PANAS DAN PERUBAHAN FASA

TITIK DAN PANAS TRANSFORMASI

59. TITIK TRANSFORMASI.Telah kita bicarakan di muka bahwa perubahan temperatur sampai batas tertentu akanmenyebabkan perubahan fasa zat. Jadi pemberian atau pengambilan panas tidak lagimenaikkan atau menurunkan temperatur zat (panas bebas) selama keadaannya tidakberubah sehingga jumlah panas yang tidak dipindahkan ke lain tempat dipakai untukmengubah fasa zat (panas laten) tersebut.

Hal ini temyata sudah dari hasil percobaan Black dan lain-lainnya. Secara skema-tis peristiwa ini dilukiskan pada gambar 32a dan b, dengan temperatur t sebagai fungsidari jumlah panas Q. Sepanjang garis itu terdapat fasa zat dan bagian yang merupakancampuran dari fasa zat itu, sebagai berikut :

89

Gambar32a Gambar32bHubungan temperatur dan jumlah panas pada transformasi fasa.a. Transformasi fasa padat, cair dan gasb. Transformasi fasa padat dan gas secara sublimasi.

A B dan A' B'CDE F dan C' D'

: fasa padat: fasa eair

: fasa uap atau gas

B C : fasa padat dan eairDE: fasa eair dan uapB' C' : fasa padat dan uap

Selarna perubahan fasa berlangsung, untuk keadaan yang tetap, temperatur adalahtetap dan temperatur ini disebut temperatur atau atau titik transformasi.

Titik transformasi ini terdiri dari beberapa bagian dan untuk tiap bagian disebut :B C : titik lebur C B : titik bekuDE: titik didih (uap) ED: titik embunB' C' : titik sublimasi

sehingga temyata pada keadaan yang sarna

titik lebur = titik bekutitik didih = titik embun

Bagi bermaearn-maearn zat pada bermaearn-maearn keadaan terdapat bermaeam-maearn harga titik transformasi.

Untuk keadaan zat tertentu, titik transformasi yang mempunyai harga yang tetap inimerupakan temperatur keseimbangan antara kedua fasa yang bersangkutan. Dan tem-peratur keseimbangan atau titik transformasi inilah yang kerap diperguriakan dalarntermometri sebagai titik tetap atau definitif termasuk juga titik tetap Renaldini.

90

(Oc)

1! !t. (oc)

F..,

1001--- , Ii

.". . , D'

50 I I '" - - Ii '(:'25

0

"2' . A -p-p

60. PANAS TRANSFORMASI

Panas yang diperlukan selama transfonnasi fasa berlangsung disebut panas tranformasiatau panas laten. Panas laten ini diserap dalam zat dan menjadi sebab daripada perubah-an fasa itu.

Sesuai dengan jenis titik transfonnasi, pana!; transfonnasi dapat dibagi ke dalambeberapa bagian, disebut :

QB ->C : panas peleburanQD ->E : panas penguapanQB'-C' = QC'-B' : panas sublimasi

QC->B . panas pembekuanQB->D : panas pengembunan

Temyata juga di sini bahwa pada keadaan yang sarna

panas peleburan = panas pembekuanpanas penguapan =panas pengembunan

Panas transfonnasi berlangsung selama terdapat keseimbangan antara dua fasa zat.Pada gambar 32a, perubahan fasa B C terjadi sebagai berikut :

Pada titik B terdapat hanya fasa padat, sedangkan pada titik C hanya fasa cairoMulaidari B pada garis B C, berangsur-angsur fasa cair bertambah dan fasa padat berkurang.Demikian juga pada perubahan fasa yang lain. Jadi makin banyak massa zat makin lamaperubahan fasa berlangsung apabila kecepatan pemberian panas adalah tetap. Denganlain perkataan panas transfonnasi bergantung kepada jumlah massa zat bersangkutan.

Selain bergantung kepada jumlah massa zat, panas transfromasi bergantung jugakepada jenis zat dan juga kepada jenis transfromasi itu.

Kita defmisikan di sini suatu besaran untuk panas transfromasi persatuan massa zatyang disebut panas transfromasi spesifik. Bila panas transfonnasi adalah Q dan panastransfonnasi spesifIk adalah L, maka untuk massa sebesar m , berlaku

Q=mL (132)

Penyelidikan lebih lanjut tentang L, menunjukkan bahwa untuk transfonnasi tertentuL tidaklah konstan, melainkan masih bergantung kepada harga titik transfonnasi.

