AZAS BLACK

 

Joseph Black (16 April 1728 - 6 Desember 1799) adalah seorang dokter dan ahli kimia Skotlandia, yang dikenal untuk penemuannya panas laten, panas spesifik, dan karbon dioksida. Dia adalah profesor Kedokteran di University of Glasgow (di mana ia juga menjabat sebagai dosen di Kimia). 

James Watt, yang ditunjuk sebagai pembuat instrumen filosofis di universitas yang sama pada 1775, berkonsultasi dengan Black pada percobaan dengan mesin uap skala kecil. Watt dan Black juga bekerja sama dalam sebuah proyek untuk memproduksi natrium hidroksida,. Namun, Black tidak diketahui memiliki kepentingan bisnis dalam proses, yang tidak menikmati sukses komersial bangunan kimia di kedua Universitas Edinburgh dan Universitas Glasgow diberi nama setelah Hitam.

Awal Tahun

        Joseph Black lahir di Bordeaux, Perancis, di mana ayahnya, yang berasal dari Belfast, Irlandia, terlibat dalam perdagangan anggur. Ibunya berasal dari Aberdeenshire, Skotlandia, dan keluarganya juga dalam bisnis anggur.Ia masuk Universitas Glasgow ketika dia berusia delapan belas tahun, dan empat tahun kemudian ia pergi ke Edinburgh untuk belajar medis lebih lanjut.

Keseimbangan Analitis

       Pada sekitar tahun 1750, Joseph Black mengembangkan keseimbangan analitis berdasarkan pada balok ringan seimbang pada titik tumpu berbentuk baji. Setiap lengan membawa panci di mana sampel atau bobot standar ditempatkan. Ini jauh melebihi keakuratan saldo lain waktu dan menjadi instrumen ilmiah penting di sebagian besar laboratorium kimia.

Pada 1757, ia diangkat sebagai Profesor Regius Praktek Kedokteran di University of Glasgow.

Panas Laten

       Pada 1761 Black menyimpulkan bahwa penerapan panas ke es pada titik leleh tidak menyebabkan kenaikan temperatur dari campuran es / air, melainkan peningkatan jumlah air dalam campuran. Selain itu, Black mengamati bahwa penerapan panas ke air mendidih tidak mengakibatkan kenaikan suhu campuran air/uap, melainkan peningkatan jumlah uap. Dari pengamatan tersebut, ia menyimpulkan bahwa panas yang diterapkan harus dikombinasikan dengan partikel es dan air mendidih dan menjadi laten. Teori panas laten menandai awal termodinamika.Black teori panas laten adalah salah satu nya kontribusi ilmiah yang lebih penting, dan satu di mana ketenaran ilmiahnya terutama bersandar. Ia juga menunjukkan bahwa zat-zat yang berbeda memiliki spesifik yang berbeda memanas.

Ini semua terbukti penting tidak hanya dalam perkembangan ilmu pengetahuan abstrak tetapi dalam pengembangan mesin uap.Panas laten air sangat besar dibandingkan dengan banyak cairan lainnya, sehingga memberikan dorongan untuk upaya sukses James Watt untuk meningkatkan efisiensi mesin uap ditemukan oleh Thomas Newcomen. Watt menambahkan kondensor terpisah, dan terus silinder pada suhu uap (dengan melampirkan dalam jaket uap penuh) sehingga menyimpan sejumlah besar energi dalam menghindari pemanasan silinder pada setiap siklus mesin.

Karbondioksida

       Black juga menjelajahi sifat dari gas yang diproduksi dalam berbagai reaksi. Dia menemukan bahwa batu kapur (kalsium karbonat) dapat dibakar atau diberikan asam dan menghasilkan gas yang dia namakan "udara tetap".Dia mengamati bahwa udara tetap lebih padat daripada udara dan tidak mendukung baik nyala atau kehidupan binatang. Black juga menemukan bahwa ketika ditiupkan melalui larutan kapur (kalsium hidroksida), itu akan memicu kalsium karbonat. Dia menggunakan fenomena ini untuk mengilustrasikan bahwa karbon dioksida dihasilkan dari pernapasan hewan dan fermentasi mikroba.

