Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

Cara kerja semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.

Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.

Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

Dapat dilihat bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.

Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.

Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.

Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

Cara kerja transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

Jenis-jenis transistor

	PNP		P-channel
	NPN		N-channel
BJT		JFET

Simbol Transistor dari Berbagai Tipe

Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:

• Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
• Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
• Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
• Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
• Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
• Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
• Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain

BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).

Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau . β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

CaraMenentukan Kaki Basis, Colektor dan Emitter Pada Transistor

TRANSISTOR
Transistor adalah termasuk komponen utama dalam elektronika. Transistor terbuat dari 2 dioda germanium yang disatukan. Tegangan kerja transistor sama dengan dioda yaitu 0,6 volt.
Transistor memiliki 3 kaki yaitu :
• EMITOR (E)
• BASIS (B)
• COLECTOR (C)
Jenis transistor ada 2 yaitu :
1. Transistor PNP (anoda katoda anoda / kaki katoda yang disatukan)
2. Transistor NPN (katoda anoda katoda / kaki anoda yang disatukan)
Contoh transistor : C 828, FCS 9014, FCS 9013, TIP 32, TIP 31, C5149, C5129, C5804, BU2520DF, BU2507DX, dll

Simbol di rangkaian : "Q", simbol gambarnya dibawah ini :

Menentukan Kaki Basis
Putar batas ukur pada Ohmmeter X10 atau X100.
Misalkan kaki transistor kita namakan A, B, dan C.
Bila probe merah / hitam => kaki A dan probe lainnya => 2 kaki lainnya secara bergantian jarum bergerak semua dan jika dibalik posisi hubungnya tidak bergerak semua maka itulah kaki BASIS.

Menentukan Kaki Colector NPN
Putar batas ukur pada Ohmmeter X1K atau X10K.
Bila probe merah => kaki B dan probe hitam => kaki C. Kemudian kaki A (basis) dan kaki B dipegang dengan tangan tapi antar kaki jangan sampai terhubung. Bila jarum bergerak sedikit berarti kaki B itulah kaki COLECTOR.

Jika kaki basis dan colector sudah diketahui berarti kaki satunya adalah emitor.

Mengukur Transistor Dengan Multitester
Batas ukur pada Ohmmeter X10 / X100
TRANSISTOR PNP
 

TRANSISTOR NPN


 

 TRANSISTOR NPN DENGAN DUMPER

Osiloscop

Oscilloscope adalah alat untuk pengukuran gelombang signal frekuensi ini, sangat berguna dalam pengukuran rangkaian elektronik seperti Ponsel, Radio Komunikasi dll. Untuk perbaikan ponsel, diharapkan kita dapat menggunakan oscilloscope untuk mengetahui kerusakan ponsel secara lebih akurat, selain dari pengalaman yang kita miliki dalam mengatasi kerusakan pada ponsel. Jadi ada baiknya kita lebih mengenal sedikit atau banyak masalah oscilloscope ini. Dalam thread ini kita akan membahas lebih lanjut mengenai instrument pengukuran ini.

1. PENJELASAN OSCILLOSCOPE

Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Pada kebanyakan aplikasi, grafik yang ditampilkan memperlihatkan bagaimana sinyal berubah terhadap waktu. Seperti yang bisa anda lihat pada gambar di bawah ini ditunjukkan bahwa pada sumbu vertikal(Y) merepresentasikan tegangan V, pada sumbu horisontal(X) menunjukkan besaran waktu t. Layar osiloskop dibagi atas 8 kotak skala besar dalam arah vertikal dan 10 kotak dalam arah horizontal. Tiap kotak dibuat skala yang lebih kecil. Sejumlah tombol pada osiloskop digunakan untuk mengubah nilai skala-skala tersebut.

Osiloskop ‘Dual Trace’ dapat memperagakan dua buah sinyal sekaligus pada saat yang sama. Cara ini biasanya digunakan untuk melihat bentuk sinyal pada dua tempat yang berbeda dalam suatu rangkaian elektronik. Kadang-kadang sinyal osiloskop juga dinyatakan dengan 3 dimensi. Sumbu vertikal(Y) merepresentasikan tegangan V dan sumbu horisontal(X) menunjukkan besaran waktu t. Tambahan sumbu Z merepresentasikan intensitas tampilan osiloskop. Tetapi bagian ini biasanya diabaikan karena tidak dibutuhkan dalam pengukuran.

Wujud/bangun dari osiloskop mirip-mirip sebuah pesawat televisi dengan beberapa tombol pengatur. kecuali terdapat garis-garis(grid) pada layarnya. Apa Saja yang dapat diukur dengan Osiloskop? Osiloskop sangat penting untuk analisa rangkaian elektronik. Osiloskop penting bagi para montir alat-alat listrik, para teknisi dan peneliti pada bidang elektronika dan sains karena dengan osiloskop kita dapat mengetahui besaran-besaran listrik dari gejala-gejala fisis yang dihasilkan oleh sebuah transducer. Para teknisi otomotif juga memerlukan alat ini untuk mengukur getaran/vibrasi pada sebuah mesin. Jadi dengan osiloskop kita dapat menampilkan sinyal-sinyal listrik yang berkaitan dengan waktu. Dan banyak sekali teknologi yang berhubungan dengan sinyal-sinyal tersebut. 

Contoh beberapa kegunaan osiloskop :

* Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu. 

* Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi. 

* Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik. 

* Membedakan arus AC dengan arus DC. 

* Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik dan hubungannya terhadap waktu.

SETTING DEFAULT OSCILLOSCOPE

Tombol Umum:

On/Off : Untuk menghidupkan/mematikan Oscilloscope 

Ilumination : Untuk menyalakan lampu latar.

