penerapan hukum termodinamika pada kesehatan

 

2.1 Energi Panas Dalam Bidang Kedokteran

-    Apabila energi panas mengenai salah satu bagian tubuh, akan menaikkan temperature daerah tersebut.

-    Efek panas :

a.    Fisik : menyebabkan semua zat mengalami pemuaian segala arah.

b.    Kimia : Kecepatan reaksi kimia akan meningkat dengan peningkatan temperatur. Misalnya : Reaksi oksidasi, Permeabilitas membrane sel, Metabolisme jaringan.

c.    Biologis : Merupakan pengggabungan dari efek panas terhadap fisik dan kimia. Misal : Peningkatan sel darah putih, Fenomena reaksi peradangan, dilatasi pembuluh darah, peningkatan tekanan kapiler, tekanan O2 dan CO¬2, penurunan pH.

i.    Penerapan energi panas dalam pengobatan

a.    Metode Konduksi 

-    “Apabila ada perbedaan temperatur  antara kedua benda maka panas akan ditransfer secara konduksi yaitu dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin”.

-    Pemindahan energi panas total tergantung pada luas daerah kontak, perbedaan temperatur, lama melakukan kontak, material konduksi panas.

-    Contoh:

•    Kantong air panas/botol berisi air panas ; efisien untuk pengobatan    nyeri abdomen (perut)

•    Handuk panas ; efektif untuk spasme otot, fase akut poliomyelitis.

•    Turkish batsh (mandi uap) ; sebagai penyegar atau relaksan otot.

•    Mud packs (lumpur panas) ; mengonduksi panas ke dalam jaringan, mencegah kehilangan panas.

•    Wax bath (parafin bath) ; efisien untuk mentransfer panas pada tungkai bawah terutama orang tua. Cara Wax Bath : wax diletakkan di dalam bak dan dipanaskan sampai temperature 1150- 1200F . Kaki direndam selama 30 menit-1 jam.

•    Electric Pads. Caranya : melingkari kawat elemen panas yang dibungkus asbes atau plastic. Dilengkapi dengan termostat. 

-    Metode konduksi bermanfaat untuk pengobatan terhadap penyakit neuritis, Sprains, Strain, Contusio, Sinusitis, Low Back Pain

b.    Metode Radiasi

-    Untuk pemanasan permukaan tubuh serupa dengan pemanasan dengan sinar matahari atau nyala api.

-    Sumber radiasi :

a.    Electric fire

•    Old type fire ; Memiliki daya 750 W, range radiasi antara merah - mendekati infra red, panjang gelombang < 15.0000 A0, untuk home treatment.

•    Pensil Bar tipe ; Menggunakan reflector rectangular dan shape like acoustic type.

b.    Infra Merah ;

- Memakai lampu pijar berkisar antara 250 – 2000 W, diberi filter merah.

- Gelombang infra red yang dipakai antara 800 – 40.000 nm. 

- Penetrasi energi / gelombang pada kulit ± 3 mm dan meningkat di permukaan kulit.

- Lebih efektif bila dibandingkan dengan metode konduksi panas, karena penetrasi energi panas ke jaringan lebih dalam.

c.    Metode Elektromagnetis

Ada dua jenis :

a.    Short wave diathermy (diatermi gelombang pendek)

-    Digunakan pada kram otot (muscle sprain), nyeri pada intervertebrale disk, penyakit degeneratif pada persendianm radang bursa (bursitis)

-    Dua macam metode elektromagnetis :

•    Teknik Kondensor (Conductor technique) ; Bagian tubuh sebelah menyebelah diletakkan dua metal plate like electrode. Pada permukaan electrode diberikan larutan elektrolit. Dengan adanya aliran AC (bolak-balik), molekul tubuh menjadi agitasi karena kenaikan temperature. 

