Bagaimana Prinsip Kerja Panci Presto

Panci presto atau pressure cooker dikenal sebagai alat masak untuk membuat masakan menjadi cepat matang. kenapa bisa cepat matang?

Prinsip yang digunakan pada panci presto adalah kenaikan titik didih. Secara teori, air akan mendidih pada suhu 100 derajat Celsius pada tekanan 1 atmosfer. Karena panci presto terbuat dari bahan stainless yang tebal dan kuat serta mempunyai tutup yang rapat, maka uap air yang yang dihasilkan saat proses pendidihan tidak mungkin keluar dan hanya  terkumpul dalam panci presto. Air yang terkumpul inilah yang membuat tekanan air dalam panci presto naik, yang menyebabkan temperatur didihnya juga naik menjadi >100 derajat Celsius. Tekanan berbanding lurus dengan Temperatur. Hukum Gas Ideal: PV = nRT J

Oleh karena itu, panci presto mampu melunakkan daging maupun tulang (atau duri) yang sedang dimasak dalam waktu yang relatif lebih singkat. Sebagai pengaman, maka pada panci presto terdapat katup pengaman yang berfungsi untuk melepaskan tekanan uap pada saat berlebihan. 

Cara Kerja Mesin Diesel

cara kerja mesin otto

Car Air Conditioning dan cara fungsi kerjanya

Prinsip Kerja Kulkas

Kulkas menjadi salah satu kebutuhan yang krusial bagi rumah tangga masyarakat Indonesia di masa sekarang. Kulkas umumnya digunakan untuk menyimpan bahan makanan mentah, sayur-sayuran, buah-buahan, minuman kaleng, dan es krim agar tidak membusuk, tahan lama, dan tetap terjaga awet di dalam suhu yang telah dikondisikan.

Bila dikategorikan secara umum, ada 9 komponen utama dalam kulkas dengan fungsinya masing-masing, yaitu:

1. Kompresor

2. Kondensor

3. Filter

4. Evaporator

5. Thermostat

6. Heater

7. Fan Motor

8. Overload Motor Protector

9. Bahan Pendingin

Penjelasan:

1. Yang pertama adalah Kompresor, merupakan unsur terpenting yang berfungsi untuk memompa bahan pendingin ke seluruh bagian.

2. Selanjutnya adalah Kondensor, berfungsi sebagai alat penukar kalor dalam proses perubahan wujud gas bahan pendingin, yang pada suhu dan tekanan tinggi diubah menjadi wujud cair.

3. Lalu ada Filter, yang berfungsi sebagai penyaring kotoran yang mungkin terbawa masuk aliran pendingin ke kulkas setelah proses sirkulasi.

 4. Ada Evaporator, memiliki fungsi untuk menyerap kalor dari benda yang dimasukkan, kalor yang sudah terhisap akan mendinginkan bahan makanan itu.

5. Komponen kelima adalah Thermostat, berperan sebagai pengatur kerja kompresor secara otomatis berdasar pada batasan suhu di setiap bagian kulkas.

6. Lalu ada Heater, berguna untuk mencairkan bunga es yang terbentuk di dalam evaporator.

7. Selanjutnya ada Fan Motor, digunakan untuk menghembuskan udara dingin dari evaporator ke seluruh bagian kulkas dan mendorong udara melalui kompresor.

8. Lalu ada Overload Motor Protector, berguna sebagai pelindung komponen #listrik dari kerusakan apabila arus listrik yang dihasilkan kompresor melebihi normal.

9. Komponen terakhir adalah Bahan Pendingin (Refrigerant), berwujud sebagai zat yang mudah diubah bentuknya dari wujud gas menjadi wujud cair, atau sebaliknya.

Nah, sekarang kita masuk ke bagian yang lebih seru. Bagaimana prinsip kerja dari kulkas?

Semua berawal dari Hukum Termodinamika. Hukum Termodinamika berlaku untuk prinsip kerja lemari es. Seperti yang kita ketahui, energi panas selalu bergerak menuju ke daerah yang lebih dingin. Bagaimana lemari es bisa melakukan hal yang sebaliknya? Mengalirkan energi panas dari dalam ke udara yang lebih hangat di luar?

Meskipun memiliki cara kerja yang berlawanan, prinsip kerja lemari es masih berhubungan erat dengan hukum perpindahan kalor. Sebuah lemari es harus melakukan tugas untuk membalikkan arah normal aliran energi panas. Tugas itu melibatkan penggunaan energi yang bertujuan untuk memindahkan sesuatu, dan untuk melakukannya sebuah lemari es membutuhkan energi. Dalam kasus ini, energi itu disediakan oleh listrik.