Pada titik tripel temyata panas transfonnasi adalah

Lbl

' ,= L I b + Lsu .mas. pe e uran penguapan

sehingga dapat dikatakan bahwa pada titik tripel panas transfonnasi adalah kekal.

61. PANAS TRANSFORM ASI PAD A HUKUM PERCAM-PURAN PANAS

Hukum percampuran panas dari Richmann, telah dibatasi oleh perubahan fasa, yaknihanya berlaku selama tidak terjadi perubahan fasa. Kini dengan mengetahui besaranpanas transfromasi, maka berpedoman kepada hokum kekekalan tenaga panas, hokum

91

percampuran panas dapat diperluas melewati batas perubahan fasa dengan pengertianbahwa perluasan ini meliputi perubahan fasa yang lengkap.

Percampuran panas melewati perubahan fasa akan mengoreksi hasil tempeatur akhirpada (31). Misalnya percampuran panas pada pembicaraan tersebut, dalam perubahantemperaturnya dari tl ke t, melewati titik transformasi fL, maka ml yang mempunyaipanas transformasi speSiftk L(, akan mengubah Q( menjadi

Q( = m( CII (fL - t() + mJ mill (t - fL)+ m( LJ

dengan CIIdan cm masing-masing merupakan panas jenis rata-rata zat ml sebelum dansesudah terjadi perubahan fasa.

Jadi (31) dengan sendirinya berubah menjadi

m( CII t( + ~ c2 t2 - m( (CII - cm) fL- M( L(t =

Perhitungan panas dengan sendirinya perlu dilakukan bagian demi bagian, yaknipada bagian sebelum perubahan fasa, selama perubahan fasa, dan sesudah perubahanfasa, dan berdasarkan pokok kekekalan tenaga panas, jika tak ada pertukaran panasdengan luar sistem.

PERUBAHAN TITIK DAN PANASTRANSFORMASI

62. KEMUNGKINAN PERUBAHAN TITIK DAN PANASTRANSFORMASI

Kita selalu dapat mengubah keadaan zat, antara lain misalnya, perubahan tekanan, pe-rubahan kemurnian zat, baik berupa larutan maupun berupa paduan zat.

Perubahan keadaan ini akan mengubah titik transfromasi zat itu. Kita menganggappanas sebagai suatu bentuk tenaga dan juga kita menganggap bahwa zat terdiri darimolekul yang saling mempengaruhi satu terhadap lainnya, sehingga dengan demikiantenaga panas akan berpengaruh pula pada molekul' itu. Pengaruh antar molekul ber-hubungan pula dengan keadaan molekul itu sendiri sehingga oleh karenanya titik trans-formasi dapat diubah oleh perubahan pada keadaan gas.

Panas transformasi sesuai dengan penyelidikan bergantung juga kepada harga atauperubahan titik transformasi sehingga pada dasarnya perubahan keadaan zat mempegaruhipanas transfromasi zat. Perubahan panas transformasi yang dimaksudkan di sini adalahbagi zat dengan jumlah massa yang tetap sehingga lebih tepat bila dikatakan sebagaiperubahan panas transformasi spesiftk daripada zat.

Karena adanya perubahan titik dan panas transformasi akibat perubahan keadaan,maka pada penentuan titik tetap termometri yang mempergunakan titik transformasi ini

92

namis intemasional seperti telah dibicarakan di muka menggunakan titik tripel air se-bagai titik tetap. Hubungan tekanan terhadap titik transformasi untuk air adalah sepertipada gambar 34.

Pada perubahan p dan T yang kecil, tempat kedudukan titik transformasi yang keeildi sekitar titik bersangkutan itu dapat dianggap linier, sehingga perubahan titik transfor-masi bersangkutan dapat dilakukan seeara graflk atau melalui penentuan koeflsien arahdari lengkungan pada titik itu.

Bila volume jenis dari zat itu pada tiap-tiap fasa adalah v, dan pada transformasivolume jenis untuk tiap-tiap fasa adalah vI dan v2' maka beda volume jenis adalah v2 -V I' Pada titik sublimasi, vI adalah volume jenis fasa padat, dan v2 volume jenis fasa uap;pada titik lebur, VI sebagai volume jenis fasa padat dan v2 untuk fasa eair, sedangkanpada titik didih, vI untuk fasa eair dan v2 untuk fasa uap. Dengan ketentuan volume jenisini, melalui perhitungan termodinamis, Rudolf Julius Emanuel Clausius dan Benoit PaulEmile Clapeyron menentukan koeflsien arah

(133)

dengan T sebagai titik transformasi dalam skala temperatur mutlak yang bersangkutan.Hubungan (133) ini dikenal sebagai hukum Clausius-Clapeyron.