Kehidupan Pribadi

        Pada tahun 1757 atau 1758 Hitam menjadi teman dari James Watt, yang pertama kali memulai studinya pada tenaga uap di Universitas Glasgow pada 1761. Dia memberikan pembiayaan yang signifikan dan dukungan lainnya untuk penelitian awal Watt pada mesin uap. Black juga adalah anggota dari Poker dan terkait dengan David Hume, Adam Smith, dan sastrawan dari Pencerahan Skotlandia. Hitam tidak pernah menikah. Dia meninggal di Edinburgh pada usia 71, dan dimakamkan di sana di Greyfriars Kirkyard. Pada tahun 2011 peralatan ilmiah diyakini milik Hitam ditemukan selama penggalian arkeologi di University of Edinburgh.

Asas Black

       Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah" Asas ini menjabarkan:

-Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama.

-Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas.

-Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.

dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"

Rumus Asas Black

Secara umum rumus Asas Black adalah :

Qlepas = Qterima

keterangan :

-Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat

-Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat

dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :

(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)

Keterangan :

M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah.

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah.

DIAGRAM FASE

Diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama, melibatkan 3 komponen, yaitu Tekanan (P), Volume (V) dan Temperatur (T). Diagram Fasa yang melibatkan 3 komponen berupa grafik 3 dimensi, sedangkan Diagram Fasa yang hanya melibatkan 2 komponen berupa Grafik 2 dimensi.

Diagram P-T untuk zat murni secara umum dapat dilihat dalam gambar berikut ini. Diagram ini sering juga disebut dengandiagram fasa zat karena menunjukkan ketiga jenis fasa zat yang dipisahkan oleh garis 

•   Garis Sublimation line (garis sublim) memisahkan daerah uap (vapor) dengan daerah beku (solid).
• —  Garis vaporization line (garis penguapan) memisahkan daerah  cair dari daerah uap.  Garis  melting line (garis leleh) memisahkan daerah beku dari daerah cair.
• —  Pada gambar diatas, terlihat dua lokasi untuk garis melting line yang dibedakan dengan jenis garis. Garis putus-putus melting line merupakan garis melting line untuk zat yang memuai saat beku, sementara untuk zat yang menyusut saat beku garis melting line nya berupa garis biasa.
•   Dari gambar diatas juga terlihat bahwa kondisi liquid (cair) hanya dapat terjadi pada tekanan dibawah tekanan triple point.

Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material diagram fase adalah sejenis grafikyang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

Komponen-komponen diagram fase adalah garis kesetimbangan atausempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase.

Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaanpadat. 

Likuidusa dalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair.

Titik Tripel

Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas.

Pada titik ini semua fasa berada dalam kesetimbangan, temperatur dan tekanan tetap.

Titik tripel untuk air ada pada temperatur 0,01 ^oC dan tekanan 4,58 mmHg. Titik tripel untuk air, 273,16 K.

Derajat kebebasan: F= c – p + 2

(c = jumlah minimum komponen yang menentukan sistem; p= jumlah fasa; 2= variabel yang menentukan sistem); menyatakan seberapa banyak faktor yang menyatakan suatu sistem.

Derajat kebebasan untuk air pada titik tripel adalah: f= 1-3+2=0, karena c=1 yaitu air, p=3 yaitu es, air dan uap air.

Diagram fase 2D

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden

dengan tekanan dantemperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

Diagram fase yang umum, Garis titik-titik merupakan sifat anomali air.Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di manatransisi fase terjadi, dan disebut sebagaisempadan fase.

Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga.Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan^[1], yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi)

Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air.

Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas termodinamika pada nilai konstan tertentu.

Diagram fase temperatur dan entropi jenis untuk air/uap.Pada area di bawah kubah, air dan uap berada dalam keadaan kesetimbangan. Titik kritisnya ada di atas kubah.Garis/kurva biru adalahisobar yang menunjukkan tekanan konstan.Garis/kurva hijau adalah isokor yang menunjukkan volume jenis konstan. Garis merah menunjukkan kualitas konstan

Diagram fase 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika.Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada dalam kesetimbangan.Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel.