Kunci proses kulkas dan sistem pendingin lain agar dapat bekerja terdapat pada refrigeran. Refrigeran ialah zat semacam Freon yang bertitik didih rendah sehingga dapat memfasilitasi perubahan bentuk antara cair dan #gas. Sebagai cairan, refrigeran berperan dalam penyerapan energi panas dari udara dingin di dalam lemari es untuk diubah menjadi gas.

Jadi pertama-tama, energi panas ditransfer ke dalam lemari es untuk menjadi cairan dingin yang melewati sebuah mesin evaporator. Lalu referigeran, yang sudah dibahas sebelumnya, menyerap energi panas agar menjadi lebih hangat lalu akhirnya berubah bentuk menjadi gas. Gas yang terbentuk sebelumnya, dialirkan melalui compressor agar cairan pendingin memiliki temperatur yang lebih tinggi.

Refrigeran dengan suhu yang lebih tinggi tersebut selanjutnya mengalir melalui kondensor, dimana terjadi transfer #energi panas ke kumparan pendingin kondensor. Akhirnya, refrigeran tersebut kehilangan energi panasnya dan berubah menjadi energi dingin kembali, serta mengalami peristiwa kondensasi menjadi cairan.

Selanjutnya refrigeran masuk ke tabung Ekspansi, dimana merupakan tempat yang memiliki ruangan untuk menyebarkan cairan keluar dalam rangka menurunkan suhu menjadi lebih rendah. Cairan dingin hasil refrigeran tersebut kemudian mengalir kembali ke evaporator. Selanjutnya siklus itu kembali berulang.

Prinsip Kerja Air Conditioner

Pernah berada didalam ruangan dengan kondisi nyaman, sejuk, dan agak-agak dingin sedikit…? Tentu saja pernah jika berada di Bank, Rumah Sakit Swasta, dll. Namun setelah keluar dari ruangan, suasananya jelas sangat berbeda bukan.. Tentu ini semua tidak terlepas dari peranan yang namanya Air Conditioner (AC). Terlebih lagi bagi Anda yang sekarang tinggal di daerah perkotaan besar.

Air Conditioner (AC) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk pengkondisian udara didalam ruangan. Kok pengkondisian udara? Yaaa.. karena kondisi suhu udara bisa diatur atur sesuai dengan kehendak kita. Tetapi apakah Anda mengetahui bagaimana cara kerja dari AC itu sendiri? Berikut adalah prinsip kerja Air Conditioner (AC) yang sebenarnya punya prinsip sama dengan Lemari Es yang Anda punya di rumah.

Secara garis besar prinsip kerja air conditioner adalah sebagai berikut:

1. Udara di dalam ruangan dihisap oleh kipas sentrifugal yang ada dalam evaporator dan udara bersentuhan dengan pipa coil yang berisi cairan refrigerant. Dalam hal ini refrigerant akan menyerap panas udara sehingga udara menjadi dingin dan refrigerant akan menguap dan dikumpulkan dalam penampung uap.

2. Tekanan uap yang berasal dari evaporator disirkulasikan menuju kondensor, selama proses kompresi berlangsung, temperatur dan tekanan uap refrigerant menjadi naik dan ditekan masuk ke dalam kondensor.

3. Untuk menurunkan tekanan cairan refrigerant yang bertekanan tinggi digunakan katup ekspansi untuk mengatur laju aliran refrigerant yang masuk dalam evaporator.

4. Pada saat udara keluar dari condensor udara menjadi panas. Uap refrigerant memberikan panas kepada udara pendingin dalam condensor menjadi embun pada pipa kapiler. Dalam mengeluarkan panas pada condensor, dibantu oleh kipas propeller.

5. Pada sirkulasi udara dingin terus-menerus dalam ruangan, maka perlu adanya thermostat untuk mengatur suhu dalam ruangan atau sesuai dengan keinginan.

6. Udara dalam ruang menjadi lebih dingin dibanding diluar ruangan sebab udara di dalam ruangan dihisap oleh sentrifugal yang terdapat pada evaporator kemudian terjadi udara bersentuhan dengan pipa/coill evaporator yang didalamnya terdapat gas pendingin (freon). Di sini terjadi perpindahan panas sehingga suhu udara dalam ruangan relatif dingin dari sebelumnya.

7. Suhu di luar ruangan lebih panas dibanding di dalam ruangan, sebab udara yang di dalam ruangan yang dihisap oleh kipas sentrifugal dan bersentuhan dengan evaporator, serta dibantu dengan komponen AC lainnya, kemudian udara dalam ruangan dikeluarkan oleh kipas udara kondensor. Dalam hal ini udara di luar ruangan dapat dihisap oleh kipas sentrifugal dan masuknya udara melalui kisi-kisi yang terdapat pada AC.