•    Diatermi Metode Induksi (Inductothermy) ; Bagian tubuh yang akan dipanasi, dililitkan dengan kabel, lalu dialiri listrik. Jaringan tubuh tidak berada dalam sirkuit, tetapi terletak dalam median magnet dari suatu koil. Frekuensi yang dipakai 1 MHz.

b.    Micro Wave Diathermy (Diatermi gelombang mikro)

-    Digunakan untuk patah tulang (Fraktur), Sprains dan Strains, Bursitis, Radang tendon, Artritis. 

-    Menggunakan magnetron untuk menghasilkan gelombang radio dengan osilasi pada frekuensi 900 MHz.

-    Besar energinya terletak antara short wave diathermy dan infra merah.

d.    Gelombang ultrasonik

-    Diperoleh dari gelombang bunyi (Audible Sound) dengan frekuensi hampir 1 MHz.

-    Jaringan yang akan diobati ditempeli permukaannya oleh  piezo electric transduser dengan intensitas 5 W/cm2.

-    Lebih efektif pada tulang dibandingkan pada soft tissue oleh karena tulang lebih banyak menyerap panas

-    Bisa digunakan untuk terapi (pengobatan) dan diagnostik.

siklus brayton

             Merupakan siklus daya gas yang ditemukan oleh George Brayton pada tahun 1870 untuk mesin pembakaran minyak bolak-balik. Pada saat ini banyak digunakan pada mesin turbin gas dengan siklus terbuka. Tetapi untuk memudahkan perhitungan termodinamika dalam perancangan maka dapat dimodelkan sebagai sistem tertutup dengan asumsi standar udara dan penambahan panas dari sumber luar & pembuangan panas ke lingkungan terjadi pada tekanan yang konstan.

Siklus Brayton terbuka terdiri dari tiga komponen utama. Pertama kompresor yang berfungsi untuk menaikkan tekanan udara yang diambil dari lingkungan. Kedua adalah ruang bakar (combustion chamber) tempat terjadinya pembakaran dan pada pemodelan dinyatakan dengan penukar kalor (heat exchanger). Komponen ketiga adalah turbin gas yang berfungsi menurunkan tekanan dan menghasilkan kerja berupa putaran poros. Ada penambahan satu komponen lagi untuk memudahkan perhitungan termodinamika pada pemodelan siklus yaitu ditambahkan lagi dengan penukar kalor yang membuang panas ke lingkungan.

 

Siklus brayton ideal terdiri dari 4 proses reversibel yang bisa dilihat pada gambar berikut ini:

1-2 Kompresi isentropik (in a compressor).

2-3 Penambahan panas pada tekanan konstan

3-4 Ekspansi isentropik (in a turbine).

4-1 Pembuangan panas pada tekanan konstan

aplikasi hukum ke-2 termodinamika

LEMARI ES

Lemari es (refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang bekerja terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas, mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang selebihnya ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil panas dari wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik, dan panas dibuang ke wadah panasnya. Pada lemari es yang biasa dipakai di rumah, makanan dan batu es berfungsi sebagai wadah dingin, usaha dilakukan oleh motor listrik, dan wadah panasnya ialah udara di tempat lemari itu diletakkan.

Gambar di bawah ini melukiskan diagram alir lemari es. Dalam satu kali daur, panas Q_D masuk ke dalam lemari es pada suhu rendah T_D, usaha W dilakukan pada lemari es, dan panas Q_P keluar pada suhu lebih tinggi T_P. W dan Q_P kedua-duanya besaran negatif. Berdasarkan hukum pertama,

                                       -Q_P = Q_D – W,

Dan panas yang terbuang ke wadah panas sama dengan jumlah panas yang diambil dari wadah dingin ditambah panas ekivalen usaha yang dilakukan oleh motor.

pompa kalor

Pompa panas adalah sebuah refrigerator yang digunakan untuk memompa energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon panas (udara panas). Tandon panas merupakan sistem ideal dengan kapasitor panas yang demikian besar sehingga dapat menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan temperatur yang berarti.

