Proses-Proses Termodinamika Untuk SMK Kelas XI

Proses-Proses Termodinamika

Di dalam termodinamika dikenal ada 5 proses yaitu :

1. Proses pada tekanan konstan (isobarik)
2. Proses pada volume konstan (isokhorik)
3. Proses pada temperatur konstan (isotermal)
4. Proses adiabatis reversibel (isentropi)
5. Proses polytropis.

Sebelum kita membahas tentang kondisi pada masing-masing proses terlebih dahulu kita ingat kembali beberapa persamaan – persamaan yang berlaku seperti :
Persamaan gas ideal :
 
Perubahan energi dalam :
 
Perubahan entalpi :

Indek isentropis atau rasio panas jenis tekanan konstan terhadap panas jenis volume konstan :


1. Proses tekanan konstan (isobarik)
Pada proses tekanan konstan, tekanan awal proses sama dengan tekanan akhir proses atau p₁= p₂ . Bila p = C maka dp = 0. Pada diagram p-V dapat digambar sebagai berikut.

Kerja akibat ekspansi atau kompresi gas pada tekanan konstan dapat dihitung sebagai berikut :

Perubahan energi dalam pada proses isobarik dapat dihitung :

Perubahan kalor pada proses isobarik dapat dihitung :


Dari persamaan gas ideal didapat :

dan

Sehingga :

Entalpi pada proses isobar :
 
2. Proses volume konstan (isokhorik)
Pada proses isokhorik, volume awal akan sama dengan volume akhir gas atau V₁ = V₂. Bila V₁ = V₂ maka dV = 0.
Pada diagram p-V dapat digambar sebagai breikut :
 

Pada proses isokhorik atau volume konstan, tidak ada kerja yang diberikan atau dihasilkan sistem, karena volume awal dan akhir proses sama sehingga perubahan volume (dV) adalah 0. Pada proses isokhorik semua kalor yang diberikan diubah menjadi energi dalam sistem.

Perubahan energi dalam pada proses isokhorik :

Kalor pada proses isokhorik :

Dimana dV = 0 sehingga dQ = dU = m.c_v.(T2 – T1)
Entalpi pada proses isokhorik :


3. Proses temperatur konstan (isotermal)
Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T₁ = T₂ . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0.

Kerja pada proses isotermal dapat dihitung :

Dari hukum gas ideal :

Karena T = konstan maka p.V = konstan (C). sehingga maka

m, R dan T konstan maka :

Didapat:

Perubahan energi dalam pada proses isotermal adalah 0 sehingga besar perubahan kalor akan sama dengan kerja pada proses isotermal.

Perubahan entalpi pada proses isotermal :

4. Proses Isentropis (adiabatis reversibel)
Proses adiabatis reversibel adalah proses termodinamika dimana tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (adiabatis) dan proses ini mampu balik (reversibel) artinya tidak ada hambatan atau gesekan. Pada kenyataannya proses ini tidak ada di alam, tetapi penyederhaan yang demikian dapat mempermudah untuk menganalisa sistem. Pada p-V diagram dapat digambarkan sebagai berikut.


Karena tidak ada kalor yang dapat masuk dan keluar dari sistem, maka tidak ada perubahan kalor atau dQ = 0. Sehingga kerja yang diberikan atau dilakukan oleh sistem akan mengubah energi dalam sistem. Proses ini berlangsung pada kondisi p.V^k = konstan. Dimana k adalah rasio panas jenis pada tekanan konstan dengan panas jenis pada volume konstan atau sering disebut juga sebagai index isentropis. Kerja pada proses adiabatis reversibel dapat dihitung sebagai berikut :

Karena proses berlangsung pada kondisi p.V^k ₌ C , maka:

sehingga :

Perubahan energi dalam sistem adiabatis reversibel :

Tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem sehingga :

Entalpi pada proses adiabatis reversibel :
Entalpi proses adiabatis reversibel  adalah massa dikali panas jenis tekanan konstan dan dikali dengan delta temperatur. Dari mana asalnya coba turunin sendiri. Petunjuk dQ = 0 untuk proses ini.

5. Proses polytropis
Proses polytropis adalah proses termodinamika dengan index isentropis k = n dimana n > 1 atau p.Vⁿ = C. Proses ini sama dengan proses adiabatis reversibel hanya dibedakan jika pada proses adiabatis, kalor tidak dapat keluar atau masuk ke sistem, tetapi pada proses ini kalor dapat berubah (dapat keluar – masuk sistem). p – V diagram untuk proses politropis sama dengan p-V diagram proses adiabatis.
Kerja pada proses politropis adalah sama dengan kerja pada proses adiabatis reversibel, hanya k diganti dengan n dimana n > 1.