8. Gas refrigerant bersuhu tinggi saat akhir kompresi di condensor dengan mudah dicairkan dengan udara pendingin pada sistem air cooled atau uap refrigerant menyerap panas udara pendingin dalam condensor sehingga mengembun dan menjadi cairan di luar pipa evaporator.

9. Karena air atau udara pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka air atau udara tersebut menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Uap refrigerant yang sudah menjadi cair ini, kemudian dialirkan ke dalam pipa evaporator melalui katup ekspansi. Kejadian ini akan berulang kembali seperti di atas.

Alat pada AC itu terdiri dari pompa compressor, evaporator, penukar panas, dan katup pemuaian dan prinsip kerja siklus pendinginan udara

Dan sebagai cairan yang bersifat sebagai penghantar dari kalor yang terdapat pada udara adalah freon (diantaranya CCl2F2).

Pompa dijalankan oleh motor listrik pada kompressor sehingga menarik uap freon yang keluar dari pembeku, memampatkannya (menaikkan tekanan) dan meneruskannya ke penukar pasa pada tekanan tinggi. Sekarang suhu uap freon menjadi lebih besar dari pada suhu udara di sekitar penukar panas, sehingga uap freon akan melepaskan kalornya ke udara sekitarnya dan uap freon mengembun menjadi cair. Bukti dari pelepasan kalor ke udara sekitarnya adanya tangan anda merasa panas ketika mendekatkan tangan ke sirip-sirip penukar panas pada bagian belakang AC. Freon cair yang keluar dari kondensor menuju ke katup pemuaian. Disini, freon cair memuai dan kelajuan pemuaiannya diatur oleh katup pemuaian. Akibat pemuaian, freon cair akan menyerap kalor dari udara yang ada di dalam AC, sehingga udara tersebut mendingin, sedangkan freon cair menguap. Uap freon yang keluar dari pembeku kemudian ditarik oleh pompa kompressor untuk mengulangi siklus berikutnya.

Proses tersebut diatas berjalan berulang-ulang sehingga menjadi suatu siklus yang disebut siklus pendinginan pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari udara dan membebaskan kalor ini ke tempat lain semisal di luar ruangan.

Untuk cara kerjanya sendiri, pada saat AC pertama kali dinyalakan melalui remote, di ruangan yang sepi anda akan mendengar 1 kali bunyi “tek”. Bunyi tersebut menandakan bahwa kompressor mulai bekerja, memompa gas freon dari unit outdoor ke unit evaporator di Indoor untuk kemudian disembur angin oleh kipas ke dalam ruangan. Kemudian komputer di unit Indoor AC akan memberitahukan sensor termometer yang disebut thermostat di unit Indoor agar suhu ruangan tersebut dapat sama dengan suhu yang tertera di remote AC.

Apabila contoh suhu remote disetel di 24 derajat, dan suhu ruangan sudah mencapai 24 derajat maka akan lagi terdengar bunyi “tek” lagi dimana kompressor AC akan mati dan AC di ruangan hanya akan menyemburkan angin saja karena gas freon tidak lagi dipompa dari unit outdoor ke unit indoor. Pada kondisi ini pemakaian listrik akan sangat kecil karena praktis listrik yang dibutuhkan hanya untuk kipas atau fan, thermostat, dan lampu-lampu pada Indoor AC.

Kemudian pada saat suhu ruangan naik menjadi 25.1 (dua puluh lima koma satu) derajat, kompressor akan kembali menyala dimana anda akan mendengar lagi bunyi “tek”. Hal ini akan terjadi berulang-ulang selama AC dinyalakan.

Kondisi kompressor AC yang menyala dan mati ini hanya dapat terjadi pada saat suhu remote tercapai. Oleh sebab itu, sebaiknya anda tidak menyetel suhu remote AC di 16 derajat. Karena ruangan anda tidak akan mencapai suhu 16 derajat.

Ada baiknya agar anda selalu memasang suhu remote di minimal 22-23 derajat, dimana kondisi ruangan di suhu ini masih ada kemungkinan tercapai pada dini hari atau subuh sekitar pukul 03.00 atau 04.00. Hal ini akan berdampak langsung pada tagihan listrik anda per bulan. semakin sering kompressor AC dapat beristirahat, semakin hemat jugalah pemakaian listrik di rumah anda.