Sistem pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau mempertahankan temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat mengalirkan energi kalor ke suatu benda atau penyerap kalor untuk menaikkan temperatur atau mempertahankan temperaturnya pada tingkat yang tinggi secara baik. Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan pompa kalor (heat pump) relatif sama. Perbedaannya, terletak hanya pada proses kerjanya. Mesin kalor adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu – sudu sebuah turbin, membuat sudu – sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

 Pada banyak penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai sebagai refrigerator dan juga sebagai pompa kalor. Pada beberapa situasi, baik efek pendinginan pada satu tingkat temperatur maupun efek pemanasan pada temperatur lain bisa saja dinginkan, dan dengan demikian sistem akan beroperasi serentak sebagai mesin refrigerasi dan sebagai pompa kalor.

Contoh penggunaan pompa kalor

Lemari es (Refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang bekerja terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas, mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang selebihnya ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil panas dari wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik, dan panas dibuang ke wadah panasnya yakni dilingkungan sekitarnya. Bila untuk menjalankan suatu alat pendingin tidak diperlukan usaha, koefisien kerja (panas yang diambil dibagi oleh usaha yang dilakukan ) akan menjadi tak berhingga. Pengalaman membuktikan bahwa selalu diperlukan usaha untuk memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Ungkapan negatif ini membawa kita kepada ungkapan lain hukum kedua Termodinamika, yaitu : ”Tidak mungkin ada proses yang hasilnya hanya memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas ”.

kapasitas panas dan panas spesifik

Sifat-sifat air yang memberikan definisi asal dari kalori adalah banyaknya perubahan temperatur yang dialami air waktu mengambil atau melepaskan sejumlah panas. Istilah umum untuk sifat ini disebut kapasitas panas yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah temperatur suatu benda sebesar 1⁰C.

Kapasitas panas bersifat ekstensif yang berarti bahwa jumlahnya tergantung dari besar sampel. Misalnya untuk menaikkan suhu 1 g air sebesar 1⁰C diperlukan 4,18 J (1 kal), tapi untuk menaikkan suhu 100 g air sebesar 1⁰C diperlukan energi 100 kali lebih banyak yaitu 418 J. Sehingga 1 g sampel mempunyai kapasitas panas sebesar 4,18 J/⁰C sedangkan 100 g sampel 418J/⁰C.

Sifat intensif berhubungan dengan kapasitas panas adalah kalor jenis (panas spesifik) yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 1⁰C. Untuk air, panas spesifiknya adalah 4,18 Jg-1C-1. Kebanyakan zat mempunyai panas spesifik yang lebih kecil dari air. Misalnya besi, panas spesifiknya hanya 0,452 J g^{-1 0}C^-1. Berarti lebih sedikit panas diperlukan untuk memanaskan besi 1 g sebesar 1⁰C daripada air atau juga dapat diartikan bahwa jumlah panas yang akan menaikkan suhu 1 g besi lebih besar dari pada menaikkan suhu 1 g air.

Besarnya panas spesifik untuk air disebabkan karena adanya sedikit pengaruh dari laut terhadap cuaca. Pada musim dingin air laut lebih lambat menjadi dingin dari daratan sehingga udara yang bergerak dari laut ke darat lebih panas daripada udara dari darat ke laut. Demikian juga dalam musim panas, air laut lebih lambat menjadi panas daripada daratan.

Rumus :

q = m.c. Δ’t

Keterangan :

q = jumlah kalor (Joule)

m = massa zat (gram)

Δt = perubahan suhu t_akhir - t_awal)

c = kalor jenis

persamaan energi termodinamika

Penerapan Hukum I Termodinamika berkaitan dengan hukum kekekalan energi untuk sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energy dengan  lingkungan  dan memberikan hubungan antara kalor, energi dan kerja (usaha). Hukum I Termodinamika menyatakn bahwa unntuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi . jadi dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi.

Energi dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem. Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungannya, maka energi dalam sistem akan  naik. Sebaliknya energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan oleh sistem. Secara matematis Hukum I Termodinamika ditulis sebagai berikut :

Q = ∆U + W . . . . . (9 – 9)

Dengan :

 Q = Kalor yang diterima atau dilepaskan sistem.

