TERMOMETER GALILEO

Termometer Galileo (atau termometer Galilea), dinamai fisikawan Italia, Galileo Galilei, adalah termometer yang terbuat dari gelas silinder tertutup berisi cairan bening dan serangkaian benda yang kerapatannya sedemikian rupa sehingga mereka naik atau turun sesuai perubahan suhu.
Di dalam cairan digantungkan sejumlah beban. Umumnya beban tersebut dilekatkan pada bola kaca tersegel yang berisi cairan berwarna untuk efek estetika. Saat suhu berubah, kerapatan cairan di dalam silinder turut berubah yang menyebabkan bola kaca bergerak timbul atau tenggelam untuk mencapai posisi di mana kerapatannya sama dengan cairan sekelilingnya atau terhenti oleh bola kaca lainnya. Bila perbedaan kerapatan bola kaca sangat kecil dan terurutkan sedemikian rupa sehingga yang kurang rapat berada di atas dan yang terapat berada di bawah, hal tersebut dapat membentuk suatu skala suhu.
Suhu dibaca dari ukiran piringan logam di setiap bola kaca. Biasanya sebuah celah memisahkan bola kaca atas dengan bola kaca bawah, berarti nilai suhu berada di antara kedua nilai label baca di setiap sisi celah. Bila bola kaca melayang-layang di celah, berarti nilai label baca mendekati suhu lingkungan.
Untuk mencapai keakuratan yang sesuai, toleransi beban harus dibuat kurang dari 1/1000 per satugram (1 miligram).


Bola kaca dari dekat.
Termometer Galilea bekerja dengan prinsip daya apung. Daya apung sendiri menentukan apakah suatu benda mengapung atau tenggelam dalam cairan, serta memberi penjelasan mengapa perahu yang terbuat dari baja bisa mengapung (sementara batangan baja padat dengan sendirinya akan tenggelam).


Satu-satunya faktor yang menentukan apakah suatu objek besar naik atau turun dalam suatu cairan tertentu, berkaitan dengan kerapatan objek terhadap kerapatan cairan di mana ia ditempatkan. Jika massa benda lebih besar dari massa cairan pengisi, objek tersebut akan tenggelam. Jika massa benda kurang dari massa cairan pengisi, objek tersebut akan mengapung.

TEORI KINETIK

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.
Teori ini didasarkan atas 3 pengandaian:
1. Gas terdiri daripada molekul-molekul yang bergerak secara acak dan tanpa henti.
2. Ukuran molekul-molekul dianggap terlalu kecil sehingga boleh diabaikan, maksudnya garis pusatnya lebih kecil daripada jarak purata yang dilaluinya antara perlanggaran.
3. Molekul-molekul gas tidak berinteraksi antara satu sama lain. Perlanggaran sesama sendiri dan dengan dinding bekas adalah kenyal iaitu jumlah tenaga kinetik molekulnya sama sebelum dan sesudah perlanggaran.
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.

BAGAIMANA FISIKA BISA ADA ?

Seperti semua ilmu-ilmu lainnya, Ilmu Fisika didasarkan pada pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif. Tujuan utama fisika adalah untuk menemukan seperangkat hukum dasar yang mengatur fenomena alam dan menggunakannya untuk mengembangkan teori yang dapat memprediksi hasil percobaan di masa depan. Hukum dasar yang digunakan dalam teori sering dinyatakan dalam bahasa matematika, alat yang menyediakan jembatan antara teori dan eksperimen. Ketika perbedaan antara teori dan eksperimen muncul, teori-teori baru harus diformulasikan untuk menghilangkan perbedaan tersebut. Sering kali suatu teori cukup memuaskan hanya dalam kondisi yang terbatas, sebuah teori yang lebih umum mungkin memuaskan tanpa pembatasan-pembatasan.

Sebagai contoh, hukum yang ditemukan oleh Isaac Newton (1642-1727) pada abad ke-17 yang secara akurat dapat memberikan gambaran tentang gerak benda-benda yang ada disekitar kita. Fisika klasik, adalah semua teori fisika yang telah berkembang sebelum tahun 1900, yang meliputi teori, konsep, hukum, serta eksperimen dalam mekanika klasik, termodinamika, dan elektromagnetisme.



