Siklus Rankine dengan pemanasan ulang

            Dalam siklus ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensi turbin.

Siklus Rankine regeneratif

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.

Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik seperti n-pentana atau toluene menggantikan air dan uap. Penggunaan kedua jenis fluida tersebut akan mengurangi suplai panas yang dibutuhkan karena rendahnya titik didih dari kedua jenis fluida tersebut sehinggaenergi matahari sudah cukup untuk mengubah fase fluida tersebut. Meski efisiensi Carnot akan berkurang, namun pengumpulan panas yang dilakukan pada temperatur rendah akan mengurangi banyak biaya operasional.

Siklus Rankine sesungguhnya tidak membatasi fluida jenis apa yang digunakan karena pada dasarnya siklus Rankine adalah mesin kalor sehingga efisiensinya dihitung berdasarkan efisiensi Carnot. Konsepnya tidak boleh dipisahkan dengan siklus termodinamika.

Siklus Rankine Ideal Sederhana

Siklus Rankine ideal sederhana terdiri dari :

1.      Boiler sebagai alat pembangkit uap

2.      Turbin uap sebagai alat mengubah uap menjadi kerja

3.      Kondensor sebagai alat pengembun uap

4.      Pompa boiler sebagai alat memompa air ke boiler

Skema siklus Rankine ideal sederhana dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini.

Gambar 5 skema siklus Rankine ideal sederhana

Skema pada gambar 5 dapat digambarkan garis kerjanya pada diagram T-s seperti pada gambar 6 berikut ini.

Proses 2 – 3 adalah proses ekspansi isentropis (adiabatis reversibel) yang berlangsung di dalam turbin uap. Pada proses ini terjadi kerja keluar sistem (W_out)

Proses 3 – 4 adalah proses pada tekanan konstan yang berlangsung di dalam kondensor. Pada proses ini kalor keluar dari sistem (pembuang kalor) (Q_out).

Proses 4 – 1 adalah proses penekanan secara isentropis oleh pompa. Pada proses ini kerja masuk ke dalam sistem (W_in).

Pada siklus Rankine ideal sederhana. Air dipompa oleh pompa pengisi boiler ke dalam boiler. Pompa yang bertugas untuk memompakan air ke dalam boiler disebut feed water pump. Pompa ini harus dapat menekan air ke boiler dengan tekanan yang cukup tinggi (sesuai dengan tekanan kerja siklus). Secara ideal pompa bekerja menurut proses isentropis (adiabatis reversibel) dan secara aktual pompa bekerja menurut proses adiabatis irreversibel.

Di dalam boiler, air yang bertekanan tinggi dipanaskan hingga menjadi uap panas lanjut, prosesnya adalah sebagai berikut:

1.      Ekonomiser, air pertama-tama masuk ke ekonomiser. Ekonomier berfungsi sebagai pemanas awal. Sesuai namanya alat ini berfungsi untuk meningkatkan efisiensi boiler dengan cara menggunakan panas sisa gas buang untuk memanaskan awal air yang masuk ke boiler.

2.      Evaporator, dari ekonomiser, air masuk ke drum penampung air di evaporator. Di dalam evaporator air dipanaskan melalui pipa-pipa evaporasi hingga berubah menjadi uap. Uap air yang keluar dari evaporator adalah uap jenuh.

3.      Superheater, selanjutnya uap jenuh dari evaporator masuk ke superheater. Superheater adalah alat penukar kalor yang dirancang khusus untuk memanaskan uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan menggunakan gas panas hasil pembakaran. Uap panas lanjut yang keluar dari superheater siap digunakan untuk memutar turbin uap.

Uap panas lanjut dari boiler kemudian dialirkan ke turbin uap melalui pipa – pipa uap. Di dalam turbin uap , uap panas lanjut diekspansikan dan digunakan untuk memutar rotor turbin uap. Proses ekspansi di dalam turbin uap berlangsung melalui beberapa tahap yaitu :

1. Proses ekspansi awal di dalam turbin tekanan tinggi (roda Curtis)

Uap panas lanjut yang bertekanan tinggi diekspansikan di nosel dan kemudian digunakan untuk memutar roda Curtis. Roda Curtis adalah turbin uap jenis turbin implus. Pada roda Curtis terjadi penurunan tekanan yang signifikan.