∆U = U2 – U1 = perubahan energy dalam sistem.

W = Usaha yang dilakukan sistem.

Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan (9 – 9) tersebut adalah sebagai berikut :

Jika sistem melakukan kerja, maka nilai W berharga positif.

Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif.

Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif.

Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif.

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

∆U = Q – W

Dimana :

∆U = Perubahan energi dalam

Q = Kalor

W = Kerja

Persamaan ini berlaku untuk sistem tertutup (Sistem tertutup merupakan sistem yang hanya memungkinkan pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan). Untuk sistem tertutup yang terisolasi, tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, karenanya, perubahan energi dalam = 0. Persamaan ini juga berlaku untuk sistem terbuka jika kita memperhitungkan perubahan energi dalam sistem akibat adanya penambahan dan pengurangan jumlah zat (Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi antara sistem tersebut dengan lingkungan).

Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan Hukum Kekekalan Energi dan ketepatannya telah dibuktikan melalui banyak percobaan (seperti percobaan om Jimi Joule). Perlu diketahui bahwa hukum ini dirumuskan pada abad kesembilan belas, setelah kalor dipahami sebagai energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

Energi dalam merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung. Yang kita analisis dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika hanya perubahan energi dalam saja. Perubahan energi dalam bisa diketahui akibat adanya energi yang ditambahkan pada sistem dan energi yang dilepaskan sistem dalam bentuk kalor dan kerja. Jika besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung, maka besaran yang menyatakan keadaan makroskopis bisa diketahui secara langsung. Besaran yang menyatakan keadaan makroskopis adalah suhu (T), tekanan (p), volume (V) dan massa (m) atau jumlah mol (n). Ingat ya, Kalor dan Kerja hanya terlibat dalam proses perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor dan Kerja bukan merupakan besaran yang menyatakan keadaan sistem.

Aturan tanda untuk Kalor (Q) dan Kerja (W)

Aturan tanda untuk Kalor dan Kerja disesuaikan dengan persamaan Hukum Pertama Termodinamika. Kalor (Q) dalam persamaan di atas merupakan kalor yang ditambahkan pada sistem (Q positif), sedangkan Kerja (W) pada persamaan di atas merupakan kerja yang dilakukan oleh sistem (W positif). Karenanya, jika kalor meninggalkan sistem, maka Q bernilai negatif. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada sistem, maka W bernilai negative.

sistem tsrbuka dan tertutup dalam termodinamika

Sistem (system) didefinisikan sebagai sesuatu yang diperhatikan atau dipelajari. Daerah di luar sistem disebut lingkungan (surrounding), sedangkan batas antara sistem dan lingkungan disebut batas sistem (system boundary). Sistem dapat dibedakan menjadi sistem tertutup (close system) dan sistem terbuka (open system).

Sistem tertutup atau biasa dikenal sebagai kontrol massa, terdiri dari sejumlah massa dan tidak ada massa yang melewati batas sistem (system boundary). Meskipun tidak ada perpindahan massa yang masuk dan keluar sistem, tetapi panas atau kerja masih dapat keluar-masuk sistem. Apabila terdapat kondisi sistem tertutup yang tidak mengijinkan energi atau panas untuk keluar-masuk sistem, sistem itu disebut sistem terisolasi (isolated system). Contoh dari sistem tertutup adalah piston pada sepeda motor.

Sistem terbuka (open system) atau biasa disebut kontrol volume (control volume) adalah daerah yang dipilih untuk dipelajari, yang masih bisa dialiri oleh massa (baik masuk ataupun keluar). Beberapa contoh dari sistem terbuka adalah nozzle, difuser, water heater, dan lain sebagainya.

fluida dan sifat-sifatnya

Fluida ada 2 macam: cairan dan gas. Watak dari fluida adalah mengalir, mengisi ruangan yang mewadahinya. Beberapa diantara sifat-sifat fluida adalah:

1.Densitas (massa jenis) dan berat spesifik: Densitas adalah massa per satuan volume, sedangkan berat spesifik adalah berat per satuan volume.