Kontribusi penting untuk fisika klasik diberikan oleh Newton, yang mengembangkan mekanika klasik sebagai sebuah teori yang sistematis dan merupakan salah satu pencetus kalkulus sebagai alat matematika. Perkembangan utama dalam mekanika dilanjutkan dalam abad ke-18, tetapi bidang termodinamika, listrik dan magnetisme belum dikembangkan sampai bagian akhir abad ke-19, terutama karena sebelum waktu itu alat untuk percobaan masih terlalu kasar atau belum tersedia.




Sebuah era baru dalam fisika, biasanya disebut sebagai era fisika modern, yang dimulai sekitar akhir abad ke-19. Fisika modern berkembang terutama karena penemuan fenomena fisika yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Dua perkembangan yang paling penting dalam fisika modern adalah teori relativitas dan mekanika kuantum. Teori relativitas Einstein merevolusi konsep tradisional ruang, waktu energi, dan; mekanika kuantum, yang berlaku untuk “dua dunia” yakni mikroskopis dan makroskopis. Para ilmuwan terus bekerja untuk meningkatkan pemahaman kita tentang fenomena dan hukum dasar, dan penemuan baru yang dibuat setiap hari.



Dalam berbagai disiplin ilmu, banyak ditemukan terjadinya penggabungan antara ilmu fisika, kimia, geologi, dan biologi, serta teknik. Beberapa perkembangan yang paling menonjol dalam bidang eksplorasi ilmu yang menyebabkan hal terebut adalah (1) banyaknya misi luar angkasa dan pendaratan astronot di Bulan, (2) microcircuitry dan komputer berkecepatan tinggi, dan (3) teknik pencitraan yang canggih yang digunakan dalam penelitian ilmiah dan kedokteran. Dampak dari perkembangan dan penemuan tersebut pada masyarakat kita telah sangat besar, dan sangat mungkin bahwa penemuan masa depan serta perkembangannya akan sama menarik sekaligus menantang untuk dikaji lebih lanjut, tentunya diharapkan semakin bermanfaat bagi kemanusiaan.

APA ITU KONDUKTIVITAS TERMAL ?

Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas. Konduksi termal adalah suatu fenomena transport di manaperbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari satudaerah benda panas ke daerah yang sama pada temperatur yang lebihrendah. Panas yang di transfer dari satu titik ke titik lain melalui salahsatu dari tiga metoda yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.



konduktivitas termal = laju aliran panas × jarak / ( luas × perbedaan suhu )




Besaran ini didefinisikan sebagai panas, Q, yang dihantarkan selama waktu t melaui ketebalan L, dengan arah normal ke permukaan dengan luas A yang disebabkan oleh perbedaan suhu ΔT dalam kondisi tunakdan jika perpindahan panas hanya tergantung dengan perbedaan suhu tersebut.

BAGAIMANA KEADAAN GAS DALAM MIKROSKOPIS ?

Pada subbab A, Anda telah mempelajari hubungan antara variabel-variabel yang menyatakan keadaan suatu gas dalam ruangan tertutup. Untuk mengamati keadaan gas tersebut, dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu cara makroskopis dan mikroskopis. Jika Anda mengamati keadaan suatu gas dalam ruang tertutup berdasarkan besaran-besaran yang dapat dilihat atau diukur secara langsung, Anda dikatakan melakukan pengamatan secara makroskopis. Namun, jika pengamatan yang Anda lakukan berdasarkan pada variabel atau besaran yang tidak dapat dilihat atau diukur secara langsung, Anda dikatakan melakukan pengamatan secara mikroskopis.


Pengamatan keadaan gas secara makroskopis telah Anda lakukan dan pelajari pada subbab A. Pada subbab B ini, Anda akan mempelajari keadaan gas yang diamati secara mikroskopis serta hubungan antara besaran makroskopis dan besaran mikroskopis.