MACAM-MACAM PERUBAHAN WUJUD ZAT

1. Mencair Pencairan atau Peleburan (kadang-kadang disebut fusi) adalah proses yang menghasilkan perubahan fase zat dari padat ke cair. Energi internal zat padat meningkat (biasanya karena panas) mencapai temperatur tertentu (disebut titik leleh) saat zat ini berubah menjadi cair.Benda yang telah mencair sepenuhnya disebut benda cair. Pada saat melebur zat memerlukan kalor dan saat membeku zat melepaskan kalor.Banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat pada saat melebur, di titik leburnya disebut kalor beku, sedangkan banyaknya kalor yang dilepaskan suatu zat pada saat membeku di titik bekunya disebut kalor lebur. Pada tekanan tertentu kalor lebur sama dengan kalor beku dan titik lebur sama dengan titik beku, kalor beku dan kalor lebur juga disebut kalor laten (kalor tersembunyi), yaitu kalor laten beku dan kalor laten lebur. Pada saat percobaan diperoleh suatu kesimpulan bahwa kalor yang diperlukan atau dilepas untuk melebur atau membeku sebanding dengan massanya dan tergantung jenis bendanya. Di tulis dengan persamaan : 〖Q=mL〗_ib Dengan: Q = jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan pada saat melebur atau membeku (J atau kal) m = massa benda (kg atau gram) L_ib= Kalor lebur atau kalor beku (Jkg-1atau kalg-1) 2. Membeku Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat. Sebagai contoh, pada suhu tertentu air dapat membeku menjadi es. Proses membekunya suatu zat biasanya terjadi pada suhu yang rendah. Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku. Setiap benda memiliki titk beku yang berbeda-beda Titik beku merupakan sifat fisika benda yang dapat digunakan utnuk meramalkan bentuk zat pada suhu tertentu. 3. Menguap Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas atau uap. Suhu ketika suatu zat cair berubah menajdi uap disebut dengan titik uap. Ketika suatu zat cair dipanaskan pada tekanan normal (1 atm), maka pada suhu tertentu akan terlihat pada seluruh bagian zat cair timbul gelembung-gelembung yang bergerak ke atas dan kemudian pecah saat mencapai permukaan. Pada keadaan yang demikian, zat cair dikatakan mendidih. Ketika suatu zat cair mendidih, maka hampir tiap bagian zat segera berubah menjadi uap. Berdasarkan hal ini, maka titik uap sering disebut dengan titik didih. Sebagai contoh, air murni mendidih ketika mencapai suhu + 100 pada tekanan normal (1 atm), dan pada keadaan tersebut partikel-partikel air akan berubah menjadi gas. 3. Mengembun Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi(Yaitu tekanan yang ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Pada pengembunan zat melepaskan kalor. Percobaan menunjukkan bahwa titik didih sama dengan titik embun dan kalor didih sama dengan kalor embun. Kalor yang diperlukan atau dilepas saat mendidih atau mengembun selain tergantung bendanya juga sebanding dengan massanya.Dirumuskan : 〖Q=mL〗_u Dengan Q = jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan pada saat menguap atau mengembun (J atau kal) m = massa benda (kg atau gram) L_u=kalor uap atau kalor embun (Jkg-1atau kalg-1) 4. Menyublim Sublimasi adalah perubahan wujud dari padat ke gas tanpa mencair terlebih dahulu. Misalkan es yang langsung menguap tanpa mencair terlebih dahulu. Pada tekanan normal, kebanyakan benda dan zat memiliki tiga bentuk yang berbeda pada suhu yang berbeda-beda. Pada kasus ini transisi dari wujud padat ke gas membutuhkan wujud antara. Namun untuk beberapa antara, wujudnya bisa langsung berubah ke gas tanpa harus mencair. Ini bisa terjadi apabila tekanan udara pada zat tersebut terlalu rendah untuk mencegah molekul-molekul ini melepaskan diri dari wujud padat. 5. Mengkristal Desublimasi adalah proses peengkristalan dimana hal ini terjadi karena proses mengerasnya/membekunya suatu benda yang memiliki zat zat tertentu dan memiliki unsur unsur zat yang dapat memberikan warna saat mengeras dan jika dilihat seperti warna kristal. Hal ini adalah lawan dari Sublimasi.