2. Tekanan: Dalam hal ini, ada tekanan absolut dan ada juga tekanan alat ukur (gauge pressure). Yang disebut terakhir tidak lain adalah tekanan absolut dikurangi tekanan atmosfir (1 atm). Tekanan fluida biasanya diukur dengan manometer (cairan) atau barometer (gas).

3. Temperatur (suhu), panas spesifik (specific heat), konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal: Panas spesifik adalah jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan satu satuan massa sebesar satu derajat. Konduktivitas termal menunjukkan kemampuan fluida untuk menghantarkan (mengkonduksikan) panas. Sedangkan koefisien ekspansi termal menghubungkan antara temperatur dan densitas pada tekanan konstan.

4. Compressibility: Dalam hal ini, fluida bisa dibagi menjadi compressible fluid dan incompressible fluid. Secara umum, cairan bersifat compressible sedangkan gas bersifat incompressible. Kemampuan suatu fluida untuk bisa dikompresi biasanya dinyatakan dalam bulk compressibility modulus.

Istilah compressible fluid dan incompressible fluid hendaknya dibedakan dengan istilah compressible flow dan incompressible flow. Compressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya tidak berubah didalam medan aliran (flow field), misalnya aliran air. Sedangkan incompressible flow adalah aliran dimana densitas fluidanya berubah didalam medan aliran, misalnya aliran udara.

5. Viskositas: menunjukkan resistensi satu lapisan untuk meluncur (sliding) diatas lapisan lainnya. Definisi lain dari viskositas dikaitkan dengan ada tidaknya geseran (shear). Dengan demikian, viskositas berhubungan langsung dengan besarnya friksi dan tegangan geser yang terjadi pada partikel-partikel fluida. Dalam hal ini, fluida bisa dibedakan menjadi viscous fluid dan inviscid fluid (kadangkala disebut juga nonviscous fluid atau frictionless fluid). Sebetulnya, semua fluida pasti memiliki viskositas betapapun kecilnya. Namun ketika viskositasnya sangat kecil dan bisa diabaikan, maka biasanya diasumsikan sebagai inviscid fluid.

Fluida yang berada didalam lapis batas (boundary layer) biasanya diperlakukan sebagai viscous, sedangkan fluida yang berada diluar lapis batas diperlakukan sebagai inviscid. Fluida yang berada dalam lapis batas, sebagai akibat dari sifat viskositasnya, akan membentuk gradien kecepatan.

Pada fluida Newtonian, gradien kecepatan berubah secara linier (membentuk garis lurus) terhadap besarnya tegangan geser. Sebaliknya, pada fluida non-Newtonian, hubungan antara gradien kecepatan dan besarnya tegangan geser tidaklah linier.

6. Tegangan permukaan (surface tension): adalah besarnya gaya tarik yang bekerja pada permukaan fluida (cair). Definisi lainnya adalah: intensitas daya tarik-menarik molekular per satuan panjang pada suatu garis manapun dari permukaan fluida. Dimensi dari tegangan permukaan adalah gaya per panjang. Contoh bagaimana efek dari tegangan permukaan adalah, jika sebuah pisau silet diletakkan secara perlahan diatas air maka pisau silet tersebut tidak akan tenggelam akibat adanya tegangan permukaan air.

gas ideal

Tekanan Pada Gas Ideal

tekanan gas ideal berlaku hukum boyle yang menyatakan baha pada  jumlah mol dan sushu tetap, volume akan berbanding terbalik dengan tekanan gas. Persamaan tekanan gas ideal dirumuskan sebagai berikut

dengan

N = banyaknya partikel gas = 6,02 x 10²³

m = massa dari 1 partikel gas (Kg)

v = kecepatan gerak partikel gas (m/s)

V = volume gas (m³)

P = tekanan gas ideal (N/m²)

oleh karena kita tahu bahwa energi kinetik dirumuskan Ek = ½ mv² maka persamaan di atas dapat diubah menjadi

dengan Ek = Energi kinetik gas (satuan joule).