Berdasarkan sifat-sifat gas ideal, Anda telah mengetahui bahwa setiap dinding ruang tempat gas berada, mendapat tekanan dari tumbukan partikel-partikel gas yang tersebar merata di dalam ruang tersebut. Cobalah Anda amati gerak satu partikel yang berada di dalam ruang berbentuk kubus dengan panjang rusuk kubus L. Massa partikel tersebut adalah m dan kecepatan partikel menurut arah sumbu-x dinyatakan sebagai vx (perhatikan Gambar 7).


Gambar 6. Sebuah partikel bergerak dengan kecepatan vx dalam ruang berbentuk kubus berusuk L.

Jika partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding ruang, tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna. Oleh karena itu, jika kecepatan awal partikel saat menumbuk dinding A adalah +vx, kecepatan akhir partikel setelah terjadinya tumbukan dinyatakan sebagai - vx. Perubahan momentum (Dpx) yang dialami partikel adalah Dpx = pakhir – pawal = -mvx - (mvx) = -2mvx.


Setelah menumbuk dinding A, partikel gas ideal tersebut menumbuk dinding B. Demikian seterusnya, partikel gas tersebut akan bergerak bolak-balik menumbuk dinding A dan dinding B. Dengan demikian, Anda dapat menghitung selang waktu antara dua tumbukan yang terjadi pada dinding A dengan persamaan :


Dt = 2L / vx (1–15)


Pada saat partikel gas tersebut menumbuk dinding, partikel memberikan gaya sebesar Fx pada dinding. Pada pelajaran mengenai momentum, Anda telah mempelajari bahwa besarnya gaya yang terjadi pada peristiwa tumbukan sama dengan laju perubahan momentumnya (F = Dp / Dt). Dengan demikian, besar gaya Fx tersebut dapat diketahui sebagai berikut.



Fx = mvx2 / L (1–16)


Jika di dalam ruang berbentuk kubus tersebut terdapat sejumlah N partikel gas, yang kecepatan rata-rata seluruh molekul gas tersebut dinyatakan dengan vx, gaya yang dialami dinding dinyatakan sebagai Ftotal. Dengan demikian, Persamaan (1–16) dapat dinyatakan menjadi :


(1–17)


Anda dapat mencari besarnya tekanan (p) yang dilakukan oleh gaya total (Ftotal) yang dihasilkan oleh N partikel gas ideal tersebut pada dinding A.


p = Ftotal / A


Oleh karena luas dinding adalah perkalian antara dua panjang rusuk dinding tersebtu (A = L2 maka persamaan tekanan pada dinding dapat ditulis dengan :


(1–18)


atau ;


pV = Nmvx2 (1–19)


dengan:


p = tekanan pada dinding, dan

V = volume ruang.


Dalam tinjauan tiga dimensi (tinjauan ruang), kecepatan rata-rata gerak partikel merupakan resultan dari tiga komponen arah kecepatan menurut sumbu-x (), sumbu-y ( ), dan sumbu-z ( ), yang besarnya sama. Oleh karena itu, dapat dituliskan dengan . Jika setiap komponen pada kedua ruas penamaan kecepatan tersebut dikuadratkan, dapat dituliskan :





sehingga diperoleh,



Dengan demikian, Persamaan (1–19) dapat diubah menjadi :


(1–20)


atau


(1–21)


dengan:


N = banyaknya partikel gas,

m = massa 1 partikel gas,

v = kecepatan partikel gas, dan

V = volume gas.



1. Tinjauan Tekanan Secara Mikroskopis

MENGAPA TERJADI PEMUAIAN ?

Pemuaian dapat terjadi pada 3 bentuk zat yang terdapat di alam semesta. Yaitu zat padat, zat cair dan zat gas. Pemuaian yang terjadi pada zat padat berbeda dengan pemuaian yang dialami oleh zat cair dan zat gas. Zat padat sesuai dengan bentuknya biasa mengalami 3 jenis pemuaian, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume. Sedangkan pada zat gas dan cair hanya mengalami satu jenis pemuaian saja, yaitu pemuaian volume. Karena itu secara umum, pemuaian di bedakan menjadi 3 jenis, yaitu:

 

Pemuaian panjang

adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali.

Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah

Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut :

Yang perlu diperhatikan adalah didala rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal.

Pemuaian luas

adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.

Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

Pemuaian volume

adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Sebagaimana yang telah dijelskan diatas bahwa khusus gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah

BAGAIMANA CARA KERJA SISTEM PENDINGIN ?

Cara kerja dari sistem pendingin yaitu ada empat prinsip kerja untuk menghasilkan proses pendinginan. Danrefrigerant disirkulasikan berulang kali dengan perubahan-perubahan yang mendukung dapat mengahasilkan proses pendinginan. Empat perubahan padarefrigerant itu yaitu kompresi, kondensasi, ekspansi dan evaporasi ( cair, uap, gas dan kembali cair).

Kompresi

Pada proses kompresi, refrigerant ditekan dalam kompresor sampai kondisinya menjadi cair dengan temperatur yang tinggi. Gas refrigerantdalam evaporator yang dihisap oleh kompresor akan membuat tekanannya tetap rendah didalam evaporator, dan untuk membuat cairan refrigerantmenjadi gas secara dinamis pada temperatur yang rendah (0oC). Maka tekanan gas refrigerant ditekan dalam silinder, dan berubah menjadi tinggi, sehingga temperatur dan tekanan naik dan refrigerant akan mudah menjadi cair walaupun proses pendinginan dalam temperatur yang lebih tinggi. Dan gas refrigerant yang dikompresikan disalurkan ke komponen selanjutnya yaitu di dinginkan di kondensor.


Kondensasi

Pada proses kondensasi, refrigerant dirubah dari gas menjadi cair dan didinginkan dari temperatur yang tinggi di dalam kondensor menjadi temperatur lebih rendah. Refrigerant yang bertemperatur dan bertekanan tinggi itu dipancarkan dalam kondensor menjadi cairan dan disalurkan kereceiver dryer untuk disaring. Hal itu juga dinamakan proses kondensasi panas. Panas yang tinggi dari refrigerant itu dapat dikeluarkan oleh kondensor sehingga refrigerant menjadi dingin.


Ekspansi

Pada proses ekspansi, tekanan cairan refrigerant diturunkan oleh katup ekspansi. Hal itu disebut proses ekspansi, dimana gas bertekanan itu dikabutkan dengan mudah dalam evaporator sehingga refrigerant menjadi gas, dan expansion valve ini mengatur aliran cairan refrigerant sambil menurunkan tekanannya. Cairan refrigerant yang dikabutkan ini dalam evaporator diatur oleh tingkat pendinginan yang harus dilakukan dibawah temperatur pengabutan. Untuk itu, penting untuk mengontrol jumlahrefrigerant yang dibutuhkan dengan melakukan pengecekan yang benar.


Evaporasi

Pada proses evaporasi, refrigerant dirubah dari cairan ke gas dalam evaporator. Cairan refrigerant dikabutkan oleh hisapannya sendiri dimana saat proses evaporasi panas latent dibutuhkan dari udara disekitar evaporator. Udara melepaskan panas untuk didinginkan, dan dialirkan ke dalam ruang dalam kendaraan oleh kipas pendingin sambil menurunkan temperatur ruangan itu. Cairan refrigerant itu disalurkan dari expansion valvedi dalam evaporator kemudian sekaligus menjadi uap refrigerant, dan perubahan itu terjadi berulang kali dari kondisi cair ke gas. Tekanan dan temperatur dalam perubahan itu selalu berkaitan, jika tekanan di-set maka temperatur juga akan diatur. Untuk pengabutan yang dilakukan saat temperatur lebih rendah dari perubahan itu (Cair -> Gas) dalam kondisi seperti diatas, tekanan dalam evaporator juga harus dibuat tetap rendah. Karena itu, gas dari refrigerant yang dikabutkan haruslah dikurangi secara terus menerus keluar evaporator oleh hisapan kompresor.