Intensity : Untuk mengatur terang/gelapnya garis frekuensi 

Focus : Untuk mengatur ketajaman garis frekuensi 

Rotation : Untuk mengatur posisi kemiringan rotasi garis frekuensi 

CAL : Frekuensi Sample yg dpt diukur utk mengkalibrasi Oscilloscope

Tombol di Vertikal Block :

Position : Untuk mengatur naik turunnya garis. 

V. Mode : Untuk mengatur Channel yg dipakai 

Ch1 : Menggunakan Input Channel1 

Ch2 : menggunakan Input Channel 2 

Alt : (Alternate) menggunakan bergantian Channel1 dan Channel 2 

Chop : Menggunakan potongan dari Channel 1 dan Channel2 

Add : Menggunakan penjumlahan dari Ch1 dan Ch2 

Coupling : Dipilih sesuai input Channel yg digunakan, 

Source : Sumber pengukuran bisa dari Channel1 atau Channel2 

Slope : Normal digunakan yang +. Gunakan yang – untuk kebalikan gelombang. 

AC-GND-DC : Pilih AC utk gelombang bolak-balik (peak to peak) Pilih DC utk gelombang/tegangan searah DC Pilih GND utk menonaktifkan gelombang mis:Utk menentukan posisi awal 

VOLTS/DIV : Untuk menentukan skala vertikal tegangan dlm satu kotak/DIV Vertikal.

Tombol di Horizontal Block :

Position : Untuk mengatur posisi horizontal dari garis gelombang. 

TIME/DIV : Untuk megatur skala frekuensi dlm satu kotak/DIV Horizontal.

X10 MAG : Untuk memperbesar/ Magnificient frekuensi menjadi 10x lipat. 

Variable : Untuk mengatur kerapatan gelombang horizontal. 

Trigger Level : Untuk mengatur agar frekuensi tepat terbaca.

Rumus frekuensi dengan Time(Waktu): 

Frekuensi satuannya Hertz (Hz) 

Time satuannya Detik/Second (s)

f = 1

T

T = 1

F

M = mega (1.000.000) 1 MHz >< 1 S

µ = mikro (1/1.000.000)

Setting tombol yang biasa saya gunakan untuk pengukuran frekuensi (Jadi gak perlu milih2 lagi) :

26 Mhz dan 13 Mhz dan 38,4 Mhz Volts/Div : 20m Volt Time/Div : Mentok ke kanan

32 Khz Crystal (Sebelum masuk CCONT) Volts/Div : 20mV atau 50mV Time/Div : 20 µS (Boleh juga 0,1mS / 50 µS / 10 µS)

32 Khz Sleep Clock (Sesudah masuk CCONT) Volts/Div : 1 Volts Time/Div : 20 µ S

RX I/Q Volts/Div : 0,2 Volts Time/Div : 1 mS

SClk (Synthetizer Clock) 3V Volts/Div : 1 Volt Time/Div : 0,1mS atau bebas.

COBBA Clock Volts/Div : 0,5 Volts Time/Div : mentok ke kanan.

3. Kalibrasi Oscilloscope

Pada umumnya, tiap osiloskop sudah dilengkapi sumber sinyal acuan untuk kalibrasi. Sebagai contoh, osiloskop GW tipe tertentu mempunyai acuan gelombang persegi dengan amplitudo 2V peak to peak dengan frekuensi 1 KHz.

Misalkan kanal 1 yang akan dikalibrasi, maka BNC probe dihubungkan ke terminal masukan kanal 1, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar di atas menggunakan probe 1X, dengan ujung probe yang merah dihubungkan ke terminal kalibrasi. Capit buaya yang hitam tidak perlu dihubungkan ke ground osiloskop karena sudah terhubung secara internal. Pada layar osiloskop akan nampak gelombang persegi. Atur tombol kontrol VOLTS/DIV dan TIME/DIV sampai diperoleh gambar yang jelas dengan amplitudo 2 V peak to peak dengan frekuensi 1 KHz., seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

Gunakan tombol kontrol posisi vertikal V-pos untuk menggerakkan seluruh gambar dalam arah vertikal dan tombol horizontal H-pos untuk menggerakkan seluruh gambar dalam arah horizontal. Cara ini dilakukan agar letak gambar mudah dilihat dan dibaca.

4. Cara Kerja Osiloskop Analog

Pada saat osiloskop dihubungkan dengan sirkuit, sinyal tegangan bergerak melalui probe ke sistem vertical. Pada gambar ditunjukkan diagram blok sederhana suatu osiloskop analog.

Bergantung kepada pengaturan skala vertikal(volts/div), attenuator akan memperkecil sinyal masukan sedangkan amplifier akan memperkuat sinyal masukan.

Selanjutnya sinyal tersebut akan bergerak melalui keping pembelok vertikal dalam CRT(Cathode Ray Tube). Tegangan yang diberikan pada pelat tersebut akan mengakibatkan titik cahaya bergerak (berkas elektron yang menumbuk fosfor dalam CRT akan menghasilkan pendaran cahaya). Tegangan positif akan menyebabkan titik tersebut naik sedangkan tegangan negatif akan menyebabkan titik tersebut turun.

Sinyal akan bergerak juga ke bagian sistem trigger untuk memulai sapuan horizontal (horizontal sweep). Sapuan horizontal ini menyebabkan titik cahaya bergerak melintasi layar. Jadi, jika sistem horizontal mendapat trigger, titik cahaya melintasi layar dari kiri ke kanan dengan selang waktu tertentu. Pada kecepatan tinggi titik tersebut dapat melintasi layar hingga 500.000 kali per detik.