Cara Kerja Termos

Menurut Teori Pertukaran dari Henry Prevost Babbage (1824 – 1918) bahwa benda yang lebih dingin selalu menyerap gelombang panas dari benda yang lain sampai keduanya mempunyai temperatur yang sama. Didasarkan pada teori ini maka teh yang panas ataupun dingin dalam termos akan kehilangan panas atau menyerap panas dari tempatnya. . Namun, termos sudah didesain agar bisa menghambat ketiga cara panas dapat berpindah: konduksi, konveksi, dan radiasi

Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik. Bahan adiabatik secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur. Dengan menggunakan bahan adiabatik ini termos mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya.   Dan suhu air tidak terkontaminasi dengan suhu lingkungannya

Termos air terbuat dari tabung kaca yang berongga dan berwarna putih mengikap (spt cermin).  Susunannya yang paling dalam adalah kaca tersebut, kemudian ada celah udara dan terakhir dinding termos. jadi antara didnding termos dengan tabung ada lapisan udara.

Elemen utama termos air adalah tabung kaca yang hampa udara di sekeliling termos tersebut (seperti gelas, tapi pinggirnya tebal & hampa udara di tengahnya bukan solid/pejal seperti pinggiran gelas). Sedangkan penutup luarnya (biasanya terbuat dari aluminium) berfungsi sebagai isolator antara tabung kaca dengan udara sekitar.    

Prisip kerjanya kalor yang masuk dalam tabung tidak bisa merambat keluar karena dihambat oleh kaca yang mempunyai warna putih dan mengkilap (warna putih dan mengkilap itu menyerap sedikit kalor dibandingkan dgn warna gelap), kemudian kalor dihambat oleh celah yg hampir hampa udara pada tabung kaca, setelah itu masih dihambat lagi sama celah udara antara tabung dan dinding (karena udara adalah penghantar panas yg kurang baik) dan terakir adalah panas dihambat keluar oleh dinding termos yg biasa terbuat dari  plastik atau logam perak  yang penghantar panasnya kurang baik .

Dimana Termos dibuat dari kaca yang berdinding rangkap, diantara dinding itu dibuat hampa udara dan salah satu dindingnya dilapisi oleh lapisan yang mengkilap (perak). Di termos terdapat dua dinding kaca, yang masing-masing dibuat mengilap. Bagian dalam dibuat mengkilap agar kalor dari air panas tidak diserap oleh dinding. Sedangkan bagian luar dinding kaca dibuat mengilap dan dilapisi dengan perak, tujuannya agar tidak terjadi perpindahan kalor secara radiasi. Dengan kata lain, radiasi panas yang dipancarkan oleh air dapat ditahan oleh dinding dalam termos yang terbuat dari bahan mengkilap ini. Dengan demikian, air panas tersebut dapat bertahan dalam termos ini dalam beberapa hari.Diantara dinding termos dibuat ruang hampa udara, Ruang hampa udara disini digunakan untuk mencegah perpindahan kalor secara konveksi. Sedangkan  tutup termos dibuat dari

             Kesimpulannya, dengan adanya dinding luar dan dalam pada termos tersebut suhu di dalam termos tetap terjaga karena hampa udara menghambat perambatan panas melalui udara.dan panas air tak bisa merambat keluar baik secara konveksi maupun konduksi.

 Jadi, prinsip kerjanya termos air adalah sebagai isolator atau pencegah berpindahnya panas dari air keudara luar. Karena tekanan udara luar untuk daerah tinggi memang lebih rendah di bandingkan di daerah dataran rendah, sehingga molekul air lebih mudah terlepaske udara menjadi uap (mendidih). Waktu memasak air di dataran tinggi air akan mudah mendidih, karena titik didih zat cair di pengaruhi oleh tekanan udara di atas permukaan zat cair. Semakain keciltekanan udara diatas permukaan zat cair, maka semakin rendah titik didih zat cair tersebut di daerah dataran tinggi atau pegunungan, tekanan udaranya lebih kecil di bandingkan tekanan udara di dataran rendah, shingga titik didih di daerah datarantinggi atau pegunungan lebih rendah dari daerah dataran tinngi.  Karena titik didih di dataran tinggi lebih rendah maka air akan lebih cepat mendidih.

SEJARAH PENEMUAN TERMOS

                      Termos Vacuum Flash adalah alat bantu komponen yang mempunyai fungsi untuk menyimpan air, disini menyimpan air tidak hanya menyimpan air biasa tetapi juga menjaga suhu air agar tetap. Contohnya bila diisi air panas maka suhu air dalam termos akan tetap tinggi karena panas tidak bisa merambat pada dinding termos.