Proses Pendidihan dan Penguapan

Fenomena ini mungkin jarang kita amati, atau bahkan sebagian kita merasa ini adalah hil yang mustahal. Kenapa? Karena perubahan temperatur, normalnya, mengindikasikan perubahan panas. Semakin tinggi temperatur sebuah zat, semakin panas juga dia. Untuk menaikkan temperatur sebuah zat, kita dapat memanaskan zat tersebut. Sebaliknya, untuk mendinginkan sebuah zat, maka sebagian panasnya harus dibuang sehingga pada akhirnya temperaturnya berkurang. Kulkas, atau refrigerator, adalah piranti umum yang dapat mengambil panas suatu zat dan dibuang ke lingkungan. Oleh karena itu bagian belakang kulkas panas dan bisa dipakai untuk mengeringkan pakaian — ini termasuk ide daur ulang energi yang cerdas menurut saya.

Air tepat mendidih: gelembung-gelembung udara pecah di dalam air sebelum sampai ke permukaan.

Namun sebenarnya tidak selalu demikian. Misalnya kita ingin menguapkan sejumlah air. Ketika tepat mendidih (biasanya pada temperatur 100°celcius), kita tetap memberikan panas (misalnya panas api dari kompor) supaya dia benar-benar mendidih. Tanda air tepat mendidih adalah muncul gelembung-gelembung udara dari dasar panci namun gelembung itu  meletus di dalam air sehingga terdengar bunyi mendesis. Jika kita matikan kompor saat itu, maka gelembung-gelembung tersebut langsung hilang. Kejadian Ini menandakan temperatur air turun.

Air telah mendidih: terlihat gelembung-gelembung udara berhasil mencapai permukaan air.

Jadi kompor tetap dinyalakan (untuk memberikan panas pada air). Gelembung-gelembung terus bermunculan dan terlihat mereka seakan-akan berjuang untuk dapat sampai ke permukaan air. Pada saat ini, meskipun air terus menerima panas, tapi temperaturnya tidak berubah, tetap 100°celcius. Kita bisa uji ini dengan cara meletakkan termometer ke dalam air selama proses pendidihan berlangsung.

Jika gelembung-gelembung udara tersebut berhasil sampai di permukaan air, maka disebut air telah mendidih — sebagian air (zat cair) telah berubah menjadi uap (gas). Ambil termometer lain dan coba ukur temperatur gas yang berada tepat di atas permukaan air — nilainya pasti sama atau lebih tinggi dari 100°celcius. Pada kondisi ini, panas yang diterima uap air dipakai untuk menaikkan temperaturnya — kondisi kembali normal.

Kalor dan Kalor Laten

Diagram temperatur-energi panas (T-Q) pada perubahan fase wujud zat.

Cerita ini digambarkan oleh diagram temperatur-energi perubahan fase. Istilah “panas” yang sering kita ucapkan sehari-hari adalah energi yang dipakai untuk mengubah temperatur zat — disebut juga dengan istilah kalor. Nilainya diberikan oleh

.

dengan  adalah panas yang terlibat (diterima atau dilepaskan zat, satuan joule (J)),  adalah massa zat (kg),  adalah kalor jenis (J/kg.K), dan  adalah perubahan temperatur yang dialami oleh zat (K, kelvin).

Ada konsep baru yang disebut di sini, yaitu kalor jenis. Kalor jenis adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu kilogram zat sebanyak 1 K (atau setara dengan 1°celcius) — ini sesuai dengan satuannya J/kg.K. Setiap zat memiliki nilai  yang berbeda-beda. Air misalnya, memiliki nilai  J/kg.K.

Oke, kita lanjut. Bagaimana dengan panas yang terlibat selama proses perubahan fase? Panas ini disebut panas laten atau kalor laten. Istilah “laten” berasal dari bahasa Inggris, “latent“, yang berarti “tersembunyi”. Zaman orba dulu, istilah laten sering dipakai untuk mencap paham komunis sebagai bahaya laten. artinya paham ini adalah bahaya yang tidak terlihat tapi sesungguhnya adalah bahaya. Ini seperti api dalam sekam, apinya tidak terlihat dari luar tapi sesungguhnya dia ada di sana.