Persamaan Gas Ideal

Dalam gas ideal berlaku 3 hukum tentang kinetika gas yaitu

Hukum Boyle : V  ∝ 1/P (n dan T tetap)

Hukum Charles : V ∝ T ( n dan P konstan)

Hukum Avogadro V ∝ n ( P dan T tetap)

Dari ketiga hukum di atas, dapat dikatakan volume gas berbanding langsung terhadap jumlah gas dan suhu dan berbanding terbalik terhadap tekanan, dirumuskan persamaang gas ideal

atau

N = jumlah partikel gas

n = jumlah mol gas

R = tetapan gas umum 8,31 x 10³M/mol K

k = tetapan Boltzman = 1,38 x 10^-23 J/K

untuk menentukan jumlah mol gas (n) sobat dapat menggunakan 2 alternatif rumus berikut

atau 

No = bilangan avogadro 6,02 x 10²³

Mr = massa molekul relatif gas

m = masa partikel gas

Densitas, Volume Spesifik dan Berat Spesifik

 Rapat massa (density) didefinisikan sebagai massa per satuan volume. Sedangkan volume spesifik (specific Volume) adalah volume dibagi satuan massa.

Untuk nilai yang sangat kecil, rapat massa (density) dapat dirumuskan menjadi :

Secara umum, rapat massa (density) bergantung pada suhu dan tekanan. Rapat massa dari kebanyakan gas adalah sebanding dengan tekanan dan berbanding dengan suhu. Terkadang rapat massa suatu zat harus dibandingkan dengan rapat massa benda lain, perbandingan ini disebut gravitasi spesifik (specific gravity) atau rapat massa relatif (relative density). Definisi lebih jelas dari gravitasi spesifik adalahrasio dari rapat massa suatu substansi terhadap rapat massa substansi standar pada suhu tertentu (biasanya 4 derajat Celcius).

Perhatikan bahwa gravitasi spesifik tidak berdimensi (tidak memiliki satuan). Akan tetapi pada standar internasional (SI), besaran gravitasi spesifik dapat diberi satuan sesuai dengan besaran rapat massanya, contohnya : g/cm^3.

Selain volume spesifik (volume specific) dan gravitasi spesifik (specific gravity), terdapat besaran spesifik yang biasa digunakan, yaitu berat spesifik. Berat spesifik (specific weight) ini didefinisikan sebagai perkalian antara rapat massa dan gravitasi dari suatu substansi.

komdisi umum kesetimbangan dan kesepontanan

kondisi reversibel adalah suatu kondisi kesetimbangan; dari definisi persamaan dS, kondisi reversibel adalah TdS = dQrev (1.1)

Karena itu persamaan (1.1) adalah kondisi kesetimbangan. Kondisi yang terletak pada suatu perubahan keadaan kesetimbangan adalah ketidaksamaan Clausius, yang ditulis dalam bentuk
TdS >dQ (1.2)

Perubahan irreversibel adalah perubahan nyata atau perubahan alamiah atau perubahan spontan. Kita menghubungkan perubahan alamiah sebagai perubahan spontan, dan ketidaksamaan (1.2) sebagai kondisi kespontanan. Dua hubungan persamaan (1.1) dan (1.2) dapat dikombinasikan menjadi
TdS ≥ dQ (1.3)