      

         Penemuan vacuum flask (tabung hampa udara) oleh Sir James Dewar di OxfordUniversity menjadi cikal bakal penemuan termos tempat menyimpan air panas dan dingin untuk minuman. Penemuan yang di ciptakan secara tidak sengaja ini menjadi produk hotter atau cooler bagi produk minuman di dunia. James Dewar lahir pada tanggal 20 September 1842 di Kincardineon-Fourth, Scotlandia. Ia dibesarkan dari keluarga berprofesi sebagai pedagang anggur. Semenjak kecil dan dewasa ia tinggal di kota kelahirannya. Setelah lulus dari bangku sekolah, ia melanjutkan pendidikan ke Universitas Edonburgh dan m,enjadi murid ilmuan kimia Lyon Playfair. Pada tahun 1869, setelah lulus kuliah ia melanjutkan karir intelektualnya menjdi dosen di Royal College Veteriner. Selain mengajar, ia juga sering mealkukan penelitian. Sebagian karya penelitiannya lebih banyak dilakukan di Inggris karena fasilitas untuk percobaan jauh lebih baik dari pada di Negara kelahirannya. Dewar pun mendapatkan gelar professor di bidang kima dari Royal College Veteriner,London. Pada tahun 1904, Dewar melakukan penelitian bersama dengan John Fleming, ahlikimia pada University College London. Keduanya meneliti daya tahan elektris pada suhu-200 dan 200 derajat Celsius. Keduanya memprediksikan daya tahan itu hilang pada-273,15 derajat Celsius.

         Teori ini lantas dikenal sebagai teori superkonduktivitas. Pada saat mengerjakan projek itulah secara tak sengaja ia menemukan tabung hampa udara. Tabung itu menggantikan bejana yang selama ini terbuat dari kaca. Awalnya, penemuan termos merupakan adaptasi dari tabung hampa udara yangdigunakan untuk pengiriman dan penyimpanan gas cair. Namun, Dewar melihat peluang lain dari temuannya itu. Ia kemudian mengembangkan tabung hampa udaranya menjadi sebuah termos yang mampu mempertahankan suhu dingin dan panas

       Thermos flask yang berbentuk botol terbuat dari kaca berdinding rangkap, ruang diantara kedua dinding dibuat hampa dan satu dinding dalam ruang hampa ini dilapisi perak. Dengan dinding semacam ini, isi di dalam termos tidak dapat dipengaruhi oleh perubahan -perubahan keadaan di luar.Pada termos terdapat dinding kaca yang bagian dalam dan bagian luarnya dibuatmengilap. Bagian dalam kaca dibuat mengilap agar kalor dari air panas tidak terserap pada dinding. Sementara itu, bagian luar dinding kaca dibuat mengilap berlapis perak agar tidak terjadi perpindahan kalor secara radiasi. Ruang hampa di antara bagian dalamdan luar berfungsi mencegah perpindahan kalor secara konveksi. Tutup termos terbuatdari bahan isolator, seperti gabus, mencegah terjadinya perpindahan kalor secara konduksi.Pada tahun 1904 temuan brilian Dewar ini diproduksi secara komersial dengan pendirian perusahaan Thermos GmbH. Meski begitu.James Dewar meninggal tahun 1923 saat berusia 80 tahun di London, Inggris.Sampai akhir hayatnya, ia dikenal sebagai peneliti yang banyak menciptakan penemuan.

Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat termos antara lain adalah :

1.      Tabung kaca yang hampa udara berguna agar udara tidak bisa kontak atau bersentuhan langsung dengan air panas.

2.      Stereo foam, berguna untuk melindungi tabung kaca agar tidak kontak langsung denganudara sekitar, hal ini karena masih ada transfer kalor (panas) dari air panas ke tabung kaca.

3.      Tutup termos juga sebagai isolator.

4.      Casing termos yang digunakan sebagai pengaman.

Cara Membuat Hidrolik Sederhana

Alat-alat yang digunakan

a.Kayu

b.Selang

c.Palu

d.Tang

e.Kikir

f.Paku

g.Gergaji

h.Cutter

i.Suntikan

2.Bahan-bahan yang digunakan

a.Lem kayu

b.Stik es krim

c.SolasiI

DESAIN ALAT/GAMBAR ALAT PERAGA

CARA PEMBUATAN ALAT

1.Menyiapkan alat dan bahan

2.Mengisi kedua suntikan dengan air.

3.Memasang selang pada masing masing ujung suntik

4.Menyusun stik es krim sebagai lengan alat. Lalu memasukkan suntik pertama (agar lengan dapat bergerak naik turun) ke tengah lengan.

5.Merangkai stik es krim berbentuk  pencapit pada ujung lengan.

6.Merangkai stik es krim untuk tiang / penyangga.