2. Proses ekspansi pada turbin tingkat menengah.

Turbin tingkat menengah menggunakan turbin jenis reaksi dan tersusun atas beberapa tingkat turbin.

3. Proses ekspansi tingkat akhir.

Pada tingkat akhir ini uap terus diekspansikan hingga tekanan sangat rendah (biasanya dibawah tekanan atmosfir ) dengan bantuan kondensor.

Putaran poros yang dihasilkan dari proses ekspansi uap panas lanjut di dalam turbin digunakan untuk memutar beban. Beban dapat berupa generator listrik seperti di PLTU atau propeler (baling-baling) untuk menggerak kapal.

Uap tekanan rendah dari turbin uap mengalir ke kondensor. Di dalam kondensor, uap didinginkan dengan media pendingin air hingga berubah fase menjadi air. Kemudian air ditampung di dalam tangki dan dipisahkan dari gas-gas yang tersisa dan siap untuk dipompa ke dalam boiler oleh pompa pengisi boiler. Proses ini terus berlanjut dan berulang membentuk sebuah siklus yang disebut siklus Rankine. Pada siklus Rankine ideal, Ke 4 alat dianggap bekerja pada kondisi Steady flow.

Siklus Pemanasan Ulang Peningkatan efisiensi dapat pula dicapai dengan mempergunakan proses pemanasan ulang. Turbin uap tebagi dua bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT) dan bagian Tekanan Rendah (TR). Uap yang telah dipakai pada taraf pertama meninggalkan bagian TT pada titik 3 dan dialirkan kembali ke boiler untuk pemanasan ulang, kemudian dimasukkan kembali ke turbin pada titik 4 dan dipakai oleh bagian TR turbin uap tersebut. Luas 1-2-3-4-5-6 dari gambar 2.3b yang “mewakili” jumlah energi yang dimanfaatkan, dengan demikian menjadi lebih besar, dan daya guna atau efisiensi termal dari pusat tenaga listrik menjadi lebih besar pula. Untuk mesin-mesin yang lebih besar, pemanasan ulang dapat dilakukan hingga dua kali, dan turbin uap terbagi atas tiga bagian, yaitu bagian Tekanan Tinggi (TT), Tekanan Menengah (TM), dan Tekanan Rendah (TR). Keuntungan dari pemanasan kembali adalah untuk menghindari terjadinya korosi dan pengikisan, peningkatan kualiltas uap, peningkatan efisiensi sudu dan nosel, efisiensi panas, dan daya keluaran. Tetapi biaya yang diperlukan untuk pemanasan kembali lebih besar dibandingkan dengan keuntungan yang didapat dari peningkatan efisiensi panas, disamping itu pemeliharaan menjadi lebih banyak. 