Kalor laten, dalam termodinamika, dirumuskan sebagai

dengan  adalah kalor laten,  adalah massa zat, dan adalah kalor jenis laten (J/kg).

Penggunakan Diagram T-Q

Salah satu penggunaan diagram T-Q adalah menghitung panas yang terlibat selama proses perubahan fase berlangsung. Gambar di bawah ini contoh diagram T-Q untuk air (wujud padat, cair, dan gas). Misalnya, untuk mencairkan es butuh 334 kJ panas (kalor laten). Untuk mendidihkannya butuh 418,6 kJ panas. Untuk menguapkannya, butuh 2260 kJ (kalor laten). Jadi, setidak-tidaknya butuh 3012,6  kilojoule panas! Nilai ini akan bertambah jika temperatur es di bawah 0°celcius

Rudolf Julius Emanuel Clausius

Biografi Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888) - Clausius adalah ahli fisika, matematik Jerman, penemu hukum termodinamika II, penemu entropi, penemu teori elektrolisis, doktor, guru besar dan penggarang. Ia lahir di Koslin, Prusia, sekarang Kaszalin, Polandia, pada tanggal 2 Januari 1922 dan meninggal di Bonn, sekarang di Jerman Barat, pada tanggal 24 Agustus 1888 pada umur 86 tahun. Ia kuliah di Universitas Berlin dan mendapat gelar doktor di Halle pada tahun 1848 ketika berumur 26 tahun. Dua tahun kemudian (1850) ia diangkat jadi guru besar fisika di Sekolah Mesin dan Artileri di Berlin. Pada tahun 1867 ia jadi guru besar fisika di Universitas Wurzburg sapai tahun 1869. Kemudian ia mengajar di Universitas Bonn.

Rudolf Clausius adalah ahli fisika teori atau fisika murni. Ia tidak mengadakan eksperimen. Ia menerapkan matematika untuk untuk membuat teori yang dapat menyelaskan hasil pengamatan dan eksperimen orang lain. Pada tahun 1850 ia membuat karya tulis yang mengungkapkan penemuannya, ialah hukum termodinamika II dan entropi. Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari energi dan semua bentuk perubahannya terutama mengenai hubungan panas dan kerja. Hukum termodinamika II berbunyi “Panas tidak dapat dengan sendirinya berpindah dari badan yang lebih dingin ke badan yang lebih panas ”. Ia juga menemukan istilah entropi. Entropi adalah keseimbangan termodinamik. Hukum di atas dapat berubah sebagai berikut: “Panas hanya dapat berpindah dari badan angkasa yang lebih panas ke badan angkasa yang lebih dingin”. Di alam semesta terjadi secara terus menerus perpindahan panas atau energi dari badan angkasa yang panas ke badan angkasa yang dingin. Maka berabad-abad kemudian semua panas atau energi akan terbagi merata keseluruh bagian alam semesta. Keadaan seimbang ini disebut entropi. Ini berarti dunia kiamat, karena semua gerak dan kehidupan berhenti.

Rudolf Julius Emanuel Clausius juga mengemukakan teori elektrolisis atau elektrolisa ialah penguraian zat cair dengan aliran listrik searah. Para ilmuwan sebelumnya berpendapat bahwa dalam elektrolisis, air terurai jadi hydrogen dan oksigen karena gaya listrik. Tapi Clausius berpendapat bahwa atom-atom molekul selalu tertukar, gaya listrik hanya mengarahkan pertukaran itu.

Siklus OTTO dan DIESEL

1. Gambarkan dan jelaskan siklus termodinamika dari
- Siklus otto
- Siklus diesel
Jawab :

I. SIKLUS OTTO
Tekanan-volume (P-V) siklus ideal motor 4 langkah volume tetap (siklus Otto).

1-2 : Kompresi adiabatis
2-3 : Pembakaran isokhorik
3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatis
4-1 : Langkah buang isokhorik