Secara bersamaan kerja sistem penyapu horizontal dan pembelok vertikal akan menghasilkan pemetaan sinyal pada layar. Trigger diperlukan untuk menstabilkan sinyal berulang. Untuk meyakinkan bahwa sapuan dimulai pada titik yang sama dari sinyal berulang, hasilnya bisa tampak pada gambar berikut :

Pada saat menggunakan osiloskop perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut:

1. Tentukan skala sumbu Y (tegangan) dengan mengatur posisi tombol Volt/Div pada posisi tertentu. Jika sinyal masukannya diperkirakan cukup besar, gunakan skala Volt/Div yang besar. Jika sulit memperkirakan besarnya tegangan masukan, gunakan attenuator 10 x (peredam sinyal) pada probe atau skala Volt/Div dipasang pada posisi paling besar.
2. Tentukan skala Time/Div untuk mengatur tampilan frekuensi sinyal masukan. 
3. Gunakan tombol Trigger atau hold-off untuk memperoleh sinyal keluaran yang stabil. 
4. Gunakan tombol pengatur fokus jika gambarnya kurang fokus. 
5. Gunakan tombol pengatur intensitas jika gambarnya sangat/kurang terang. 

5. Kinerja Osiloskop

Istilah yang dijelaskan pada bagian ini akan sering digunakan untuk membicarakan kehandalan sebuah osiloskop.

Lebar Pita (Bandwidth)

Spesifikasi bandwidth menunjukan daerah frekuensi yang dapat diukur oleh osiloskop dengan akurat. Sejalan dengan peningkatan frekuensi, kapabilitas dari osiloskop untuk mengukur secara akurat semakin menurun. Berdasarkan perjanjian, bandwidth menunjukkan frekuensi ketika sinyal yang ditampilkan tereduksi menjadi 70.7% dari sinyal sinus yang digunakan. (angka 70.7% mengacu pada titik “-3 dB”, sebuah istilah yang berdasar pada skala logaritmik).

Teori Kinetik Zat

Teori Kinetik Gas

Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut.

Sifat Gas UmumGas mudah berubah bentuk dan volumenya.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

Sifat Gas Ideal

Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.
Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

PERSAMAAN GAS IDEAL DAN TEKANAN (P) GAS IDEAL

P V = n R T = N K T

n = N/No

T = suhu (ºK)
R = K . No = 8,31 )/mol. ºK
N = jumlah pertikel

P = (2N / 3V) . Ek ® T = 2Ek/3K

V = volume (m3)
n = jumlah molekul gas
K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/ºK
No = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023/mol

Energi Total (U) Dan Kecepatan (v) Gas Ideal
Ek = 3KT/2

U = N Ek = 3NKT/2

v = Ö(3 K T/m) = Ö(3P/r)

dengan:

Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal
U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal
v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal
m = massa satu mol gas
p = massa jenis gas ideal

Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:

Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .
Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.

Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:
Pada (n, T) tetap, (isotermik)
berlaku Hukum Boyle: PV = C

Pada (n, V) tetap, (isokhorik)
berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C

Pada (n,P) tetap, (isobarik)
berlaku Hukum Gay-Lussac:
V/T= C

Padan tetap, berlaku Hukum
Boyle-Gay-Lussac: PV/T=C
C = konstan

Jadi:

(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2=...dst.


Contoh:

1. Berapakah kecepatan rata-rata dari partikel-partikel suatu gas dalam keadaan normal, jika massa jenis gas 100 kg/m3 dan tekanannya 1,2.105 N/m2?

Jawab:

PV = 2/3 Ek
PV = 2/3 . 1/2 . m v2 = 1/3 m v2
v2 = (3PV)/m = (3 P)/(m/V) = 3P/r

v = Ö3P/r = Ö3.1,2.105/100 = 60 m/det
2. Suatu gas tekanannya 15 atm dan volumenya 25 cm3 memenuhi persamaan PV - RT. Bila tekanan gas berubah 1/10 atm tiap menit secara isotermal. Hitunglah perubahan volume gas tiap menit?

Jawab:

Persamaan PV = RT jelas untuk gas ideal dengan jumlah mol gas n = 1. Jadi kita ubah persamaan tersebut menjadi:

P DV + V DP = R DT (cara differensial parsial)

15 . DV + 25. 1/10 = R . 0 ® AV = -25 /15.10 = -1/6 cm3/menit

Jadi perubahan volume gas tiap menit adalah 1/6 cm3,dimana tanda (-) menyatakan gas menerima usaha dari luar (dari sekelilingnya).


Hukum I Termodinamika


Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut.

Sifat Gas Umum

Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

SIfat Gas Ideal

Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.
Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.
Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

PERSAMAAN GAS IDEAL DAN TEKANAN (P) GAS IDEAL

P V = n R T = N K T

n = N/No

T = suhu (ºK)
R = K . No = 8,31 )/mol. ºK
N = jumlah pertikel

P = (2N / 3V) . Ek ® T = 2Ek/3K

V = volume (m3)
n = jumlah molekul gas
K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/ºK
No = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023/mol

Energi Total (U) Dan Kecepatan (v) Gas Ideal
Ek = 3KT/2

U = N Ek = 3NKT/2

v = Ö(3 K T/m) = Ö(3P/r)

dengan:

Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal
U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal
v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal
m = massa satu mol gas
p = massa jenis gas ideal

Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:

Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .
Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.

Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:
Pada (n, T) tetap, (isotermik)
berlaku Hukum Boyle: PV = C

Pada (n, V) tetap, (isokhorik)
berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C

Pada (n,P) tetap, (isobarik)
berlaku Hukum Gay-Lussac:
V/T= C

Padan tetap, berlaku Hukum
Boyle-Gay-Lussac: PV/T=C
C = konstan

Jadi:

(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2=...dst.


