Dokumen tersebut membahas tentang mata kuliah Fisika II yang mencakup topik termometri dan kalorimetri, perpindahan panas, gas ideal dan teori kinetik gas ideal, hukum termodinamika pertama dan kedua, serta penerangan dan optika. Topik-topik tersebut diajarkan untuk memberikan pemahaman tentang fenomena alam seperti panas, perpindahan panas, dan konsep dasar termodinamika."

1. 1
Teknik Industri
MATA KULIAH
FISIKA II (ENGINEERING PHYSICS)
Beban Studi : 3 sks
Sifat : Wajib
Silabus :
Termometri dan kalorimetri, Perpindahan panas, gas ideal dan
teori kinetik gas ideal. Hukum pertama termodinamika, entropi dan
hukum kedua termodinamika. Penerangan dan fotometri, pantulan
dan pembiasan cahaya. Lensa dan peralatan optik. Interfrensi dan
difraksi cahaya.
Tujuan :
Memberikan pengetahuan dan pemahaman kepada mahasiswa
tentang fenomena alam berupa panas sebagai energi: Pengaruh
panas terhadap pemuaian benda. Kuantitas panas dan dasar-dasar
perpindahan panas. Konsep dasar Termodinamika.
Pustaka : Frederick J. Bueche. Seri Buku Schaum,Teori Dan Soal-Soal
Fisika. Penerbit Erlangga, Jakarta 10430.
Bresnick, Stephen. HIGH Yield Physics, Williams dan Wilkins Inc,
227 East Washington Square, Philadelphia, PA 19106, USA,
Copyright@1996.

2. 2
Teknik Industri
BAB I
TERMOMETRI DAN KALORIMETRI
A. TERMOMETRI
Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun
perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang
berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada
bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa.
Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda. Alat yang digunakan untuk
mengukur suhu disebut termometer.
Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan
benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya.
Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun
dilepaskan oleh suatu benda. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran
dalam satuan derajat panas.
Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia perancis
yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan Kalori
(kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kal sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk
memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.
Macam – Macam Thermometer :
Berdasarkan Zat Termometrik yang digunakan, thermometer digolongkan menjadi
beberapa jenis yaitu :
1. Termometer Zat Cair
Prinsip kerja : perubahan/ pemuaian volume zat termometrik
Zat cair yang digunakan biasanya RAKSA dan ALKOHOL
2. Termometer Hambatan
Prinsip kerja : perubahan hambatan logam konduktor terhadap suhu
3. Termometer Gas
Prinsip kerja : pengaruh suhu terhadap tekanan gas.

3. 3
Teknik Industri
Keuntungan menggunakan RAKSA :
1. Mudah dilihat karena mengkilap
2. Pemuaian teratur
3. Tidak membasahi dinding kaca
4. Jangkauan suhu besar (- 40 0
C sampai 350 0
C)
5. Penghantar panas yang baik
Kerugian menggunaan RAKSA :
1. Harga mahal
2. Tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu di daerah kutub
3. Raksa bersifat racun sehingga berahaya jika tabungnya pecah
Keuntungan menggunakan ALKOHOL :
1. Harganya murah
2. Pemuaianya besar untuk kenaikan suhu kecil/ lebih teliti
3. Dapat digunakan untuk mengukur suhu di daerah kutub (titik beku - 112 0
C)
Kerugian menggunakan ALKOHOL :
1. Titik didihnya rendah (78 0
C)
2. Tidak berwarna sehingga harus diberi warna agar mudah dilihat
3. Membasahi dinding kaca
Berdasarkan kegunaannya ada beberapa jenis thermometer, yaitu :
1. Thermometer Klinis
yaitu termometer yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh
skala : 35 0
C – 42 0
C
Thermometer klinis
Air raksa
Macam-macam thermometer dengan zat pengisi alkohol

4. 4
Teknik Industri
2. Thermometer Dinding
yaitu termometer yang digunakan untuk mengukur suhu ruang
skala : - 50 0
C – 50 0
C
3. Thermometer Maksimum dan Minimum
yaitu thermometer yang digunakan untuk mengukur suhu terendah dan
tertinggi pada rumah kaca
memiliki 2 skala, yaitu skala minimum pada pipa kiri dan skala maksimum
pada pipa kanan
SIFAT TERMOMETRIK ZAT
adalah sifat-sifat zat yang berubah ketika suhunya berubah.
Sifat-sifat tersebut antara lain :
warna, volume, tekanan, dan daya hantar listrik
Untuk mengukur suhu suatu benda digunakan thermometer. Jenis zat cair yang paling
banyak dipakai untuk mengisi tabung termometer adalah raksa.
Kelebihan raksa dibanding zat cair lainnya antara lain:
1. Keseimbangan termal terhadap zat yang akan diukur lebih cepat.
2. Memiliki titik beku rendah, yaitu –39 o
C dan titik didih tinggi, yaitu 357 o
C
3. Memiliki kenaikan volume yang teratur pada saat terjadi perubahan suhu.
4. Mudah dilihat karena raksa mengkilat.
Thermometer maksimum minimum
Thermometer dinding