Karena proses berlangsung pada kondisi p.Vⁿ ₌ C , maka
sehingga :

Perubahan energi dalam sistem politropis :

Perubahan kalor dalam sistem politropis :


Bila n pada proses politropis sama dengan 1 maka proses akan berjalan mengikuti proses isotermal, sedangkan bila besar harga n = k, maka proses akan berjalan berdasarkan proses adiabatis reversibel dan bila n sama dengan 0, maka harga vn akan sama dengan 1 sehingga proses akan mengikuti proses tekanan konstan.

https://djukarna.wordpress.com/2014/05/07/proses-proses-termodinamika/

Materi CERMIN Untuk SMA/SMK Kelas XII

CERMIN

Cermin merupakan suatu benda yang sangat halus dan mampu memantulkan cahaya. Cermin adalah benda yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang datang.

Cermin dibagi menjadi tiga bagian

1. Cermin datar, adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang datar. Permukaan cermin datar sangat halus dan memiliki permukaan yang datar pada bagian pemantulannya, biasanya terbuat dari kaca. Di belakang kaca dilapisi logam tipis mengilap sehingga tidak tembus cahaya.
2. Cermin cembung, merupakan cermin konveks atau cermin negative. Pada cermin cembung, bagian mukanya berbentuk seperti kulit bola, tetapi bagian muka cermin cembung melengkung ke luar. Titik fokus cermin cembung berada di belakang cermin sehingga bersifat maya dan bernilai negatif. Cermin cembung memiliki sifat menyebarkan sinar (divergen). Jika sinar-sinar pantul pada cermin cembung kamu perpanjang pangkalnya, sinar akan berpotongan di titik fokus (titik api) di belakang cermin. Pada perhitungan, titik api cermin cembung bernilai negatif karena bersifat semu.
3. Cermin cekung, merupakan cermin konkaf atau cermin positif. Cermin cekung memiliki permukaan pemantul yang bentuknya melengkung atau membentuk cekungan. Garis normal pada cermin cekung adalah garis yang melalui pusat kelengkungan, yaitu di titik M atau 2F. Sinar yang melalui titik ini akan dipantulkan ke titik itu juga. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Ketika sinar-sinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan erpotongan pada satu titik. Titik perpotongan tersebut dinamakan titik api atau titik fokus (F). Ketika sinar-sinar datang yang melalui titik fokus mengenai permukaan cermin cekung, ternyata semua sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama. Akan tetapi, jika sinar datang dilewatkan melalui titik M (2F), sinar pantulnya akan dipantulkan ke titik itu juga.

Pembentukan bayangan pada cermin dapat diuraikan dalam 3 jenis cermin. Yaitu pembentukan bayangan pada cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Bayangan yang dihasilkan oleh cermin yang berbeda ini memiliki karakteristik yang berbeda sebagai berikut.

Pembentukan Bayangan Pada Cermin Datar

Pada pemantulan terhadap cermin datar, ukuran benda sama dengan ukuran bayangan dan jarak benda sama dengan jarak bayangan.

Lukisan bayangan pada cermin datar

Lukisan bayangan pada cermin datar dapat dilihat pada gambar berikut.

Untuk melukis bayangan digunakan aturan hukum pemantulan.

Sifat bayangan:

a. maya/semu

b. tegak
c. sama besar

Panjang Cermin Minimum

Agar seluruh bayangan terlihat pada cermin datar, maka panjang cermin (ρ) adalah setengah dari tinggi benda (ho)

 

dengan :

ρ = panjang cermin (m)
ho = tinggi benda (m)

Tinggi cermin yang diperlukan untuk melihat seluruh bayangan anak adalah setengah tinggi anak tersebut.

Dua Buah Cermin Datar yang Membentuk Sudut

Jumlah bayangan yang dihasilkan kedua cermin dihitung dengan rumus:

dengan :

n = jumlah bayangan
α = sudut antara kedua cermin datar (o)

Pembentukan Bayangan Pada Cermin Cekung

Cermin cekung adalah cermin yang bidang pantulnya melengkung ke dalam. Sendok dan mangkuk merupakan contoh benda yang permukaannya cekung. Tampak pada mangkok dan sendok bayangan dari apel. Untuk memahami bagaimana bayangan terbentuk, terlebih dulu harus memahami sifat, bagian-bagian cermin dan sinar-sinar istimewa yang berlaku pada cermin tersebut.