Contoh:

1. Berapakah kecepatan rata-rata dari partikel-partikel suatu gas dalam keadaan normal, jika massa jenis gas 100 kg/m3 dan tekanannya 1,2.105 N/m2?

Jawab:

PV = 2/3 Ek
PV = 2/3 . 1/2 . m v2 = 1/3 m v2
v2 = (3PV)/m = (3 P)/(m/V) = 3P/r

v = Ö3P/r = Ö3.1,2.105/100 = 60 m/det
2. Suatu gas tekanannya 15 atm dan volumenya 25 cm3 memenuhi persamaan PV - RT. Bila tekanan gas berubah 1/10 atm tiap menit secara isotermal. Hitunglah perubahan volume gas tiap menit?

Jawab:

Persamaan PV = RT jelas untuk gas ideal dengan jumlah mol gas n = 1. Jadi kita ubah persamaan tersebut menjadi:

P DV + V DP = R DT (cara differensial parsial)

15 . DV + 25. 1/10 = R . 0 ® AV = -25 /15.10 = -1/6 cm3/menit

Jadi perubahan volume gas tiap menit adalah 1/6 cm3,dimana tanda (-) menyatakan gas menerima usaha dari luar (dari sekelilingnya).



Hukum I Termodinamika

Hukum ini diterapkan pada gas, khususnya gas ideal

PV = n R T
P . DV + -V . DP = n R DT

Energi adalah kekal, jika diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul.

Usaha tidak diperoleh jika tidak diberi energi dari luar.

Dalam suatu sistem berlaku persamaan termodinamika I:

DQ = DU+ DW

DQ = kalor yang diserap
DU = perubanan energi dalam
DW = usaha (kerja) luar yang dilakukan

Dari Persamaan Termodinamika I Dapat Dijabarkan
Pada proses isobarik (tekanan tetap) ® DP = 0; sehingga,

DW = P . DV = P (V2 - V1) ® P. DV = n .R DT
DQ = n . Cp . DT ® maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)
DU-= 3/2 n . R . DT


Pada proses isokhorik (Volume tetap) ® DV =O; sehingga,

DW = 0 ® DQ = DU
DQ = n . Cv . DT ® maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)
AU = 3/2 n . R . DT

Pada proses isotermik (temperatur tetap): ® DT = 0 ;sehingga,

DU = 0 ® DQ = DW = nRT ln (V2/V1)

Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem dengan sekelilingnya) ® DQ = 0 Berlaku hubungan::

PVg = konstan ® g = Cp/Cv ,disebut konstanta Laplace


Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah garis proses.

Usaha pada proses a ® b adalah luas abb*a*a

Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik ® penurunan adiabatik lebih curam dan mengikuti persamaan PVg= C.

Jadi:
1. jika DP > DV, maka grafik adiabatik.
2. jika DP = DV, maka grafik isotermik.

Catatan:
Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan naik. Sehingga DQ, DW ® (+).

Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi dalam akan turun. Sehingga DQ, DW ® (-).

Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah

U = Ek = 3/2 nRT ® g = 1,67

Untuk gas diatomik (H2, N2, dll), energi dalam (U) gas adalah

Suhu rendah
(T £ 100ºK)

U = Ek = 3/2 nRT ® g = 1,67
® Cp-CV=R

Suhu sedang

U = Ek =5/2 nRT ® g = 1,67

Suhu tinggi
(T > 5000ºK)

U = Ek = 7/2 nRT ® g = 1,67


Hukum II Termodinamika

Tidak mungkin membuat suatu mesin yang bekerja secara terus-menerus serta rnengubah semua kalor yang diserap menjadi usaha mekanis.
T1 > T2, maka usaha mekanis:

W = Q1 - Q2

h = W/Q1 = 1 - Q2/Q1 = 1 - T2/T1

T1 = reservoir suhu tinggi
T2 = reservoir suhu rendah
Q1 = kalor yang masuk

Q2 =kalor yang dilepas
W = usaha yang dilakukan
h = efesiensi mesinUntuk mesin pendingin:

h = W/Q2 = Q1/Q2 -1 = T1/T2 - 1

Koefisien Kinerja = 1/h


Mesin Carnot

Mesin Carnot terdiri atas 4 proses, yaitu 2 proses adiabatik dan 2 proses isotermik. Kebalikan dari mesin Carnot merupakan mesin pendingin atau lemari es. Mesin Carnot hanya merupakan siklus teoritik saja, dalam praktek biasanya digunakan siklus Otto untuk motor bakar (terdiri dari 2 proses adiabatik dan 2 proses isokhorik) dan siklus diesel untuk mesin diesel (terdiri dari 2 proses adiabatik, 1 proses isobarik dan 1 proses isokhorik).

Contoh:

1. Selama proses isokhorik (v = 1 m3), gas menerima kalor 1000 kalori sehingga tekanan berubah sebesar 814 N/m2. Hitunglah perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ?

Jawab:

Proses isokhorik: DV = 0 sehingga DW = P . DV = 0
DQ = DU + DW ® 1000 = DU + 0
Jadi perubahan energi dalam gas = 1000 kalori =1000 x 4.186 J = 4186J

2. Gas diatomik pada suhu sedang 200ºC dan tekanan 105 N/m2 bervolume 4 lt. Gas mengalami proses isobarik sehingga volumenya 6 liter kemudian proses isokhorik sehingga tekanannya 1.2 x 105 N/m2. Berapakah besar perubahan energi dalam gas selama proses tersebut ?