7.Memasang lengan pada penyangga.

8.Memasukkan suntik yang berada di lengan ke tiang penyangga.

9.Memasang suntik kedua ke bagian atas lengan, lalu merekatkannya dengan isolasi.

10.Memasang alat tersebut ke pondasi / dasar yang terbuat dari kayu.

Prinsip kerja

Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Minyak mineral umum dipergunakan sebagai media. Dengan prinsip mekanika fluida yakni hidrostatik (mekanika fluida yang diam/statis, teori kesetimbangan dalam cairan), hidrolik diterapkan.      

Dalam alat ini apabila suntikan pertama ditekan maka fluida akan mengalir dan mengikuti selang lalu akan mendorong suntikan yang terhubung dengan  lengan, maka lengan akan bergerak naik turun. Lalu apabila suntikan kedua ditekan fluida akan mengalir mengikuti arah selang dan suntikan yang berada di atas lengan akan terdorong  dan pencapit pun akan bergerak.

Prinsip kerja turbin uap

Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.

Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.

Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika  suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.

Soal-Soal

1. Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda pada suhu T Kelvin adalah 6000 Å. Jika suhu benda naik hingga menjadi 3/2 T Kelvin , tentukan panjang gelombang radiasi maksimum benda!

A. 6000 Å

B. 5000 Å

C. 4000 Å

D. 3500 Å

E. 2700 Å

2. Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!

A. 340,2 joule/s

A. 330,2 joule/s

B. 320,9 joule/s

C. 310,8 joule/s

D. 300,3 joule/s

3. Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

A. 20000 watt

B. 19200 watt

C. 18800 watt

D. 17200 watt

E. 16200 watt

4. Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah.....

A. 8,898 X 10−6 M

B. 9,348 X 10−6 M

C. 9,752 X 10−6 M

D. 10,222 X 10−6 M

E. 11,212 X 10−6 M

5. Frekuensi cahaya tampak 6 . 1014 Hz. Jika h = 6,625 . 10-34 J.s, maka besar energi fotonnya adalah...

A. 1,975 . 10-17 Joule

B.  2,975 . 10-18 Joule

C. 3,975 . 10-19 Joule

D. 4,975 . 10-19 Joule

E. 5,975 . 10-19 Joule

jawaban

1.             Pembahasan

Diketahui :

T1 = T Kelvin

T2 = 3/2 T Kelvin

λmaks 1 = 6000 Å

Ditanya : λmaks 2 = ....?

Penyelesaian

λmaks 2 T_2   = λmaks 1 T_1

λmaks 2 (3/2 T)  = 6000 Å (T)

     λmaks 2 = (2/3)  x 6000 Å = 4000 Å

Jawaban : C

2.     Pembahasan

Diketahui :

σ = 5,67 x 10−8 W/mK4

T = 727oC = 1000 K

e = 0,6

A = 100 cm2 = 100 x 10−4 = 10−2

Ditanya: P=…..?

Penyelesaian :

Laju energi rata-rata :

Jawaban : A

3.     Pembahasan

Diketahui :

T1 = 227oC = 500 K

T2 = 727oC = 1000 K

P1 = 1200 watt

Ditanya P2=……?

Penyelesaian:

Daya radiasi yang dipancarkan sekarang :

Jawaban : B

4.     Pembahasan

Diketahui :

T = 37oC = 310 K

C = 2,898 x 10−3 m.K

Ditanya :

λmaks = ....?

Penyelesaian :

λmaks T              = C

λmaks (310)       = 2,898 x 10−3

λmaks                  = 9,348 x 10−6 m

Jawaban : B

5.     Pembahasan:

Diketahui:

f = 6 . 1014 Hz

h = 6,625 . 10-34 J.s

n = 1

Ditanya: E =…………?

Jawab:

E = n . h . f = 1 . 6,625 . 10-34 J.s . 6 . 1014 Hz

E = 3,975 . 10-19 joule

Jawaban : C

2. Radiasi Energi yang Dipancarkan Manusia

Penerapan radiasi benda hitam juga dapat diterapkan pada benda-benda yang tidak berada dalam kesetimbangan radiasi. Sebagian besar energi manusia diradiasikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik, khususnya inframerah. Untuk dapat memancarkan suatu energi, tubuh manusia harus menyerap energi dari lingkungan sekitarnya. Total energi yang dipancarkan oleh manusia adalah selisih antara energi yang diserap dengan energi yang dipancarkan.

Dengan memasukkan hukum Stefan-Boltzmann diperoleh totalenergi yang dipancarkan manusia sebagai berikut.