Cara Membuat Nuklir Sederhana

Kata Nuklir merupakan sesuatu yang menyeramkan serta dapat menimbulkan berbagai bencana dahsyat, bayangan ini nampaknya yang sering terbayang ketika menanggapi rencana pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir di berbagai negara dunia khususnya Indonesia. hal ini bisa jadi benar namun semua teknologi pasti mempunyai dampak yang baik maupun buruk tergantung bagaimana dan untuk apa penggunaan teknologi tersebut, senjata nuklir tentu sangat berbahaya karena dapat melenyapkan sebuah Negara atau bahkan planet bumi, namun sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir adalah sebuah hal yang sangat membantu untuk melayani energi listrik yang mendukung kegiatan manusia dalam berkarya. melihat dari hal tersebut marilah coba kita lihat sebuah cara membuat nuklir sederhana. Pada reaktor nuklir terjadi pembangkitan panas yang dihasilkan dari reaksi nuklir dengan bahan bakar uranium U-235 perbandinganya adalah 1 kg uranium pada reactor nuklir sama dengan 3000 ton batu bara pada pembangkit listrik tenaga batu bara. jadi apabila melihat dari perbandingan nuklir dengan batu bara ini maka dapat dilihat cara mana yang lebih baik karena pada pembangkit listrik tenaga uap dengan batu bara mungkin tidak terlalu banyak resiko dan membutuhkan teknologi canggih, namun penggunaan batu bara sebenarnya merupakan sebuah pemborosan dan banyak menghasilkan polusi. jadi pada reaktor nuklir yang dimanfaatkan adalah panas yang dihasilkan oleh reaksi nuklir tersebut. pembangkitan panas dapat terjadi dengan berbagai cara yang merupakan hasil uji coba pada aktifitas inti atom.

  

Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga Nuklir ( PLTN ) Pada prinsipnya pembuatan listrik tenaga nuklir adalah pemanfaatan reaksi nuklir yang terjadi untuk memanaskan air dalam sebuah gentong sehingga menimbulkan uap, selanjutnya uap tersebut dialirkan melalui pipa-pipa untuk menggerakan turbin-turbin, nah.. turbin tersebut kemudian dihubungkan kepada generator – generator raksasa yang berfungsi untuk mengubah energi gerak mekanik menjadi energi listrik, karena pada dasarnya ada tiga hal yang dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik yaitu air, angin dan uap. sehingga yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana cara mendapatkan air, angin dan uap tersebut yang dalam teknologi nuklir ini uap dihasilkan oleh PLTN untuk menghasilkan listrik. Hal inilah yang menjadi alasan bahwa Indonesia adalah negara yang kaya akan nuklir meskipun secara nyata belum membuatnya karena kehadiran nuklir tersebut dapat digantikan oleh gunung berapi atau panas bumi untuk menghasilkan Uap sehingga dapat dihasilkan energi listrik, yang menjadi masalah adalah banyaknya tenaga ahli nuklir Indonesia yang bekerja di luar negeri atau belum mau atau siapnya sumber daya menusia untuk mengolah kekayaan negara tersebut sehingga banyak berdatangan bangsa asing untuk mengolahnya dengan alasan investasi, jadi silahkan belajar cara membuat nuklir sederhana sampai penemuan terbaru untuk kemajuan bangsa.