Bagi perubahan p dan T yang kecil, seeara pendekatan diperoleh

~ p L--~ T T (v2 - VI)

atau perubahan titik transformasi seeara pendekatan adalah

T(v2-vl)~P~T=L

(134)

Umumnya v2> VI' sehingga ~ T adalah positif atau umumnya titik transformasi naikpada kenaikan tekanan.

Pada penguapan, umumnya v2 » VIyakni volume jenis uap jauh lebih besar dari-pada volume jenis eairannya, sehingga. (133) seeara pendekatan dapat ditulis,

dp L---dT Tv u

dengan vu sebagai volume jenis uap.Bagi uap berlaku hubungan

v =uRT

P

94

dengan R sebagai suatu konstanta (lihat kemudian persamaan keadaan gas), sehinggamelalui substitusi diperoleh

dp L dT--p R'f2

Untuk daerah temperatur yang kecHL dapat dianggap konstan, dan melalui integrasidiperoleh

L I C-+lnp=-RT

dengan C sebagai konstanta integrasi.Jika pada tekanan Po titik transfromasi adalah To' maka konstanta integrasi dapat

ditentukan dan setelah disubstitusi diperoleh

L I I-(---)R T To

P = Poe (135)

Persamaan ini dikenal sebagai rumus van't Hoff, (Jacobus Hendrikus van 't Hoff)dan menunjukkan hubungan antara tekanan dan titik transformasi.

64. PERUBAHAN TITIK TRANSFORMASI PADA ANOMALI

Bagi air, misalnya, ketika temperaturnya mendekati titik beku terjadi anomali yang dike-nal sebagai anomali air. Hal ini juga terjadi pada besi dan bismuth. Pada anomalipenurunan temperatur menyebabkan penurunan massa jenis, jadi merupakan kebalikandaripada hal yang umumnya terjadi.

Akibat anomali ini, volume jenis pada pembekuan bagi fasa cair, lebih besar dari-pada bagi fasa padatnya, sehingga pada pembekuan ini v2 - V I < O.

Karena panas pembekuan spesifIk (L) serta titik transformasi dalam skala tempera-tur mutlak (T) keduanya adalah positif, maka anomali ini menyebabkan

dp 0-<dT

Koefisien arah negatif berarti lengkungan BC pada gambar 33, yakni tempatkedudukan titik lebur, melengkung dengan bagian cekung ke atas.

Ini berarti bahwa penambahan tekanan sebaliknya menyebabkan titik leburnya tumn.Hal ini juga dapat dilihat dari harga negatif pada persamaan (134).

Penurunan titik beku atau titik lebur pada air atau es jika mengalami tekanan dapatdilihat juga pada penggumpalan salju setelah mengalami tekanan, atau beban di atas es

95

yang berakibat tenggelamnya tali beban ke dalarn es itu. Pada saat mengalarni tekanan,salju atau es melebur sedikit di tempat bersangkutan dan membeku kembali setelahtekanan berlalu.

65. LEWAT BEKU DAN LEWAT DIDIH

Sungguhpun pada diagram fasa dari zat yakni hubungan antara tekanan dan titik trans-formasi, harga titik transformasi sudah dapat ditentukan, tetapi dalam keadaan tertentudengan memenuhi syarat diagram keadaan itu, perubahan fasa tidak terjadi padahaltemperatumya telah mencapai titik transformasi. Pembekuan yang tidak terjadi walaupunsudah melewati titik beku disebut lewat beku sedangkan untuk penguapan atau pendidihanyang tidak terjadi sungguhpun sudah melewati titik didih disebut lewat didih.'

Dengan pengaturan yang sangat hati-hati dan pelahan-lahan dari suatu cairan dapatdicapai temperatur di bawah titik bekunya tanpa terjadi pembekuan. Cairan itu beradadalarn keadaan lewat beku. Dengan memberikan suatu inti padat yang sangat kecil, makacairan itu akan membeku dan temperatumya kembali kepada titik bekunya.

Air misalnya pada keadaan normal, membeku pada O°Cdengan adanya inti asingyang sangat kecil atau kristal sebagai bibit pembekuan. Air yang tak mempunyai bibitpembekuan, oleh penyelidikan Erich Regener, dapat mencapai temperatur -72°C baruterjadi pembekuan.