Jawab:

PV = n R T ® P DV + V DP = n R DT

Proses A - B (DP = 0):
P DV = n R DT = 105 . 2.10-3 = 200 J
DUBC = 5/2 n R DT = 500 J (diatomik 200ºC)

Proses :B - C (DV = 0):
V DP = n R DT = 6.10-3.0,2. 105 = 1120 J
DUBC = 5/2 n R DT = 300 J (diatomik 200ºC)

Jadi DU total = DUAB + DUBC = 800 J

3. Bila suatu gas dimampatkan secara isotermik maka tentukanlah tekanan, energi dalam danusaha yang dilakukan oleh gas!

Jawab:

Gas dimampatkan berarti volume gas bertambah kecil (AV < 0)
Proses gas secara isotermik berarti DT = 0

Jadi: PV = C ® P = C/V

Karena volume gas bertambah kecil maka tekanan gas akan bertambah besar. Kenaikan tekanan gas ini disebabkan oleh makin seringnya molekul-molekul gas menumbuk dinding tempatnya (jarak tempuh molekul gas makin pendek) bukan karena kecepatannya yang bertambah.

DU=3/2 n R DT

Karena proses isotermik (DT= 0), maka perubahan energi dalam sama dengan nol (DU - 0). Berarti energi dalam gas tidak berubah.

DQ = DU + DW ® DW = P DV

Karena DU = 0 maka DQ = DW, berarti kalor yang diserap gas seluruhnya diubah menjadi usaha gas.

Karena volume gas bertambah kecil (DV < 0) maka usaha yang dilakukan gas negatif( DW < O), berarti gas menerima kerja dari luar.

3. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi sebesar 1000ºK mempunyai efisiensi sebesar 50%. Agar efesiensinya naik menjadi 60%, berapakah reservoir suhu tinggi harus dinaikkan ?

Jawab:

h = 1-T2/T1 ® 0,5 = 1 T2/1000 ® T2 = 500ºK

Apabila efesiensinya dijadikan 60% (dengan T2 tetap), maka

h = 1 - T2/T1 ® 0,6 =1 - 500/T2 ® T1= 12.50 ºK

Fluida Dan Kalor

Fluida Statis

Fluida ( zat alir ) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis.

Tekanan Hidrostatis ( Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya.


 Paradoks Hidrostatis

Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( r )
dalam bejana.Ph = r g h

Pt = Po + Ph
F = P h A = r g V r = massa jenis zat cair
h = tinggi zat cair dari permukaan
g = percepatan gravitasi
Pt = tekanan total
Po = tekanan udara luar


Hukum Pascal
"Tekanan yang dilakukan pada zat cair akan diteruskan ke semua arah sama".

P1 = P2 ® F1/A1 = F2/A2

Hukum Archimedes
"Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan".

Tiga keadaan benda di dalam zat cair:
a. tenggelam: W>Fa Þ rb > rz

b. melayang: W = Fa Þ rb = rz

c. terapung: W=Fa Þ rb.V=rz.V' ; rb<rz


W = berat benda
Fa = gaya ke atas = rz . V' . g
rb = massa jenis benda
rz = massa jenis fluida
V = volume benda
V' = volume benda yang berada dalam fluida

Akibat adanya gaya ke atas ( Fa ), berat benda di dalam zat cair (Wz) akan berkurang menjadi:

Wz = W - Fa
Wz = berat benda di dalam zat cair

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan ( g) adalah besar gaya ( F ) yang dialami pada permukaan zat cair persatuan panjang(l)

g = F / 2l

Kapilaritas
Kapilaritas ialah gejala naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena pengarah adhesi dan kohesi.

y = 2 g cos q / r g r

y = kenaikan/penurunan zat cair pada pipa (m)
g = tegangan permukaan (N/m)
q = sudut kontak (derajat)
p = massa jenis zat cair (kg / m3)
g = percepatan gravitas (m / det2)
r = jari-jari tabung kapiler (m)


Fluida Dinamis

Sifat Fluida Ideal:

- tidak dapat ditekan (volume tetap karena tekanan)
- dapat berpindah tanpa mengalami gesekan
- mempunyai aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel)
- kecepatan partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama

Hukum Bernaully Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa.

P + r g Y + 1/2 r v2 = c

P = tekanan
1/2 r v2 = Energi kinetik
r g y = Energi potensial

tiap satuan
waktu

Cepat Aliran (Debit Air)
Cepat aliran (Q) adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu.

Q = A . v

A1 . v1 = A2 . v2

v = kecepatan fluida (m/det)
A = luas penampang yang dilalui fluida

Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang pada tangki, maka besar kecepatannya selalu dapat diturunkan dari Hukum Bernoulli, yaitu:v = Ö(2gh)
h = kedalaman lubang dari permukaan zat cair


Contoh:

1. Sebuah kolam air berdinding bujursangkar dengan panjang 15 m, tingginya 7,5m.Tentukanlah tekanan air 4,5 m di bawah permukaan air!

Jawab:

P = r . g . h = 103 . 10 . 4,5
P = 4,5.104 N/m2

2. Air mengalir sepanjang pipa horisontal, penampang tidak sama besar. Pada tempat dengan kecepatan air 35 cm/det tekanannya adalah 1 cmHg. Tentukanlah tekanan pada bagian pipa dimana kecepatan aliran airnya 65 cm/det.(g = 980 cm/det2) !