Intensitas Radiasi, Perumusan Rayleigh dan Jeans

Fisika klasik menyatakan bahwa spektra radiasi benda hitam adalah kontinu, dan mereka aggal menjelaskan radiasi benda hitam. Planck justru mengemukakan gagasan baru yang radikal dan bertenteangan dengan fisika klasik, dengan menyatakan bahwa energy radiasi benda hitam adalah terkuantitasi ( diskret ). Pernyataan radikal inilah yang menandai lahirnya teori kuantum. Karena itu, teori fisiska sebelum tahun 1900 disebut fisika kalsik , sedangkan teori fisika sesudah tahun 1900 disebut fisika modern. Kurva yang didapatkan dari percobaan sebelumnya merupakan hasil yang empiris, yakni diperoleh dan disimpulkan sebagai hasil pengamatan atau percobaan.Pada masa itu para ilmuwan mencoba mencari penjelasan atas kenyataan empiris tersebut.Pada masa tersebut pula dua ilmuwan, yakni Lord Rayleigh (1842-1919) dan Sir James Hopward Jeans (1877-1946) mencoba menggunakan teori kinetik gas dalam fisika klasik untuk mengolah hasil empiris tersebut. Menurut fisika klasik mengenai ekuipartisi energi, energi rata-rata setiap derajat kebebasan pada suhu T adalah ½ kT. Maka energi total untuk setiap getaran gelombang menjadi kT, dengan k adalah tetapan Stefan-Boltzmann. Meskipun mustahil untuk dapat menghitung besarnya kecepatan setiap partikel gas dalam suatu ruang, teori maxwell dapat mengaitkan kecepatan setiap partikel tersebut terhadap banyaknya partikel di dalam suatu kotak dan dijabarkan melalui kurva distribusi Maxwell.Disini Rayleigh-Jeans melihat bahwa kurva yang dijabarkan oleh maxwell serupa dengan hasil yang diperoleh pada intensitas spektrum radiasi kalor Karena sebaran energi kinetik diwakili oleh sebaran kecepatan karena energi kinetik dapat dinyatakan dalam kecepatan.Oleh karena itu mereka beranggapan bahwa ada kemiripan antara sifat panas benda dan radiasi kalor. yang kecil berada dalam wilayah panjang gelombang ultraviolet.l mengecil. Penyimpangan persamaan Rayleigh-Jeans yang sangat jauh ini selanjutnya diberi istilah katastropi ultraviolet karena l mendekati nol. Hal ini sangat menyimpang dari hasil empiris yang menunjukkan bahwa intensitas akan mendekati nol jika l yang mengecil, intensitas akan membesar. Bahkan intensitas akan menuju tak hingga jika l yang besar. Akan tetapi hasil matematis yang didapatkan mereka untuk l mendekati tak hingga maka intensitas akan mendekati nol. Hal ini sesuai dengan hasil empiris untuk l yang membesar, intensitas akan semakin kecil dan jika lBerdasarkan prinsip ekuipartisi energi, persaman matematis yang didapatkan oleh Rayleigh dan Jeans menunjukkan bahwa untuk Hal tersebut disebabkan mereka beranggapan bahwa energi yang dimiliki oleh setiap spektrum gelombang bersifat kotinu. Artinya, energi gelombang dapat memiliki sembarang nilai dalam batas yang ditentukan.Sehingga didapatkan nilai energi yang mungkin dengan jumlah yang tak terhingga.Dan anggapan tersebut menghasilkan suatu fungsi yang mengakibatkan ketidaksesuaian dengan hasil eksperimen pada panjang gelombang pendek.

Teori Langevin dan Teori Brillouin

Perhatikan gambar 3.2.a dan 3.2.b berikut. Gambar 3.2.a menunjukkan lukisan sebuah sistem paramagnetik atau sebuah kristal Mg dengan magnet elementer atau dipol magnetik (μ i) yang arahnya acak tak keruan. Akibatnya apa ? Akibatnya kristal Mg tidak memiliki kemagnetan atau magnetisasi (M). Dengan demikian dapat dituliskan: Gambar 3.2.b melukiskan sebuah kristal Mg yang berada dalam medan magnet luar dengan induksi magnetik B. Akibatnya apa ? Akibatnya, magnet elementer atau dipol magnetik terorientasi searah dengan arah kuat medan magnet luar, sehingga μ ≠ 0 dan = ≠ 0 V M µ .

ANOMALI AIR

Pengertian Anomali Air | Apa itu anomali air? Anomali air adalahpengecualian (anomali) yang dialami air saat didinginkan atau dipanaskan. Pada saat dipanaskan dari 0°C sampai 4°C, air mengalami pengerutan (pengecilan volume) sehingga massa jenisnya meningkat. Keadaan ini berbeda dengan zat cair pada umumnya. Pada saat suhunya berada antara 4°C sampai 100°C, air menampilkan perilaku yang sama dengan zat cair lainnya, yaitu memuai atau terjadi penurunan massa jenis. Selain air, parafin dan bismuth juga menampilkan keadaan yang sama dengan yang ditunjukkan air. Perubahan volume dan massa jenis air saat dipanaskan dapat dilihat pada gambar berikut ini: Sekian uraian tentang Pengertian Anomali Air, semoga bermanfaat.