Demikian juga cairan yang bebas sarna sekali dari larutan udara pada pemanasanyaI,1ghati-hati dan pelahan-lahan dapat mencapai temperatur di atas titik didihnya tanpaterjadi pendidihan. Cairan ini berada dalam keadaan lewat didih. Pada suatu saat tem-peratumya akan secara tiba-tiba dan hebat turun kembali ke titik didih dan berlangsungpendidihan secara normal.

Pada keadaan lewat beku dan lewat didih, suatu gangguan yang kecil akan menye-babkan cairan itu kembali kepada keadaan stabilnya. Keadaan lewat beku dan lewatdidih oleh karenanya adalah metastabil. Pada ketentuan titik uap air dalam skala tem-peratur intemasional tidak dipergunakan air mumi bebas udara bahkan untuk meng-hindari keadaan metastabil, dipergunakan air yang jenuh udara.

66. PERUBAHAN PANAS TRANSFORMASI

Panas transformasi dapat berubah karena perubahan titik transformasi. Bila titik didihbertambah maka sesuai dengan diagram fasa pada gambar 33, tempat kedudukan titikdidih akan berakhir pada titik kritis. Pada titik kritis ini sendiri terdapat keseimbangahantara fasa cair dan fasa padat, sehingga volume jenis uap dan cairan pada titik ini adalahsarna atau v2 - VI = O.

dpKarena T pada titik kritis tidak sarna dengan nol, sedangkan koefisien arah - "* 0

dt

96

maka kemungkinan pada titik kritis ini adalah L = 0, sehingga ~ merupakan limitdT .dari persamaan (133) pada titik kritis. Jadi panas transformasi pada titik kritis adalah nol.

L ( Ka.ll \

r Igml600

539500

100

o 100 200

400

300

'200

Gambar 35

Hubungan panas penguapan spesifik terhadap titik didih akibat perubahan tekanan

Karena kita mengenal adanya panas transformasi yang tidak sarna dengan nol padatitik didih di bawah titik kritis, maka dengan sendirinya terdapat perubahan panas trans-formasi. Di atas titik kritis sendiri tak ada transformasi karena memang tak terjadi pe-rubahan fasa lagi.

Panas transformasi spesifik air terhadap titik didih dilukis pada gambar 35. Perubah-an titik didih terjadi karena perubahan tekanan. Titik didih normal air terjadi pada lOQ<>Cdengan panas penguapan sebesar 539 kal/gm dan panas penguapan ini menjadi nol padatitik kritis air sebesar 374°C.

67. PENGARUH LARUTAN DAN HUKUM RAOULTMelarutkan suatu zat ke dalam suatu zat eair akan menyebabkan perubahan titik trans-formasi zat eair bersangkutan. Perubahan konsentrasi larutan juga akan menyebabkanperubahan harga pada titik transformasi zat eair itu. Kita namakan zat eair ini pelarutsedangkan zat yang dilarutkan ke dalam pelarut, kita sebut sebagai zat terlarut.

Misalkan n' grl zat terlarut dilarutkan ke dalam n grl pelarut sedangkan beratmolekulnya masing-masing sebesar M' dan M maka untuk massa masing-masing m' danm, bagi

mzat pelarut n = -

M

97

__u... _ __. _ _. . .__ __... u --..

danm'

zat terlarut n' = -M'

Perbandh1'ganmassa molekul antara zat terlarut dan zat pelarut adalah

n' m'Mu=-=-

n mM'

Jika tekanan uap zat pelarut adalah p sedangkan tekanan uap dari larutan adalah p',maka perbedaan tekanan uap ini bergantung kepada banyak sedikitnya zat terlarut didalarn larutan. Molekul zat terlarut akan menahan molekul zat pelarut meninggalkancairan untuk menjadi uap. Oleh Franr;ois Marie Raoult, ditunjukkan bahwa hubungantekanan uap dan massa molekuler adalah

P - p'-=u

p(136)

dan dikenal sebagai hukum Raoult.

Tekanan uap pelarut turun jika dilarutkan zat-zat lain sehingga untuk dapat menguaptekanan uap ini perlau dinaikkan dulu. Penaikan tekanan uap dapat dilakukan dengankenaikan temperatur sehingga terjadilah kenaikan titik didih. Bila perubahan (kenaikan)titik didih atau titik uap adalah ~ tu' maka

m'M~t =Cu=C-

u mM'dengan C suatu konstanta pembanding bergantung kepada sifat pelarut. Karena beratmolekul pelarut M juga merupakan suatu sifat dari pelarut, maka dapat dibuat substitusi,

A =CMu

sehingga perubahan titik uap menjadi

m' I~ t = A - - (137)

u u m M'

Dengan jalan sarna, zat terlarut dalam pelarut akan menahan molekul zat pelarutmemperkecil jarak antara mereka untuk membeku. Pembekuan oleh karenanya dapatjuga dilakukan dengan penurunan temperatur atau titik beku pelarut turun. Analogi dengan(137) diperoleh perubahan titik beku.

m' I~ ~ =-Ab - - (138)

m M'

dengan tanda negatif menunjukkan penurunan titik beku.