Langkah 0-1 adalah langkah isap dimana udara dan bahan bakar bercampur, langkah 1-2 adalah langkah pemampatan maksudnya adalah udara dan bahan bakar tersebut dikompres dengan tekanan tinggi yang berlangsung secara adiabatik dimana proses tersebut berlangsung sangat cepat sehingga dianggap tidak ada panas yang keluar,langkah 2-3 adalah udara dan bahan bakar yang dikompres tersebut pada saat hamper bersamaan percikan bunga api yang dihasilkan dari busi membakar campuran tersebut menghasilkan pemanasan gas pada volume konstan, langkah 3-4 berlangsung secara adiabatik, dan langkah 4-1 merupakan turunnya tekanan secara tiba-tiba karena dibukanya katup buang akibat ledakan tersebut. Setelah itu gas dibuang pada langkah 1-0 yang dibuang melalui knalpot. 

II. SIKLUS DIESEL

Berbeda dengan mesin bensin(Otto), pembakaran gas dilakukan dengan memberikan kompresi hingga tekanannya tinggi. Pada proses BC terjadi pembakaran gas berekspansi sampai V3 dan dilanjutkan ekspansi adiabatik sampai V1. Untuk perbandingan tekanan yang sama , mesin Otto mempunyai efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan mesin Diesel karena itu diesel bekerja pada perbandingan tekanan yang tinggi untuk mencapai efisiensi yang tinggi.
Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Penggunaan motor diesel bertujuan untuk mendapatkan tenaga mekanik dari energi panas yang ditimbulkan oleh energi kimiawi bahan bakar, energi kimiawi tersebut diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada tujuan perancangan, dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Tekanan gas hasil pembakaran akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol. Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi

2. Jelaskan perbedaan siklus otto dan diesel 2 tak ?
Jawab :
Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang ditimbulkan oleh dua elektroda busi, sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka
motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine.

3. Jelaskan perbedaan langkah ICE 2 tak dan 4 tak ?
Jawab :
Mesin 4-tak dalam satu siklus kerjanya terdiri dari empat tahap yaitu hisap, tekan, ekspansi/usaha, buang yang diselesaikan dalam 2 putaran crankshaft. Jika mesin 4 tak memerlukan 2 putaran crankshaft dalam satu siklus kerjanya, maka untuk mesin 2-tak hanya memerlukan satu putaran saja. Hal ini berarti dalam satu siklus kerja 2 tak hanya terdiri dari 1 kali gerakan naik dan 1 gerakan turun dari piston saja. Desain dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan terjadinya hal semacam itu. Ketika piston naik menuju TMA untuk melakukan kompresi maka katup hisap terbuka dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu gerakan piston dari TMB ke TMA menjalankan dua langkah sekaligus yaitu kompresi dan isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai TMA maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke bawah menuju TMB. Gerakan piston yang ini disebut langkah ekspansi. Namun sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha, sesungguhnya juga melakukan langkah buang melalui katup buang . Hal ini bisa terjadi karena gas hasil pembakaran terdorong keluar akibat campuran bahan bakar dan udara baru yang juga masuk dari sisi kiri dinding silinder. Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja. Untuk itu dibutuhkan pelumas yang lebih karena putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal itu juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik ,boros bahan bakar, menghasilkan asap putih dari knalpotnya tetapi unggul dalam kecepatan dibandingkan mesin 4 tak.

Siklus Carnot

Keadaan suatu sistem dalam termodinamika dapat berubah-ubah, berdasarkan percobaan besaran-besaran keadaan sistem tersebut. Namun, besaran-besaran keadaan tersebut hanya berarti jika sistem berada dalam keadaan setimbang. Misalnya, jika Anda mengamati suatu gas yang sedang memuai di dalam tabung, temperatur dan tekanan gas tersebut di setiap bagian tabung dapat berubah-ubah. Oleh karena itu, Anda tidak dapat menentukan suhu dan temperatur gas saat kedua besaran tersebut masih berubah. Agar dapat menentukan besaran-besaran keadaan gas, gas harus dalam keadaan reversibel. Apakah yang dimaksud dengan proses reversibel? Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang.

Gambar 9.8 Perubahan keadaan gas dalam siklus reversibel.