Sifat Cermin Cekung

Bila berkas sinar sejajar sumbu utama dijatuhkan ke sebuah cermin cekung, maka sinar pantulnya akan mengumpul (konvergen). Karena sifat inilah, maka cermin cekung disebut juga cermin konvergen.

 

Sinar-sinar sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.

Bagian-bagian Cermin Cekung/Konvergen

 

Bagian-bagian cermin cekung

   1, 2, 3, dan 4 merupakan ruang benda dan ruang bayangan Dengan :

O = titik pusat bidang cermin
F = titik fokus
M = titik pusat kelengkungan cermin
f = jarak fokus cermin (cm)
R = jari-jari cermin (cm)
SU = sumbu utama

Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung

1. Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan melalui titik fokus F.
2. Sinar datang melalui titik fokus F akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan M akan dipantulkan kembali melalui titik M.

 

Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung

Lukisan Bayangan Pada Cermin Cekung

Untuk melukis bayangan yang dihasilkan oleh cermin cekung dapat digunakan 2 di antara 3 sifat sinar-sinar istimewa.

 

Bayangan benda pada cermin cekung

Sifat bayangan:

1. nyata
2. terbalik
3. diperkecil

Pada cermin cekung berlaku “aturan 5”, yaitu:

1. Jika benda di ruang (1), bayangan di ruang (4)
2. Jika benda di ruang (2), bayangan di ruang (3)
3. Jika benda di ruang (3), bayangan di ruang (2)

Pembentukan Bayangan Pada Cermin Cembung

Cermin cembung adalah cermin yang bidang pantulnya melengkung keluar. Contoh lain dari cermin cembung adalah kaca spion. Bagaimanakah proses terbentuknya bayangan? Untuk itu kita harus memahami sifat, bagian-bagian cermin, dan sinar-sinar istimewa yang berlaku pada cermin cembung.

Sifat Cermin Cembung

Bila berkas sinar sejajar sumbu utama dijatuhkan pada cermin cembung maka berkas sinar akan dipantulkan menyebar (divergen) seolah-olah berasal dari titik fokus.

 

Sinar dipantulkan menyebar

Oleh karena itu, cermin cembung disebut cermin divergen. Selain itu karena nilai R negatif, maka cermin cembung disebut juga cermin negatif.

Bagian-bagian Cermin Cembung/Negatif/Divergen

 

Bagian-baggian cermin cembung

Pada cermin cembung, benda selalu di ruang (4) sehingga bayangan di ruang (1).

Sinar-sinar Istimewa Pada Cermin Cembung

Cermin cembung juga memiliki 3 sinar istimewa, yaitu:

1. Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus F.
   

   Sinar sejajar sumbu utama
2. Sinar datang menuju titik fokus F akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
   

   Sinar menuju titik fokus
3. Sinar datang menuju ke titik pusat kelengkungan M akan dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik M.
   

   Sinar menuju pusat kelengkungan

   
   

Lukisan Bayangan Pada Cermin Cembung

 

Variabel pada cermin cembung

Sifat bayangan yang dibentuk selalu:

1. maya
2. tegak
3. diperkecil

Rumus-rumus yang berlaku pada cermin cembung

Rumus-rumus yang berlaku pada cermin cembung sama seperti rumus cermin cekung, yaitu:

Maya, tegak dan diperkecil merupakan sifat pembentukan bayangan pada cermin cembung.

https://www.antoncabon.us/2016/04/pengertian-cahaya-cermin-dan-lensa.html
http://fisikazone.com/pembentukan-bayangan/

Tumbukan (Impuls dan Momentum)

Tumbukan 

 

Contoh peristiwa tumbukan

Dalam kehidupan ini, banyak kita jumpai peristiwa tumbukan. Tabrakan mobil di jalan raya, bus menabrak pohon, tumbukan dua bola biliar, tumbukan antara bola dengan tanah atau dinding merupakan contoh peristiwa tumbukan. Tumbukan dapat terjadi pada saat benda yang bergerak mengenai benda lain yang sedang bergerak atau diam. Pada materi ini, kita hanya akan membahas mengenai tumbukan sentral lurus, yaitu tumbukan antara dua benda yang arah kecepatannya berimpit dengan garis hubung kedua pusat massa benda.

Berdasarkan sifat kelentingan benda, tumbukan dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian, dan tumbukan tidak lenting sama sekali. Dengan menggunakan Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi, kita dapat menentukan peristiwa yang terjadi setelah tumbukan. 