98

Bagi air Au = 511 grn °C/grl dan Ab = 1860 grn °C/grl.Dari (137) dan (138) temyata juga bahwa perubahan titik transformasi karena larut-

an dapat dipakai untuk rnenentukan berat rnolekul zat. Pada pernbicaraan derajat tern-peratur Fahrenheit dalarn termornetri, Fahrenheit rnernpergunakan larutan gararn untukrnenentukan titik tetap, dan temyata di sini juga bahwa larutan rnenyebabkan titik bekulebih rendah dari keadaan rnumi.

68. PENGARUH KETIDAK-MURNIAN ZAT ATAU PADUAN

Zat yang tidak rnumi atau paduan zat sebenamya rnerupakan suatu bentuk atau golonganyang sarna dengan larutan, tetapi pada larutan kita rnernandang zat cair saja. Jadi zatyang tak rnumi akan rnernpunyai titik transformasi yang berbeda dengan zat rnumi padatekanan yang sarna. Dernikian juga halnya bagi paduan zat atau logarn.

Bergantung kepada zat dari paduan itu serta tekanan, kita peroleh bermacarn-rnacarnbentuk ternpat kedudukan titik lebur berbagai-bagai kornposisi paduanoHal ini dapat jugadilakukan secara eksperirnental dan di sini kita rnengarnbil suatu contoh sederhana, yaknipaduan antara tirnah hitarn Pb dan tirnah putih Sn pada tekanan atrnosfIr seperti padagambar 36. Paduan Sn pada Pb atau sebaliknya akan rnenurunkan titik lebur jika di-bandingkan dengan titik lebur zat rnuminya.

0% 20100" 80

40 6063 80. 100" 57

60 4037 20 0" P1»

Gambar 36

Titik lebur paduan logam Sn dan Pb untuk bermacam-macam komposisipaduan serta titik eutektik.

Pada suatu kornposisi carnpuran tertentu yakni 63% So dan 37% Pb terdapat suatutitik lebur terendah sebesar 183°C, titik E pada gambar 36, dan titik ioi disebut titikeutektik dan carnpuran dernikian disebut campuran eutektik.

99

Titik lebur paduan logam dapat mencapai titik eutektik yang rendah sekali sepertipada paduan yang dikenal sebagai logam Wood. Bergantung kepada zat-zat yang dipadu,titik transformasi termasuk juga titik eutetik mempunyai bermacam-macam harga pula.

KELENGASAN UDARA

69. UAP AIR DALAM UDARA

Dengan adanya penguapan karena panas matahari, terutama air, maka dalam udara selaluterdapat sejumlah uap air.

Udara demikian disebut udara yang basah atau udara lengas (lembab). Uap air inidapat mengembun sehingga terjadilah kabut, hujan, embun, salju, dan hujan es. Di daerahtropis dengan temperatur yang lebih tinggi, jumlah atau kadar uap air dalam udara lebihbanyak daripada di daerah yang lebih dingin, kecuali kalau pada daerah tropis itu tidakterdapat air, seperti halnya dengan padang atau gurun pasir. Kumpulan uap air yangmembumbung naik nampak sebagai awan. Udara yang sarna sekali tidak mengandunguap air disebut udara kering.

Jumlah uap air dalam udara ini tidak tetap banyaknya, bergantung kepada ban-yaknya penguapan dan aliran angin yang mengumpulkan uap air itu pada daerah tertentu,jadi dapat berubah-ubah menuriIt keadaan. Dengan bertambahnya penguapan, jumlahuap air akan bertambah pula, tetapi bagi tiap-tiap temperatur terdapat suatu jumlah uapair yang maksimum sebagai batas. Dalam hal demikian, udara mengandung uap airjenuh.

Dari diagram fasa pada gambar 37, jumlah uap air dalam udara itu mempunyaitekanan yang disebut tekanan uap air. Makin banyak kadar uap air dalam udara makintinggi tekanan uap aimya, sehingga pada jumlah uap air maksimum untuk suatu tempera-tur, terdapat tekanan-uap air maksimum untuk temperatur tersebut. Tekanan maksimumini merupakan titik embun dari diagram fasa.

p

tliB maks

\ mak.

k

Gambar 37

Tekanan uap air dalam udara dalam diagram tekanan terhadap titik transformasi.