Perhatikanlah Gambar 9.8. Dari grafik p–V tersebut, suatu gas mengalami perubahan keadaan dari A ke B. Diketahui bahwa pada keadaan A sistem memiliki tekanan p₁ dan volume V₁. Pada tekanan B, tekanan sistem berubah menjadi p₂ dan volumenya menjadi V₂. Jika gas tersebut mengalami proses reversibel, keadaan gas tersebut dapat dibalikkan dari keadaan B ke A dan tidak ada energi yang terbuang. Oleh karena itu, pada proses reversibel, kurva p–V yang dibentuk oleh perubahan keadaan sistem dari A ke B dan dari B ke A adalah sama. Dalam kenyataannya, sulit untuk menemukan proses reversibel karena proses ini tidak memperhitungkan energi yang hilang dari dalam sistem (misalnya, gesekan). Namun, proses reversibel memenuhi Hukum Pertama Termodinamika. Tahukah Anda yang dimaksud dengan siklus termodinamika? Siklus termodinamika adalah proses yang terjadi pada sistem sehingga akhirnya sistem kembali pada keadaan awalnya. Namun, apakah energi kalor dapat seluruhnya diubah menjadi energi mekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha? Pada tahun 1824 seorang ilmuwan Prancis, Sadi Carnot (1796 – 1832), mengemukakan model mesin ideal yang dapat meningkatkan efisiensi melalui suatu siklus, yang dikenal dengan siklus Carnot. Mesin ideal Carnot bekerja berdasarkan mesin kalor yang dapat bekerja bolakbalik (reversibel), yang terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.

Gambar 9.9 Siklus Carnot

Pada gambar tersebut suatu gas ideal berada di dalam silinder yang terbuat dari bahan yang tidak mudah menghantarkan panas. Volume silinder tersebut dapat diubah dengan cara memindahkan posisi pistonnya. Untuk mengubah tekanan gas, diletakkan beberapa beban di atas piston. Pada sistem gas ini terdapat dua sumber kalor yang disebut reservoir suhu tinggi (memiliki suhu 300 K) gas memiliki temperatur tinggi (300 K), tekanan tinggi (4 atm), dan volume rendah (4 m³). Berikut urutan keempat langkah proses yang terjadi dalam siklus Carnot.
a. Pada langkah, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung, temperatur sistem tidak berubah, namun volume sistem bertambah. Dari keadaan 1 ke keadaan 2, sejumlah kalor (Q₁) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas.
b. Pada langkah kedua, gas berubah dari keadaan 2 ke keadaan 3 dan mengalami proses ekspansi adiabatik. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Akibatnya, temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.
c. Pada langkah ketiga, keadaan gas berubah dari keadaan 3 ke keadaan 4 melalui proses kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200 K) menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Akibatnya tekanan sistem meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q₂) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur sistem agar tidak berubah.

d. Pada langkah keempat, gas mengalami proses kompresi adiabatik dan keadaannya berubah dari keadaan 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan sistem meningkat, dan volumenya berkurang. Menurut kurva hubungan p–V dari siklus Carnot, usaha yang dilakukan oleh gas adalah luas daerah di dalam kurva p–V siklus tersebut. Oleh karena siklus selalu kembali ke keadaannya semula, ΔUsiklus = 0 sehingga persamaan usaha siklus (Wsiklus) dapat dituliskan menjadi

W_siklus = ΔQ_siklus = (Q₁ – Q₂) ………. (9–28)

dengan: Q₁ = kalor yang diserap sistem, dan
Q₂ = kalor yang dilepaskan sistem.
Ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha). Perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q₁) disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan

dengan η = efisiensi mesin.
Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan W = Q₁ – Q₂ maka Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Pada mesin Carnot, besarnya kalor yang diserap oleh sistem (Q₁) sama dengan temperatur reservoir suhu tingginya (T₁). Demikian juga, besarnya kalor yang dilepaskan sistem (Q₂) sama dengan temperatur reservoir suhu rendah mesin Carnot tersebut. Oleh karena itu, Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Keterangan:
η : efisiensi mesin Carnot
T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)
Dari Persamaan (9–31) tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa efisiensi mesin Carnot dapat ditingkatkan dengan cara menaikkan temperatur reservoir suhu tinggi atau menurunkan temperatur reservoir suhu rendah.