Dimana tanda ‘samadengan’ menyatakan suatu harga reversibel dQ. Dengan menggunakan hukum pertama termodinamika dalam bentuk dQ = dU + d W, hubungan dalam (1.3) dapat ditulis
TdS ≥ dU + dW
atau
─dU ─ dW + TdS ≥ 0 (1.4)
Kerja memasukkan semua jenis; dW =PopdV + d Wa. Harga dW ini membawa hubungan (1.4) menjadi
─dU ─ PopdV ─ dWa + TdS ≥ 0 (1.5)
Kedua hubungan (1.4) dan (1.5) menyatakan kondisi kesetimbangan (=) dan kespontanan (>) untuk suatu transformasi yang berkaitan dengan perubahan sifat sistem dU, dV, dS dan jumlah kerja dW atau dWa.
1.2 Kondisi Kesetimbangan dan Kespontanan dalam Batasan 1.2.1 Transformasi dalam sistem terisolasi
Untuk sistem terisolasi, dU = 0, dW = 0, dQ = 0; jadi hubungan (1.4) menjadi dS ≥ 0 (1.6) Dari hubungan (1.6) sistem terisolasi pada kesetimbangan harus memiliki temperatur yang sama dalam semua bagian. Diasumsikan sistem terisolasi dibagi menjadi 2 bagian, a dan b. Jika jumlah positif panas, dQrev, berlangsung reversibel dari bagian a ke b, diperoleh
dS α=−dQrev Tα
dan dS β=dQrev T β Perubahan total entropi adalah dS = dS a + dSb = ( 1T β−1Tα )dQrev
Jika aliran panas terjadi spontan, maka dengan hubungan (1.6) dS > 0. Karena dQrev positif, yang
berarti ( 1T β−1Tα ) > 0 atau Ta >Tbyang berarti panas mengalir secara spontan dari daerah temperatur lebih tinggi, a, ke temperaturlebih rendah, b. Lebih jauh pada kesetimbangan dS = 0, memerlukan
Ta =Tb Ini adalah kondisi kesetimbangan termal; suatu sistem dalam kesetimbangan harus memiliki temperatur yang sama dalam keseluruhan bagian.

kalor laten dan jenis-jenis kalor laten

Pengertian kalor laten

Jika suatu benda diberi kalor, apa yang akan terjadi dengan benda tersebut ? iya benar sekali benda yang diberi kalor akan mengalami kenaikan suhu. Kalor yang dberikan atau dilepaskan oleh suatu benda menyebabkan perubahan suhu pada benda tersebut. Selain mempengaruhi suhu benda, kalor juga dapat mempengaruhi wujud benda. Apa yang akan terjadi jika es batu di diamkan di tempat terbuka ?tentu saja es batu tersebut akan mencair dan berubah wujud menjadi air. Itulah salah satu contoh pengaruh kalor terhadap wujud benda. 

Kalor laten di definisikan sebagai kalor yang diperlukan oleh satu kilogram zat untuk berubah wujud. Kalor latn juga disebut kalor tersembunyi.

Jenis-jenis kalor laten :

a. Kalor uap

Kalor uap didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi gas. 

Kalor uap dapat dirumuskan :

Quap = m . Lv

Dimana :

Quap = kalor yang diperlukan (J)

m = masa benda (kg)

Lv = kalor uap (J/kg)

b. Kalor embun

Kalor embun didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari gas menjadi cair.

Kalor embun dapat dirumuskan :

Qembun = m . Lv

Dimana :

Qembun = kalor yang dilepaskan (J)

m = masa benda (kg)

Lv = kalor embun (J/Kg)

c. Kalor lebur

Kalor lebur didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari padat menjadi cair.

Kalor uap dapat dirumuskan :

Qlebur = m . Lf

Dimana :

Qlebur = kalor yang diperlukan (J)

m = masa benda (kg)

Lv = kalor lebur (J/kg)

d. Kalor beku

Kalor beku didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi padat

Kalor embun dapat dirumuskan :

Qbeku = m . Lf

Dimana :

Q = kalor yang diperlukan (J)

m = masa benda (kg)

Lf = kalor beku (J/kg)

Besarnya kalor lebur yang dimiliki sebuah benda besarnya sama dengan kalor bekunya, begitupun dengan kalor uap yang dimiliki oleh sebuah benda besarnya sama dengan kalor embunnya, dapat dituliskan :

Qbeku = Qlebur dan Quap = Q embun.

Besar kecilnya kalor laten sebuah benda selain dipengaruhi oleh massa benda juga dipengaruhi oleh titik didih dan titik beku benda tersebut.

Demikianlah sekilas tentang pengertian kalor laten dan jenis-jenis kalor laten, semoga bermanfaat.