100

Dengan mempergunakan tekanan dari uap air dalam udara ini serta'membandingkan-nya kepada uap air jenuh pada temperatur yang sarna, kita dapat menentukan kelengasanudara secara kuantitatif. Kelengasan udara yang ditentukan dengan cara ini disebut derajatkelengasan relatif.

Cara lain untuk menentukan kelengasan udara ialah dengan langsung mengukurmassa uap air dalam udara bagi tiap satuan volume udara. Penentuan kelengasan udarasecara kuantitatif dengan metoda ini memberikan derajat kelengasan mutlak.

70. DERAJAT KELENGASAN RELATIF

Diagram fasa dari air pada gambar 37, menunjukkan tekanan uap air. Pada temperaturTA misalkan tekanan uap air adalah PA' Tekanan uap air jenuh pada temperatur T A adalahPAmax' seingga menurut definisi derajat kelengasan relatif, maka derajat kelengasan relatifuntuk keadaan ini adalah

e =A

Umumnya bagi tiap temperatur t dengan tekanan uap air jenuh Pmax'derajat kelen-gasan relatif adalah

p(139)e=

Pmax

Pada suatu udara tertentu, jika tidak terjadi penguapan tambahan atau pengembunanmaka massa uap air yang ada di dalamnya adalah tetap. Demikian pula tekanan uapairnya tetap tak berubah, sungguhpun temperaturnya berubah. Apabila seperti pada gambar37, udaratersebutdipanaskansampaitemperaturTB atau didinginkansampaitemperaturTc atau To' maka

PB= Pc = Po = PA

Yang berubah di sini hanya tekanan uap air jenuh yang bergantung kepada tempera-turnya, yakni

PBmax > p Amax > PCmax > POmax

Jadi sesuai dengan ketentuan pada (139), derajat kelengasan relatif berubah sesuaidengan perubahan temperatur, sehingga .

eo > ec > eA> eB

Ini berarti bahwa pemanasan memperkecil harga derajat kelengasan relatif sedangkanpendinginan memperbesarnya. Pembesaran ini terbatas pada pengembunan, karena padapengembunan jumlah uap air dalam udara akan berkurang dan oleh karenanya keadaanudara akan berubah.

101

Pendinginan. selanjutnya pada suatu taraf tertentu akan menyebabkan pengembunan

atau sublimasi. Temperatur TDpada gambar 37 merupakan temperatur batas untuk mulaiterjadi pengembunan, karena uap air sudah jenuh. Pendinginan lebih lanjut di bawah TDmenyebabkan sebagian uap air mengembun dan udara tetap jenuh.

Karena pada temperatur TD'

PD = PDmax

maka kelengasan udara relatif pada TD adalah

PDe =D = 1 atau 100%PDmax

merupakan kelengasan relatif yang maximumUntuk keperluan praktis dibuat daftar tekanan uap air jenuh bagi tiap tempeatur.

Dalam hal ini eA dapat ditentukan dengan. pertolongan daftar tersebut. Dari gambar 37.temyata bahwa

PA = PD max'

sehingga melalui substitusi diperoleh

_ PA _ PDmaxe ---APAmax PAmax

(140)

Jadi penentuan kelengasan relatif dapat dilakukan dengan mendinginkan udara hinggatemperatur batas ketika pengembunan mulai terjadi dan kemudian dengan pertolongandaftar tekanan uap air jenuh, menurut (140).

71. DERAJAT KELENGASAN MUTLAK

Derajat kelengasan mutlak dari udara didefmisikan sebagai jumlah massa uap air yangdikandung tiap satuan volume udara itu. Jika di dalam V m3udara terkandung magm uapair, maka sesuai dengan definisi ini, derajat kelengasan mutlak adalah

me = ~ gm/m3 (141)mut

VPada udara tertentu selama tidak terjadi pengembunan atau tambahan uap air, derajat

kelengasan mutlak bagi perubahan temperatur secara isometrik atau isokorit (volumetetap) adalah tetap pula harganya.