Jawab:

P1 = 1 cmHg = 1.13,6.980 dyne/cm2
P1 = 13328 dyne/cm2

v1 = 35 cm/det; v2 = 65 cm/det


Prinsip Bernoulli:
P1 + pgy1 + 1/2rv12 = P2 + rgy2 + 1/2rv22

Karena y1 = y2 (pipa horisontal), maka:

P1 - P2 = 1/2 r (V22 - V12)
P1 - P2 = 1/2 1 (652 352)
P1 - P2 = 1/2 3000
P1 - P2 = 1500 dyne/cm2

Jadi:

P2 = P1 - 1500
P2 = 13328 - 1500
P2 = 11828 dyne/cm
P2 = 0,87 cmH


Suhu

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda.
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer.

Hubungan suhu pada skala-skala Celcius (C), Reamur (R), Fahrenheit (F), dan Kelvin (K):
® Acuan atas (air mendidih)

® Acuan bawah (es mencair) Acuan ini ditentukan pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg


Jadi: toC = 4/5 toR = ( 9/5t+ 32 )oF = ( t + 273 )oK

Contoh:

Temperatur termometer Celcius (oC) menunjukkan p kali temperatur termometer Fahrenheit (oF). Berapakah besarnya temperatur masing-masing termometer itu?

Jawab:

Derajat Celcius : tc = 5x

x(5 - 9p) = 32p ® x = 32p/(5-9p)

Derajat Fahrenheit: tF = 9x + 32

C = 5x = 5(32p/5-9p) = 160p/(5-9p)

C = pF

F = C/P = 160p/p(5-9p) = 160/(5-9p)

5x = p(9x + 32)

5x - 9px = 32p


Sifat Termal Zat


Pada umumnya suatu benda akan memuai (volume benda bertambah) jika dipanaskan? sedangkan massa benda tetap. Tetapi air pada daerah tertentu (antara 0-4 derajat C) memiliki keanehan pemuaian disebut ANOMALI AIR.

Pada suhu 4 derajat C volume air adalah paling kecil sehingga massa jenisnya paling besar, yaitu 1 gram/cm3.Grafik volume vs suhu Es untuk es dan air

Pemuaian suatu benda karena menerima kalor (suhu benda naik) terbagi atas:

1. Muai Panjang (pemuaian satu dimensi)

Lt = Lo ( 1 + a Dt)

Lt = panjang benda pada tºC (m)
Lo = panjang benda pada 0ºC (m)
a = koefisien muai panjang

2. Muai Luas (pemuaian dua dimensi)

At = Ao (1 + b Dt)

At = luas benda pada tºC (m²)
Ao = luas benda pada 0ºC (m²)
b = koefisien muai luas = 2a

3. Muai Volume (pemuaian tiga dimensi)

Vt = Vo ( 1 + g Dt)

Vt = volume benda pada tºC (m3)
Vo = volume benda pada 0ºC (m3)
g = koefisien muai volume = 3a
g = 1/273ºK (khusus pada tekanan dan volume tetap)

Contoh:

1. Sebatang baja (angka muai linier 10-5/ºC) panjangnya 100,0 cm pada suhu 30ºC. Bila panjang batang baja itu sekarang menjadi 100,1 cm, berapakah suhunya sekarang?

Jawab:

Lt = Lo ( 1 + a Dt)
Dt = (Lt - Lo) / (Lo a)

Dt = (100,1 -100)/(100.10-5) = 100ºC

Dt = takhir - tawal

100 = takhir - 30

takhir = 130ºC

2. Sebuah tabung terbuat dari gelas (a = 10-5/ºC) pada suhu 20ºC mempunyai volume sebesar 250 cm3. Tabung itu berisi penuh dengan eter ( g = 5.10-3/ºC). Berapakah cm3 eter akan tumpah jika tabung dipanasi sampai 120ºC?

Jawab:

Gelas:

Vo = 250 cm3
Dt = 120 - 20 = 100ºC
g = 3a = 3.10-5/ºC

Vt = Vo(1 + g Dt)
Vt = 250 (1 + 3.10-5.100) = 250,75 cm3

Eter:

Vº = 250 cm3
Dt= 100ºC
g = 5.10-3/ºC

Vt = Vo (1 + g Dt)
Vt = 250 (1 + 5.10-3.100) = 375 cm3

Jadi volume eter yang tumpah = 375 - 250,75 = 124,25 cm3


Titik Didih

Titik didih suatu zat adalah suhu yang tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan di atas permukaan zat cair. Titik Didih suatu zat cair dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara standar(76 cmHg, 25ºC) titik didih air sebesar 100ºC.

Hubungan tekanan dan temperatur terhadap tingkat wujud suatu zat dapat ditentukan dari DIAGRAM P-T.

Tr = titik tripel, yaitu titik keseimbangan antara ketiga wujud padat-cair-gas.

K = titik kritis, yaitu titik dimana gas di atas tekanan dan temperatur kritis tidak dapat dicairkan hanya dengan mengecilkan volumenya. Gas berwujud stabil.

Dari diagram P-T dapat disimpulkan bahwa:

Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat.
Di atas titik tripel tidak mungkin merubah wujud zat dari padat langsung ke gas.
Di atas titik kritis gas tidak dapat diembunkan tanpa menurunkan tekanannya.


Kalor

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.

Beberapa Pengertian Kalor
1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.

1 kalori = 4.18 joule
1 joule = 0.24 kaloriKapasitas kalor (H)
adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).


Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuan kalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Kalor yang digunakan untuk menaikkan/menurunkan suhu tanpa mengubah wujud zat:

Q = H . Dt
Q = m . c . Dt
H = m . c

Q = kalor yang di lepas/diterima
H = kapasitas kalor
Dt = kenaikan/penurunan suhu
m = massa benda
c= kalor jenis

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

Q = m . L

m = massa benda kg
L = kalor laten (kalor lebur, kalor beku. kalor uap,kalor embun, kalor sublim, kalor lenyap) ® t/kg

Jadi kalor yang diserap ( â ) atau yang dilepas ( á ) pada saat terjadi perubahan wujud benda tidak menyebabkan perubahan suhu benda (suhu benda konstan ).