Syarat-syarat Termometri

Untuk mengukur temperatur suatu benda dapat digunakan zat yang sifat fisisnya (thermometric property-nya) dapat berubah karena perubahan temperatur. Diharapkan perubahan sifat fisis ini semaksimal mungkin dapat menunjukkan perubahan-perubahan temperatur yang sekecil mungkin. Oleh sebab itu, dalam pengukuran temperatur (termometri) dengan menggunakan perubahan sifat fisis suatu zat diperlukan syarat-syarat termometri sebagai berikut. \ 1. Zat yang digunakan, 2. Sifat fisis zat (thermometric property), dan 3. Tingkatan kuantitatif yang menyatakan besar kecilnya temperatur. Ketiga syarat termometri ini saling kait mengait sulit untuk dipisahkan. Sifat fisis tergantung pada zat yang digunakan, sedangkan batas-batas ukuran kuantitatif yang dapat dicapai termometer bergantung kepada zat dan sifat fisis zat yang digunakan. Oleh sebab itu, dalam pembuatan termometer harus diperhatikan ketiga syarat termometri tersebut. Adapun zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain: 1. zat padat, misalnya: platina dan alumel. 2. zat cair, misalnya: airraksa (raksa) dan alkohol. 3. zat gas, misalnya: udara, zat air, dan zat lemas. Sifat-sifat fisis zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain: 1. perubahan volume gas. 2. perubahan tekanan gas. 3. perubahan panjang kolom cairan. 4. perubahan harga hambatan listrik atau hambatan jenis. 5. perubahan gaya gerak listrik. 6. perubahan harga kuat arus listrik. 7. perubahan intensitas cahaya karena perubahan temperatur. 8. perubahan warna zat. 9. perubahan panjang dua logam yang berlainan jenisnya. Tingkatan yang menyatakan besar kecilnya temperatur ditunjukkan oleh nilai atau harga temperatur. Penentuan harga ini harus dapat direproduksi, artinya, jika temperatur dari suatu keadaan sudah dinyatakan dalam suatu harga, misalnya 500C, maka setiap kali kita memperoleh harga itu, keadaan sesungguhnya harus tepat sama dengan keadaan semula atau sebaliknya. Dalam pengukuran temperatur ada korespondensi timbal balik antara keadaan temperatur dan angka atau harga temperatur itu serta keajegan penunjukkannya. Untuk ini diperlukan suatu patokan yang tetap. Dengan patokan harga yang tetap, pengertian tentang patokan itu sendiri, dan perkembangan ilmu yang mendasarinya, maka timbul bermacam-macam jenis termometer, timbul berbagai macam derajat temperatur, dan masalah-masalah lainnya yang berkaitan dengan pengukuran temperatur. Oleh sebab itu, akan dibahas tentang jenis-jenis termometer, derajat temperatur, dan skala temperatur.

Siklus Gabungan

Siklus gabungan ialah dimana adanya persamaan antara siklus motor bensin dengan siklus motor diesel di dalam proses pembakaran di dalam silinder ,dapat kita lihat dibawah ini. proses siklus: 0-1 : Pemasukan BB pd P konstan 1-2 : Kompresi Isentropis 2-3a : Pemasukan kalor pd V konstan 3a-3 : Pemasukan Kalor pd P konstan 3-4 : Ekspansi Isentropis 4-1 : Pembuangan kalor pd V konstan 1-0 : Pembuangan gas buang pd P konstan 1. SIKLUS MOTOR BENSIN Siklus Otto merupakan siklus motor bakar yang banyak digunakan untuk motor bakar dengan bahan bakar bensin, ditunjukkan pada gambar 2–12. Ada beberapa proses yang berlangsung pada siklus Otto ini seperti pada gambar diatas yaitu: Proses 0 – 1 yaitu pembukaan katup isap dan pengisapan campuran udara bahan bakar ke dalam silinder. Proses 1 – 2 yaitu proses kompresi yang berlangsung secara isentropic (adiabatic reversible) dimana seluruh katup isap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Udara dan bahan bakar dimampatkan, dimana temperature dan tekanan pada tingkat 2 lebih tinggi dari tingkat 1. Proses 2 – 3 yaitu proses pembakaran yang berlangsung secara isovolumetrik (volume konstan). Pada proses ini terjadi pengapian campuran bahan bakar dan udara oleh busi. Kalor dipindahkan ke system yang mengakibatkan peningkatan temperature, tekanan dan entropi. Jumlah perpindahan kalor ke system adalah: Q2-3 = m . cv . (T3 – T2) ……………………………………………………. 2.3. Dimana : m : massa (kg) cv : Kalor spesifik volume konstan (J/kg-mol K) T : Temperatur. Proses 3 – 4 yaitu proses ekspansi yang berlangsung secara isentropic. Dimana gas hasil pembakaran berekspansi secara isentropic dan juga disebut langkah kerja dimana tekanan dan temperature akan menurun. Hingga akhir proses ekspansi, katup isap dan buang tetap tertutup.Karakteristik motor 4 tak : 1. Bahan bakarnya hemat. 2. Gas bekasnya lebih bersih (emisinya rendah). 3. Kontrusinya rumit, karena adanya klep, sehingga harganya mahal dan perawatannya sulit. Karakteristik motor 2 tak : 1. Bahan bakarnya boros. 2. Gas bekasnya kotor (emisinya tinggi). 3. Konstruksinya sederhana, sehingga harganya murah dan perawatannya mudah.