1. Tumbukan Lenting Sempurna 

Apabila tidak ada energi yang hilang selama tumbukan dan jumlah energi kinetik kedua benda sebelum dan sesudah tumbukan sama, maka tumbukan itu disebut tumbukan lenting sempurna. Pada tumbukan lenting sempurna berlaku Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi Kinetik. Misalnya, dua buah benda massanya masing-masing m₁ dan m₂ bergerak dengan kecepatan v₁ dan v₂ dengan arah berlawanan seperti pada gambar berikut.

Tumbukan lenting sempurna antara dua benda: 

(a) sebelum tumbukan, (b) saat tumbukan, (c) setelah tumbukan.

Kedua benda bertumbukan lenting sempurna, sehingga setelah tumbukan kecepatan kedua benda menjadi v₁' dan v₂' . Berdasarkan Hukum Kekekalan Momentum, dituliskan:

m₁ v₁ + m₂ v₂ = m₁ v₁' + m₂ v₂'

m₁ v₁ – m₁ v₁' = m₂ v₂' – m₂ v₂

m₁ (v₁ – v₁' ) = m₂ (v₂' – v₂ )

(i)

Dari Hukum Kekekalan Energi Kinetik diperoleh:

(ii)

Jika persamaan (ii) dibagi dengan persamaan (i) diperoleh:

v₁ + v₁' = v₂' + v₂

v₁' – v₂' = v₂ – v₁

v₁' – v₂' = -(v₁ – v₂ )

 

(2)

Persamaan (2) dapat dituliskan:

(3)

Bilangan pada persamaan (3) disebut koefisien restitusi (e), yang merupakan negatif perbandingan kecepatan relatif kedua benda sebelum tumbukan. Persamaan (3) dapat dinyatakan:

(4)

Dengan demikian, pada tumbukan lenting sempurna koefisien restitusi (e) = 1.

2. Tumbukan Lenting Sebagian

Pada tumbukan lenting sebagian, beberapa energi kinetik akan diubah menjadi energi bentuk lain seperti panas, bunyi, dan sebagainya. Akibatnya, energi kinetik sebelum tumbukan lebih besar daripada energi kinetik sesudah tumbukan. Sebagian besar tumbukan yang terjadi antara dua benda merupakan tumbukan lenting sebagian.

Pada tumbukan lenting sebagian berlaku Hukum Kekekalan Momentum, tetapi tidak berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik.

ΣEk > ΣEk ' , maka:

Ek₁ + Ek₂ > Ek₁' + Ek₂'

v₂ – v₁ > v₁' – v₂'

Sehingga persamaan (3) dapat dituliskan:

(5)

Dengan demikian, dapat disimpulkan pada tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusi (e) adalah:

0 < e < 1.

Untuk menentukan koefisien restitusi benda yang bertumbukan, perhatikan contoh berikut ini. Perhatikan gamba berikut!

Tumbukan lenting sebagian antara bola dengan lantai.

Sebuah bola elastis jatuh bebas dari ketinggian h₁ dari lantai, maka akan terjadi tumbukan antara bola dengan lantai sehingga bola memantul setinggi h₂. Berdasarkan persamaan pada gerak jatuh bebas, kecepatan benda sesaat sebelum tumbukan adalah:

Gerak bola sesaat setelah terjadi tumbukan dapat diidentifikasikan dengan gerak jatuh bebas, sehingga:

(arah ke atas negatif)

Karena lantai diam, maka kecepatan lantai sebelum dan sesudah tumbukan adalah nol, v₂ = v₂ ' = 0, sehingga besarnya koefisien restitusi adalah:

 (6)

 

3. Tumbukan tidak Lenting Sama Sekali

Pada tumbukan tidak lenting sama sekali, sesudah tumbukan kedua benda bersatu, sehingga kecepatan kedua benda sesudah tumbukan besarnya sama, yaitu v₁' = v₂' = v'. Berdasarkan Hukum Kekekalan Momentum maka:

m₁ v ₁ + m ₂ v₂ = m₁ v₁' + m₂ v₂'

m₁ v₁ + m₂ v₂ = (m₁ + m ₂ ) v'

Karena v₁' = v₂' , maka v₁' – v₂' = 0, sehingga koefisien restitusi (e) adalah:

Skema Ayunan Balistik

Jadi, pada tumbukan tidak lenting sama sekali besarnya koefisien restitusi adalah nol (e =0).

 

https://sainsmini.blogspot.co.id/2015/12/penjelasan-tentang-tumbukan-lenting.html