Pertukaran Kalor

Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal.

Menurut asas Black

Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

Catatan:

1. Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda, tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Jika kalor jenis suatu benda adalah kecil maka kenaikan suhu benda tersebut akan cepat bila dipanaskan.

2. Pada setiap penyelesaian persoalan kalor (asas Black) lebih mudah jika dibuat diagram alirnya.

Es (kalor jenis 0,5 kalori/gramoC) sebanyak 10 gram pada suhu 0ºC diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Bila kalor lebur es sama dengan 80 kalori/gram, hitunglah temperatur akhir air !

Jawab:

Misalkan temperatur akhir setelah diberi kalor ialah taºC. maka berdasarkan asas Black:

Q = mL + mcDt
1000 = 10 . 80 + 10 . 1 (ta- 0)
1000 = 800 + 10 ta
ta = 20 C


Perambatan Kalor

Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:

Konduksi
Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

H = K . A . (DT/ L)

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
DT/L = gradien temperatur (ºK/m)
K = koefisien konduksi
A = luas penampang (m²)
L = panjang benda (m)


Konveksi
Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian zat, karena perbedaan massa jenis.

H = K . A . DT

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
K = koefisien konveksi
DT = kenaikan suhu (ºK)


Radiasi
Perambatan kalor dengan pancaran berupa gelombang-gelombang elektromagnetik.

Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

W = e . s . T4

W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu
s = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4
e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)


Benda yang dipanaskan sampai pijar, selain memancarkan radiasi kalor juga memancarkan energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-6 s/d 10-5 m. Untuk benda ini berlaku hukum PERGESERAN WIEN, yaitu:

lmax . T = C

C = konstanta Wien = 2.9 x 10-3m ºK
Kesimpulan:

Semua benda (panas/dingin) memancarkan energi radiasi/kalor
Semakin tinggi suhu benda. semakin besar radiasinya dan semakin pendek panjang gelombangnya.
Koefisien emisivitas benda tergantung pada sifat permukaannya.Benda hitam sempurna mempunyai nilai e = 1 merupakan pemancar dan penyerap kalor yang paling baik.

Contoh:

1. Air mengalir dengan laju alir 3 liter/menit. Jika suhu awal air 20ºC dan seluruh kalor diberikan pada air, hitunglah suhu air panas!

Jawab:

misalkan suhu air panas ta
Q = 3 liter/menit = 3 dm3/60 detik = 50 cm3/detik
berarti V = 50 cm3 ® m = r .V = 1 . 50 = 50 gram

t = 1 detik 1 joule = 0.24 kal

E = Q ® 0,24 P.t = m. c. t

0.24 . 3500 . 1 = 50. 1 ( ta - 20 ) ® ta = 36.8ºC

2. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2 dan suhunya 27ºC. Jika suhu sekelilingnya 77ºC, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.

Jawab:

Benda hitam: e = 1 ; s = 5,672.10-8 watt/m2K4

a. W = e s ( T24 - T14) ® T1 = 300ºK ; T2 = 350ºK
= 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004)
= 391,72 watt/m2

b. W = E/A.T ® E = W. A. t
E = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule

3. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan!

Jawab:

Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka

[K . A . (DT/L)] besi = [K . A . (DT/L)] kuningan

K . A (500 - T)/2 = 3 KA (T - 350)/l

T= 2600/7= 371,4ºC

Statika

STATIKA adalah ilmu kesetimbangan yang menyelidiki syarat-syarat gaya yang bekerja pada sebuah benda/titik materi agar benda/titik materi tersebut setimbang.

Pusat Massa Dan Titik Berat

Pusat massa dan titik berat suatu benda memiliki pengertian yang sama, yaitu suatu titik tempat berpusatnya massa/berat dari benda tersebut. Perbedaannya adalah letak pusat massa suatu benda tidak dipengaruhi oleh medan gravitasi, sehingga letaknya tidak selalu berhimpit dengan letak titik beratnya.

1. Pusat Massa

Koordinat pusat massa dari benda-benda diskrit, dengan massa masing-masing M1, M2,....... , Mi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2),........, (xi,yi) adalah:

X = (å Mi . Xi)/(Mi)

Y = (å Mi . Yi)/(Mi)


2. Titik Berat (X,Y)
Koordinat titik berat suatu sistem benda dengan berat masing-masing W1, W2, ........., Wi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2), ............, (xi,yi) adalah:

X = (å Wi . Xi)/(Wi)

Y = (å Wi . Yi)/(Wi)


Letak atau Posisi Titik Berat

Terletak pada perpotongan diagonal ruang untuk benda homogen berbentuk teratur.Terletak pada perpotongan kedua garis vertikal untuk benda sembarang.
Bisa terletak di dalam atau diluar bendanya tergantung pada homogenitas dan bentuknya.

Titik Berat Beberapa Benda

-Garis lurus letak titik berat yo = 1/2 AB
-Busur lingkaran yo = AB/AB . R

-Busur setengah lingkaran yo = 2.R/p
-Juring lingkaran yo = AB/AB.2/3.R
-Setengah lingkaran yo = 4.R/3 p
-Selimut setengah bola yo = 1/2 R
-Selimut limas yo = 1/3 t
-Selimut kerucut yo = 1/3 t
-Setengah bola yo = 3/8 R

-Limas yo = 1/4 t
-Kerucut yo = 1/4 t


Dalam menyelesaikan persoalan titik berat benda, terlebih dahulu bendanya dibagi-bagi sesuai dengan bentuk benda khusus yang sudah diketahui letak titik beratnya, kemudian baru diselesaikan dengan rumusan yang ada.