Pada tekanan uap air jenuh, massa uap air dalam udara itu adalah maksimum, misalnyama max'sehingga derajat kelengasan mutlak adalah maximum pula,

e =mutroaxmamax

(142)V

102

Pada tempeatur tertentu, massa uap air ma dalam udara ini memberikan tekanan uapair sebesar p. Telah diselidiki bahwa untuk volume dan temperatur yang tetap, tekananuap air p berbanding lurus dengan massa uap air ma(lihat lebih lanjut persarnaan keadaangas). Oleh sebab itu derajat kelengasan relatif adalah

p Cmae= --

Pmax Pmax

dengan C sebagai suatu konstanta untuk volume dan temperatur yang tetap.

Demikian pula bagi massa uap air maximum ma maxpada keadaan volume dantemperatur yang sarna seperti ketentuan di atas, derajat kelengasan relatif adalah

1 _ Pmax Cm__= amax

Pmax Pmax

Bandingkan kedua ini dan selanjutnya diperoleh

e ma---1 ma max

dan (141) dan (142) setelah substitusi, memberikan

e= (143)

dan dengan ini ditentukan hubungan antara derajat kelengasan relatif dan derajat kelen-gasan mutlak.

72. HIGROMETRI

Penentuan kelengasan udara disebut higrometri sedangkan alat-alat yang dibuat untukmengukur kelengasan udara dinarnakan higrometer. Higrometri dapat dilakukan ber-dasarkan beberapa cara, antara lain, melalui perubahan sifat termasuk juga perubahantimbangan dari benda atau zat higroskopis (zat yang dapat menyerap uap air) atau jugamelalui tekanan uap air. Cara yang terbaik atau paling teliti adalah melalui penentuantekanan uap air.

Higrometri telah lama diselidiki orang dan di antaranya secara cukup luas olehHorace Benedict de Saussure. De Luc, John Smeaton, Arderon juga telah mencurahkanperbatian dalam higrometri serta pembuatan higrometer yang baik dan memuaskan.

De Saussure pada abad ke-18, telah mengemukakan beberapa syarat higrometri dalarnpembuatan higrometer, antara lain,

1. perlu peka terhadap perubahan kelengasan;2. dapat mereproduksi denga."1baik;

103

3. berbagai higrorneter rnenunjukkan harga kelengasan yang sarna bagi suatukeadaan udara yang sarna;

4. higrorneter hanya dipengaruhi oleh uap air saja yang ada dalarn udara;5. penunjukan higrorneter harus sebanding dengan konsentrasi air dalarn udara.

Sesuai dengan sifat kelengasan udara pada zat rnaka pada dasainya, kita rnengenaldua jenis higrornetri yakni rnelalui sifat higroskopis dari zat dan rnelalui tekanan uap air.

a. Sifat higroskopiszat

Banyak zat organis bersifat higroskopis terutama zat tanduk termasuk rambut. Denganrnenyelidiki sifat tiap zat hiroskopis terhadap kelengasan udara, kita dapat rnengukurkelengasan udara itu. Penyerapan uap air oleh zat ini urnumnya rnernperbesar dirnensi zat(antara lain bertambah panjang) dan juga rnernperbesar tirnbangan zat itu dan sebaliknya.

Robert Hooke pada pertengahan abad ke-18, rnernbuat higrorneter dengan rnern-pegunakan janggut karnbing rnelalui sifat rnenggulungnya pada keadaan kering. Dengandasar sarna, Dalibard pada kira-kira tahun 1744 juga rnernbuat higrorneter.

Cara yang lebih rnernuaskan kernudian dilakukan dengan rnengukur perubahanpanjang zat higroskopis yang juga disebut benang iklim. Cara untuk rnenambahkankepekaan telah juga dilakukan oleh William Arderon dengan rnernperbesar perubahanpanjang untuk pernbaeaan. John Srneaton berusaha pula untuk rnernbuat benang iklirnstandar baik rnelalui standardisasi pada zat rnaupun pada skala pernbaeaan.

Tetapi eara yang terbaik dibuat oleh De Saussure pada kira-kira tahun 1775 denganrnernpergunakan rarnbut, dan higrorneter yang diperolehnya disebut higrometer rambut.Di samping rarnbut, De Lue rnernpergunakan tulang ikan paus dan dikenal sebagai hig-rometer tufang ikan paus.

Zat yang rnenyerap uap air akan rnenambah rnassanya dengan rnassa uap yang di-serapnya dan peristiwa ini dapat dilihat dan diukur rnelalui penirnbangan. Desaguliersdan Hales rnernbuat higrorneter berdasarkan eara ini.

b. Tekanan uap air

Seperti telah diterangkan pada derajat kelengasan udara serta penentuannya, bahwarnelalui pendinginan hingga tekanan uap air jenuh dan dari ternperaturnya, kita dapatrnenghitung kelengasan itu. Jadi kelengasan udara dapat dieari rnelalui titik ernbun dariuap air dalam udara itu.