Intensitas Radiasi, Teori Max Planck

Teori Wien cocok dengan spektrum radaisi benda hitam untuk panjang gelombang yang pendek, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang panjang.Teori Rayleigh-Jeans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombnag yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek.Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam.Inilah dilema fisika klasik di mana Max Planck mencurahkan seluruh perhatiannya. Teori spektrum radiasi benda hitam Rayleigh dan Jeans yang meramalkan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang rendah (atau dikenal dengan ramalan bencana ultraungu).Ramalan bencana ultraungu dapat dipecahkan oleh teori Planck yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket atau kuanta. Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan teorinya tentang radiasi benda hitam yang sesuai dengan hasil eksperimen.Planck menganggap bahwa gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator di rongga.Getaran yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan kembali oleh atom-atom.Planck sampai pada kesimpulan bahwa energy yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu.Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta. Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data hasil eksperimennya.Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck.Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum (foton) sebanding dengan frekuensi radiasinya.
 Rumusannya adalah: Energi minimum (hf) yang diradiasikan osilator disebut dengan kuantum energi.

Pompa Kalor

Pompa kalor adalah mesin yang memindahkan panas dari satu lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Sebagian besar teknologi pompa kalor memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari es, freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya. Pompa kalor bisa disamakan dengan mesin kalor yang beroperasi dengan cara terbalik. Satu tipe yang paling umum dari pompa kalor dengan menggunakan sifat fisik penguapan dan pengembunan suatu fluida yang disebut refrigeran. Pada aplikasi sistem pemanasan, ventilasi, dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas bisa dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -5 oC (23 oF). Cara kerja Berdasarkan pada hukum kedua termodinamika, panas tidak bisa secara spontan mengalir dari sumber bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur tinggi; suatu kerja dibutuhkan untuk melakukan ini. Pompa kalor berbeda dalam hal bagaimana mereka mengaplikasikan kerja tersebut untuk memindahkan panas, namun pada dasarnya pompa kalor adalah mesin kalor yang bekerja secara terbalik. Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya, pompa kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih dingin ke lokasi yang lebih panas. Sejak pompa kalor menggunakan sejumlah kerja untuk memindahkan panas, sejumlah energi yang dibuang ke lokasi yang lebih panas mengandung kalor yang lebih tinggi dari pada sejumlah kalor yang diambil dari sumber dingin. Satu tipe pompa kalor bekerja dengan mengeksploitasi sifat fisik penguapan dan pengembunan fluida yang disebut refrigran. Fluida yang bekerja, pada keadaan gasnya, diberi tekanan dan disirkulasikan menuju sistem dengan kompresor. Pada satu sisi dari kompresor, di mana gas dalam keadaan panas dan bertekanan tinggi, didinginkan di penukar panas yang disebut kondenser, hingga fluida itu mengembun pada tekanan tinggi. Refrigeran yang telah mengembun melewati alat penurun tekanan yang dapat