan berdampingan

39

dengan sebuah benda dingin,energi akan mengalir dari yang panas ke yang

dingin,sampai mereka mencapai keadaan setimbang,yaitu memiliki suhu yang

sama.

7.8 Keteraturan dan Ketidakteraturan (konsep Entropi)

Konsep ini diperkenalkan oleh Rudolf Clausius pada abad ke 19,seorang

fisikawan dan matematikawan jerman,untuk mengukurpelepasan energi menjadi

anas danfriksi.Clausius mendefinisikan entropi yang muncul dalam proses termal

sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur pada saat proses

berlansung.

Seorang fisikawan Australia Ludwig Boltzmann pada awal abad ke-20

memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan antara entropi

dan keteraturan molekular.Konsep keteraturan yang diperkenalkan oleh

Boltzmann adalah konsep termodinamika ,dimana molekul-molekul berada dalam

gerak yang konstan.Definisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sekali

dengan pengertian-pengertian kaku mengenai keteraturan dan kesetimbangan

dalam mekanika Newtonian.

40

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit

Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit

Erlangga

http://alljabbar.wordpress.com/2008/03/23/kalor/

http://www.crayonpedia.org/mw/Intensitas_dan_Taraf_Intensitas_Bunyi_12.1

http://www.gurumuda.com/

http://www.osun.org/syarat+kesetimbangan-doc.html

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan),

Jakarta : Penerbit Erlangga

41