Penerapan Radiasi Benda Hitam 1. Penentuan Suhu Permukaan Matahari

Suhu permukaan matahari atau bintang dapat ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari yang diterima bumi. Dengan menggunakan hukum Stefan-Boltzmann, total daya yang dipancarkan oleh matahari adalah:

PM = I.A

Jika diketahui:

I = e . σ . TM4

A = luas permukaan matahari = 4πRM

e = 1

maka :    PM = e . σ . TM44πRM

Matahari memancarkan daya yang sama ke segala arah. Dengan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil, yaitu:

Keterangan:

PM      : daya yang dipancarkan matahari (watt)

TM      : suhu permukaan matahari (K)

RM      : jari – jari matahari (m)

σTM4  : laju radiasi matahari (watt/m2)

Pabs     : daya yang diserap bumi (watt)

R         : jari-jari bumi (m)

D         :jarak matahari ke bumi (m)

Meskipun bumi hanya menyerap sebagian daya dari matahari, namun bumi mampu memancarkan daya ke segala arah. Besar daya yang dipancarkan bumi adalah:

Keterangan:

Pemt : daya yang dipancarkan bumi (watt)

TB : suhu permukaan bumi (K)

Misalnya bumi berada dalam kesetimbangan termal maka daya yang diserap bumi sama dengan daya yang dipancarkan. Dengan demikian suhu permukaan matahari adalah:

Teori Max Planck

Teori Wien cocok dengan spektrum radaisi benda hitam untuk panjang gelombang yang pendek, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang panjang. Teori Rayleigh-Jeans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombnag yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek. Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam. Inilah dilema fisika klasik di mana Max Planck mencurahkan seluruh perhatiannya.

Teori spektrum radiasi benda hitam Rayleigh dan Jeans yang meramalkan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang rendah (atau dikenal dengan ramalan bencana ultraungu). Ramalan bencana ultraungu dapat dipecahkan oleh teori Planck yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket atau kuanta.

Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan teorinya tentang radiasi benda hitam yang sesuai dengan hasil eksperimen. Planck menganggap bahwa gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator di rongga. Getaran yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan kembali oleh atom-atom. Planck sampai pada kesimpulan bahwa energy yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu. Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta.

Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data hasil eksperimennya. Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck. Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum (foton) sebanding dengan frekuensi radiasinya. Rumusannya adalah:

Keterangan:

E          : Energi Foton (joule)

h          : konstanta Planck (6,626 . 10-34 J.s = 4,136 . 10-15 eV.s)

n          : bilangan kuantum (n = 0, 1, 2, . . ., n)

/f       : frekuensi radiasi (Hz)

E_0=∆E_min=hf

Energi minimum (hf) yang diradiasikan osilator disebut dengan kuantum energi.

Perumusan Rayleigh dan Jeans

Fisika klasik menyatakan bahwa spektra radiasi benda hitam adalah kontinu, dan mereka aggal menjelaskan radiasi benda hitam. Planck justru mengemukakan gagasan baru yang radikal dan bertenteangan dengan fisika klasik, dengan menyatakan bahwa energy radiasi benda hitam adalah terkuantitasi ( diskret ).
Pernyataan radikal inilah yang menandai lahirnya teori kuantum. Karena itu, teori fisiska sebelum tahun 1900 disebut fisika kalsik , sedangkan teori fisika sesudah tahun 1900 disebut fisika modern.
Kurva yang didapatkan dari percobaan sebelumnya merupakan hasil yang empiris, yakni diperoleh dan disimpulkan sebagai hasil pengamatan atau percobaan. Pada masa itu para ilmuwan mencoba mencari penjelasan atas kenyataan empiris tersebut. Pada masa tersebut pula dua ilmuwan, yakni Lord Rayleigh (1842-1919) dan Sir James Hopward Jeans (1877-1946) mencoba menggunakan teori kinetik gas dalam fisika klasik untuk mengolah hasil empiris tersebut.
Menurut fisika klasik mengenai ekuipartisi energi, energi rata-rata setiap derajat kebebasan pada suhu T adalah ½ kT. Maka energi total untuk setiap getaran gelombang menjadi kT, dengan k adalah tetapan Stefan-Boltzmann.
Meskipun mustahil untuk dapat menghitung besarnya kecepatan setiap partikel gas dalam suatu ruang, teori maxwell dapat mengaitkan kecepatan setiap partikel tersebut terhadap banyaknya partikel di dalam suatu kotak dan dijabarkan melalui kurva distribusi Maxwell. Disini Rayleigh-Jeans melihat bahwa kurva yang dijabarkan oleh maxwell serupa dengan hasil yang diperoleh pada intensitas spektrum radiasi kalor Karena sebaran energi kinetik diwakili oleh sebaran kecepatan karena energi kinetik dapat dinyatakan dalam kecepatan. Oleh karena itu mereka beranggapan bahwa ada kemiripan antara sifat panas benda dan radiasi kalor.
 yang kecil berada dalam wilayah panjang gelombang ultraviolet.l mengecil.