Contoh:

Dua silinder homogen disusun seporos dengan panjang dan massanya masing-masing: l1 = 5 cm ; m1 = 6 kg ; l2 = 10 cm ; m2 = 4 kg.
Tentukan letak titik berat sistem silinder tersebut !

Jawab:

Kita ambil ujung kiri sebagai acuan, maka:
x1 = 0.5 . l1 = 2.5 cm
x2 = l2 + 0.5 . l1 = 5 + 5 = 10 cm

X = (å mi . xi)/(mi)
X = (m1.x1) + (m1.x1)/(m1 + m2)

X = (6 . 2.5 + 4 . 10)/(6 + 4)
X = (15 + 40)/(10) = 5.5 cm

Jadi titik beratnya terletak 5.5 cm di kanan ujung m1

Rotasi Benda tegar

Dalam penyelesaian seal rotasi benda tegar perlu diperhatikan dua hal yaitu:

Gaya sebagai penyebab dari perubahan gerak translasi (åF = m.a)
Momen Gaya atau Momen kopel sebagai penyebab dari perubahan gerak rotasi (å t = I . a)


Momen Gaya ( t ) adalah gaya kali jarak/lengan. Arah gaya dan arah jarak harus tegak lurus. Untuk benda panjang:

t = F . l
Untuk benda berjari jari:

t = F . R = I . a

F = gaya penyebab benda berotasi
R = jari-jari
I = lengan gaya terhadap sumbu
I = m . R2 = momen inersia benda
a = percepatan sudut / angular
tA = Fy . l = F . sin q . l


Momen Inersia beberapa Benda

1. Batang silinder, poros melalui pusat I = M.l2/12
2. Batang silinder, poros melalui ujung I = M.l2/3
3. Pelat segi empat, poros melalui pusat I = M.(a2 + b2)/2
4. Pelat segi empat tipis, poros sepanjang tepi I = M.a/3
5. Silinder berongga I = M (R12 + R22)/2
6. Silinder pejal I = M.R2/2
7. Silinder tipis berongga I = M.R2
8. Bola pejal I = 2 M.R2/5
9. Bola tipis berongga I = 2 M.R2/3


Kesetimbangan

Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.

Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu:

1. Kesetimbangan Translasi (a = 0)
v = 0 (statis)
v = konstan (dinamis)
å F = 0
å Fx = 0 ; å Fy = 0

2. Kesetimbangan Rotasi (alpha = 0)
w = 0 (statis)
w = konstan (dinamis)
å t = 0 ® pilih pada suatu titik dimana gaya-gaya yang bekerja terbanyak

Macam Kesetimbangan Statis :

1. Kesetimbangan Stabil : setelah gangguan, benda berada pada posisi semula
2. Kesetimbangan Labil : setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi semula
3. Kesetimbangan Indiferen (netral) : setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus

    seperti semula

Menggeser Dan Mengguling

Benda yang mula-mula setimbang stabil akan menggeser dan/atau mengguling jika ada gaya luar yang mempengaruhinya.

Untuk benda menggeser (translasi) murni berlaku:

SF ¹ O dan St = 0

Untuk benda mengguling (rotasi) murni berlaku:

SF= 0 dan St ¹ 0

Untuk benda menggeser dan mengguling berlaku

SF ¹ 0 dan SF ¹ 0

Pada umumnya soal-soal Kesetimbangan terbagi dua jenis, yaitu:

1. Kesetimbangan titik/partikel
Penyelesaian soal ini dikerjakan dengan syarat kesetimbangan translasi yaitu SF = 0.

2. Kesetimbangan benda
Penyelesaian soal ini dikerjakan dengan syarat kesetimbangantranslasi dan rotasi, yaitu SF =0 dan St = 0

Contoh:1. Sebuah balok yang massanya 80 kg tergantung pada dua utas tali yang bersambungan seperti terlihat pada gambar Jika g= 10 N/kg, berapakah besar tegangan pada tall horisontai A ?


Jawab:

Titik B dalam keadaan setimbang,jadi dapat diselesaikan dengan prinsip kesetimbangan titik. Uraikan gaya-gaya yang bekerja pada sb-x dan sb-y. Pada keadaan setimbang:
SFy = 0 ® T1 - W = 0 ®
T1 = W = m.g = 800 N
T1 - T2 . sin 45o = 0
T2 . 1/2 Ö2 = 800
T2 = 800 Ö2 N

SFx = 0 ® T1 - W = 0 ®
TA - T2. cos 45o = 0
TA = T2 . cos 45o
TA = 800 Ö2 . 1/2 Ö2
TA = 800 N

2. Sebuah tangga AB homogen beratnya 30 kgf dan panjangnya 5 m, diletakkan pada lantai di A dan pada tembok di B. Jarak B ke lantai 3 m.Hitunglah besarnya gaya mendatar pada titik A supaya tangga setimbang ?

Jawab:

Pada soal kesetimbangan benda ini, terlebih dahulu gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada sistem benda tersebut.
Kesetimbangan translasi

SF =0 ® SFy = 0 ® NA = W = 30 kgf

SF = 0 ® SFX = 0 ® fA = NB

Kesetimbangan rotasi:
(dipilih di titik A karena titik tersebut paling mudah bergerak dan gaya-gaya yang bekerja padanya paling banyak).

StA = 0 ® NB . BC = W . AE
NB. 3 = 30 . 2
NB = 20 kgf

Jadi besar gaya mendatar pada titik A adalah fA = NB = 20 kgf