dilakukan dengan memperluas volume saluran (memperlebar saluran atau memperbanyak cabang), atau juga bisa dengan penghambat berupa turbin. Lalu, refrigeran yang berbentuk cair masuk ke sistem yang ingin didinginkan. Dalam proses pendinginan itu, refrigeran mengambil panas sehingga refrigeran kembali menguap dan sistem menjadi dingin. Dalam sistem seperti ini, sangat penting bagi refrigeran untuk mencapai suhu tinggi ketika diberi tekanan, karena panas sulit bertukar dari fluida dingin ke lokasi yang lebih panas secara spontan. Dalam hal ini, refrigeran harus bersuhu lebih tinggi dari temperatur penukar panas. Dengan kata lain, fluida harus bertekanan rendah jika ingin mengambil kalor dari suatu sistem dan menguap, dan fluida harus bertekanan tinggi jika ingin membuang kalor dan mengembun. Hal ini sesuai dengan persamaan gas ideal yang menyatakan bahwa temperatur berbanding lurus dengan tekanan. Jika hal ini tercapai, efisiensi tertinggi akan tercapai. Refrigeran Hingga tahun 1990, refrigeran yang biasa digunakan adalah jenis klorofluorokarbon (CFC) yang memakai nama dagang Freon. Pembuatan CFC dihentikan pada tahun 1995 karena kerusakan lapisan ozon yang disebabkan CFC. Setelah CFC dilarang digunakan, penggunaan amonia meluas, lalu diikuti dengan propana dan butana yang kurang korosif, juga isobutana yang saat ini digunakan secara luas. Jenis fluida lainnya yang dapat digunakan sebaga refrigeran adalah karbon dioksida, hidrogen, helium, dan nitrogen. Penggunaan mereka pada umumnya dalam industri yang menyediakan teknologi pendingin yang menggunakan gas-gas tersebut. Koefisien performa Membandingkan kerja suatu pompa kalor berarti bukan membicarakan efisiensi, namun koefisien performa, meski secara luas mengandung arti sama, yaitu seberapa baik performa / kinerja dibandingkan dengan kerja yang dilakukan. Koefisen performa adalah rasio seberapa besar panas yang dipindahkan dibandingkan dengan kerja yang diberikan. Semakin besar panas yang dapat dipindahkan dengan sejumlah kerja demikian, maka koefisien performa semakin tinggi

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap disebut Cp. Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan : C = Q/ΔT (1–18) Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik. Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (V). Perumusan kedua pada kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut. Cp = QP/ΔT dan CV = QV/ΔT (1–19) Jika besaran QP dan QV dimasukkan ke dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika, akan didapatkan persamaan berikut. a. Pada proses isokhorik QV = ΔU + W (1–20) Oleh karena dalam proses ini volume sistem tetap (ΔU = 0) maka usaha sistem W = 0 sehingga didapatkan persamaan : QV = ΔU (1–21) b. Pada proses isobarik QP = ΔU + W Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( Δp + 0), usaha sistem W = p ΔV. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan QP = ΔU + p ΔV (1–22) Dengan melakukan substitusi Persamaan (1–21) ke Persamaan (1–22) dapat dituliskan persamaan Qp = ΔU + p ΔV atau Qp – QV = p ΔV (1–23) Selanjutnya, jika Persamaan (9–19) disubstitusikan Persamaan (1–23) akan diperoleh persamaan (Cp ΔT) – (CV ΔT) = p ΔV (Cp CV)ΔT = p ΔV Cp – CV = p ΔV / ΔT (1–24) Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT, Persamaan (1–24) dapat dituliskan menjadi Cp – CV = nR (1–25) Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan : ΔU = 3/2 nRΔT Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (QV = ΔU) dapat dituliskan sebagai : CV = 3/2 nR (9–26)