Penyimpangan persamaan Rayleigh-Jeans yang sangat jauh ini selanjutnya diberi istilah katastropi ultraviolet karena l mendekati nol. Hal ini sangat menyimpang dari hasil empiris yang menunjukkan bahwa intensitas akan mendekati nol jika l yang mengecil, intensitas akan membesar. Bahkan intensitas akan menuju tak hingga jika l yang besar. Akan tetapi hasil matematis yang didapatkan mereka untuk l mendekati tak hingga maka intensitas akan mendekati nol. Hal ini sesuai dengan hasil empiris untuk l yang membesar, intensitas akan semakin kecil dan jika lBerdasarkan prinsip ekuipartisi energi, persaman matematis yang didapatkan oleh Rayleigh dan Jeans menunjukkan bahwa untuk
Hal tersebut disebabkan mereka beranggapan bahwa energi yang dimiliki oleh setiap spektrum gelombang bersifat kotinu. Artinya, energi gelombang dapat memiliki sembarang nilai dalam batas yang ditentukan. Sehingga didapatkan nilai energi yang mungkin dengan jumlah yang tak terhingga. Dan anggapan tersebut menghasilkan suatu fungsi yang mengakibatkan ketidaksesuaian dengan hasil eksperimen pada panjang gelombang pendek

Hukum Pergeseran Wien

Jika suatu benda misalnya logam dipanaskan terus pada suhu tinggi maka warna pijarnya  berubah mulai dari pijar merah ( kira-kira C ) sampai ke putih 9 kira-kira C ). Bentuk grafik antara intensitas radiasi cahaya terhadap panjang gelombangnya dinamakan grafik , pada berbagai suhu. Untuk suhu yang lebih tinggi , panjang gelombang untuk intensitas maksimum bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek.

Wilhelm Wien pada tahun 1896 menyatakan hukumnya yang dikenal dengan hukum Pergeseran Wien :  Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu.

Bila suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relative dari spectrum cahaya yang dipancarkan berubah. Ini menyebabkan pergeseran dalam warna-warna spectrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda seperti pada gambar

Gambar 2 Grafik Pergeseran Wien

Gambar diatas menunjukkan grafik antara intensitas radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam terhadap panjang gelombang (grafik I –l)  pada berbagai suhu. Total energi kalor radiasi yang dipancarkan adalah sebanding dengan luas di bawag grafik. Tampak bahwa total energi kalor radiasi radiasi meningkat dengan meningkatnya suhu  (menurut hokum Stefan- Bolztman. Energi kalor sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak.

Radiasi kalor muncul sebanding suatau spectra kontinu, bukan spectra diskret seperti garis-garis terang yang dilihat dalam spectra nyala api. Atau garis-garis gelap yang dapat dilihat dalam cahaya matahari (garis Fraunhofer) (Spektra adalah bentuk tunggal spectrum) Sebagai gantinya, semua panjang gelombang hadir dalam distribusi energi kalor yang luas ini.  Jika suhu bendahitam meningkat, panjang gelombang untuk intensitas maksimum (lm) bergeser ke nilai panjang gelombang yang lebih pendek.

Pengukuran spectra benda hitam menunjukkan bahwa panjang gelombang untuyk intensitas maksimum (lm) berkurang dengan meningkatnya suhu, seperti pada persamaan berikut :

Keterangan :

λm = panjang gelombang dengan intensitas maksimum (m)

T = suhu mutlak benda hitam (K)

C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10-3 m K

Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada suhu normal, kita tidak menyadari radiasi elektromagnetik ini karena intensitasnya rendah. Pada suhu lebih tinggi ada cukup radiasi inframerah yang tidak dapat kita lihat tetapi dapat kita rasakan panasnya jika kita mendekat ke benda tersebut.

Gambar 3 Perbandingan grafik I – l antara grafik

Rayleigh-Jeans dan grafik hasil eksperimen

Konsistensi antara Hukum Pergeseran Wien dengan Hukum Stefan-Boltzmann dapat diperiksa dengan menghitung kembali suhu mutlak permuakan matahari. Anggap bahwa puncak kepekaan mata terjadi pada kira-kira 500nm ( cahaya biru kehijauan ) bertepatan dengan  untuk Matahari ( benda hitam ), maka suhu matahari menurut hukum pergeseran Wien adalah