. Hal rnenentukan titik ernbun ini telah diusahakan dan diterangkan oleh C. Le Roydengan rnendinginkan air sehingga uap air di sekitarnya rnengernbun. Tetapi dalam halini, pereobaannya diikuti oleh surnber kesalahan karena di sekitar air, kelengasan udarabertarnbah. "-

Pada tahun 1755 William Cullen disertai oleh Dobson dan juga Marian diketahuibahwa penguapan zat rnenirnbulkan pendinginan. M.C. Hanov, Richrnann, dan lain-lain-nya rnernperbineangkan juga hal ini. Jadi dengan penguapan dapat dilakukan pendingin-an dan ini dapat dipakai untuk rnenentukan titik ernbun.

104

Dengan dasar ini pada 1799 Leslie membuat higrometer berdasarkan peneatatantemperatur dua termometer yang satu dalam keadaan kering dan satu lagi selalu dalamkeadaan basah.

73. ASAS BEBERAPA JENIS HIGROMETER.Berdasarkan asasnya serta konstruksi dan penggunaannya dibuat orang bermaeam-maeamhigrometer. Untuk tiap jenis higrometer masih juga dapat dibuat modiftkasi-modiftkas-mya.

Di sini kita hanya meninjau asas dari beberapa jenis higrometer.

a. Higrometer rambut

Rambut adalah zat tanduk yang higroskopis. Pada keadaan kering rambut akanmengerut sedangkan pada keadaan lengas atau basah ia akan memanjang. Denganmempergunakan sifat ini serta kalibrasi yang baik dapat dibuat higrometer rambut sepertipada gambar 38, dengan pembaeaan langsung.

/1//

Gamba,. 38

Higrometer rambut.

Rambut R direntangkan di antara dua patokan tetap melalui suatu per keeil danpemuaian serta pengerutannya, sebagai akibat kelengasan, diteruskan kepada suatu pe-nunjuk. Di sini perlu juga diadakan koreksi karena terjadi pemuaian akibat perubahantempe-ratur.

b. Higrometer Regnault

Asashigrometerini adalahmenentukantitikembunyaknitekananuap airjenuh dariudara lengas melaluipenElinginan.Bandingkandengangambar 37, asas higrometeriniadalah menentukan temperatur TD dengan pendinginan.

105

Cermin loqam

Gambar 39

Higrometer Regnault.

Higrometer ini diisi dengan zat yang mudah menguap seperti eter dan lain-lain.Melalui pipa A dan B, udara dialirkan agar uap eter jenuh dikeluarkan untukmemungkinkan penguapan eter lebih lanjut. Dengan demikian, pendinginan dapat ber-langsung. Permulaan pengembunan dapat dilihat dengan mulai baumya cermin logamsekitar tabung eter. Pada termometer dapat ditentukan temperatur dan melalui daftartekanan uap air jenuh, kelengasan relatif udara dapat ditentukan dengan (140).

c. Psikrometer atau termometer basah dan kering.

Psikrometer atau termometer basah dan kering terdiri atas dua termometer yaknitermometerdalamkeadaankeringTK dan termometerdiliputioleh uap air jenuh TB yangdapat dibuat dengan melilitkan kain yang agak basah.

\To

a bGambar 40

Psikrometer. Menguapkan air dengan a. mengayunkan danb. mengipas termometer basah.

106

Dengan memutarkan atau mengayunkan termometer seperti pada gambar 40a, ataudengan mengipas seperti pada gambar 40b, termometer To diselubungi oleh uap airakibat penguapan air dari kain yang agak basah itu. Temperatur pada To akan turun danmeneapai temperatur minimum setelah uap air itu jenuh. Demikian kita dapat meneatatharga TA dan TD dari (140), masing-masing dari TKdan To.

SOAL-SOAL

1. Untuk suatu daerah parameter, tekanan uap air adalah

a+bT

c+dT

p=Ke

dengan K, a, b, c, dan d sebagai konstanta. Jika volume spesifIk air diabaikansedangkan uap air dianggap memenuhi hubungan pv = RT, tentukanlah panaspenguapan sebagai fungsi dan temperatur.

2. Ke dalam suatu zat eair dilarutkan f1.grl zat sehingga titik didihnya naik. Ten-tukanlah perubahan tekanan yang diperlukan agar titik didihnya kembali kepadaharga semula.

107