Percobaan Hukum Pascal

hukum archimedes tentang fluida

Siatem Paramagnetik

Sistem paramagnetik merupakan gas, cairan, padatan, atau campuran dari dua atau tiga wujud tersebut yang memiliki kuat medan magnet luar yang disebut induksi magnetik (B) yang mempengaruhi kemagnetan atom-atom atau magnetisasi (M). Sedangkan temperatur sistem paramagnetik mempengaruhi orientasi atom-atom sistem paramagnetik dan orientasi atomatom ini akhirnya mempengaruhi magnetisasi.

 Jadi sistem paramagnetik minimal mempunyai tiga koordinat sistem, yaitu: induksi magnetik luar (B), Magnetisasi (M), dan temperatur sistem paramagnetik (T). Sedangkan contoh sistem paramagnetik misalnya: Aluminum (Al), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), dan Chromium (Cr). 

Untuk jelasnya, ditinjau sebuah kristal Mg yang memiliki banyak atom, misalnya sebanyak m buah atom. Andaikan kristal ini dibiarkan begitu saja, maka kristal tetap dalam kondisi netral. Jika dipandang dari segi kemagnetannya, atom-atom Mg merupakan momen atau dipol magnetik (μ i) yang tertentu, sehingga dipol magnetik totalnya adalah:




 Namun, karena arah dipol magnetik berbeda-beda (berorientasi secara acak) sedemikian rupa, sehingga magnetisasinya tidak ada atau sama dengan nol. Atom-atom tidak terlihat mata, maka atom-atom yang bersifat magnet atau dipol magnetik ini merupakan magnet-magnet kecil sekali yang disebut magnet elementer. 

Karena arah magnet elementer berbeda-beda sedemikian rupa, sehingga kemagnetan kristal Mg juga tidak tampak atau kemagnetannya sama dengan nol, sehingga magnetisasinya juga sama dengan nol. Pada hakikatnya momen magnetik atau dipol magnetik bersumber pada elektron yang mengelilingi inti dalam kulit atau sub kulit yang tidak penuh seluruhnya. Momen magnetik atom dinyatakan dalam satuan yang disebut sebagai magneton Bohr, yaitu:
μB ≈ 9 x 10 – 24 A m2 . . . . . (3.11) 

Andaikan sistem paramagnetik yang berupa kristal Mg diperlakukan, misalnya diberi medan magnet luar yang kuat dengan induksi magnetik B, maka dipol magnetik atau magnet elementer arahnya akan terorientasi searah dengan medan magnet luar. Dengan demikian, sistem paramagnetik memiliki suatu besaran atau koordinat yang menyatakan kuat medan magnet luar yang disebut induksi magnetik B. 

 Tanpa medan magnet luar, sepotong kristal paramagnetik tidak memiliki apa yang dinamakan kemagnetan atau magnetisasi M, karena masing-masing magnet elementer atau dipol magnetik berorientasi acak. Karena ada medan magnet luar, maka magnet elementer atau dipol magnetik terorientasi searah dengan arah medan magnet luar. Boleh dinyatakan, magnet-magnet elementer atau dipol magnetik akan berusaha menyejajarkan (menjajarkan) diri dengan medan magnet luar. 

Dengan demikian magnetisasi M merupakan koordinat kedua sistem paramagnetik. Koordinat ketiga sistem paramagnetik adalah temperatur (T). Mengapa demikian ? Karena penyejajaran (penjajaran) magnet elementer atau dipol magnetik (μ i) oleh kuat medan magnet luar dengan induksi magnetik B ditentang oleh temperatur (T). 

Maksudnya, karena atomatom dalam suatu kristal senantiasa bergetar, sedangkan kenaikan temperatur menyebabkan getaran semakin hebat, maka semakin tinggi temperatur semakin acak orientasi magnet elementer atau dipol magnetiknya, sehingga magnetisasinya (M) semakin kecil.