5. 5
Teknik Industri
Membandingkan skala Termometer Celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin.
273373
273
32212
32
080
0
0100
0 KFRC
Penetapan Skala
1. Termometer Celcius
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 100. Daerah
antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 100 skala.
2. Termometer Reamur
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah
antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.
3. Termometer Fahrenheit
Titik lebur es diberi angka 32, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah
antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 180 skala.
4. Termometer Kelvin
Titik lebur es diberi angka 0, sedangkan titik didih air diberi angka 212. Daerah
antara kedua titik tetap ini dibagi dalam 80 skala.
Perbandingan pembagian skala C, R, dan F
C : R : F : k = 100 skala : 80 skala : 180 skala atau C : R : F: K = 5 : 5 : 4 : 9 : 5
Suhu dalam skala derajat Celcius menunjukkan angka 30o
C. Berapakah angka yang
ditunjukkan dalam skala derajat Reamur !
C : R : F : k = 5 : 4 : 9 : 5

6. 6
Teknik Industri
a. Hubungan antara C dengan R:
Cara 1:
080
0tR
=
0100
030
80
tR
=
100
30
100 x tR = 80 x 30
100 x tR = 2400
tR = 2400 / 100 = 24o
R.
Cara 2 :
tR = 4/5 x 30 + 0
= 0,8 x 30
= 24o
R
Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0
K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari
tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol
absolut (ketika gerakan molekuler berhenti), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273, 16
dari suhu termodinamik triple point air (0,01 °C).
Rumus konversi suhu Kelvin
Konversi dari Ke Rumus
Kelvin Fahrenheit o
F = K x 1,8 – 459,67
Fahrenheit Kelvin K = ( o
F + 459,67) / 1,8
Kelvin Celsius o
C = K – 273,15
Celsius Kelvin K = o
C + 273,15
Satuan dasar untuk suhu (temperature) pada sistem Inggris didefinisikan sebagai
Rankin.
Antara derajat Fahrenheit (o
F) dan Rankin mempunyai hubungan yaitu 0°R = - 460 o
F.
Derajat suhu mutlak (temperature absolut) yaitu Rankin, karena tidak mungkin ada suhu
lebih dingin daripada 0°R.

7. 7
Teknik Industri
PEMUAIAN
Pemuaian adalah volume suatu benda yang bertambah luas, panjang atau lebar karena
terkena panas. Pemuaian tiap-tiap benda berbeda, tergantung suhu di sekitar dan
koefisien muai atau daya muai benda tersebut.
Benda tersebut akan mengalami :
a. Muai panjang apabila benda itu hanya memiliki ukuran panjang saja.
b. Muai luas terjadi pada benda apabila benda itu memiliki ukuran panjang & lebar.
c. Muai volume terjadi apabila benda itu memiliki ukuran panjang, lebar, & tinggi.
Jadi pemuaian adalah suatu pertambahan panjang dan lebar suatu benda yang
disebabkan oleh kalor (panas).
PEMUAIAN ZAT PADAT
a. Pemuaian panjang
Koefisien muai panjang ( ) didefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan
panjang zat ( 1), untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu ( T)
To .
atau To.1.1
oT 111 ).1(11 ToT
= To.1.
Ket :
1 = pertambahan pannjang (m)
o1 = panjang mula-mula (m)
1T = panjang akhir (m)
T = suhu akhir – suhu awal (o
C / K)
= koifisien muai panjang (o
C-1
atau K-1
)

8. 8
Teknik Industri
b. Pemuaian luas
Koefisien muai luas suatu zat ( ) adalah perbandingan antara pertambahan luas zat (
A) dengan luas semula (Ao), untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu
( T).
TA
A
o . oA AA
2 AT = Ao (1+ T )
Ket :
Ao = Luas mula-mula (m2
)
At = luas setelah dipanaskan (m2
)
T = kenaikan suhu (o
C-1
atau K-1
)
= Koifisein muai luas.
c. Pemuaian volume
Koefisien muai volume suatu zat ( ) adalah perbandingan antara per-tambahan volume
( V) dengan volume semula (Vo), untuk tiap kenaikan suhu sebesar satu satuan suhu (
T).
TV
V
o .
TVV .. oT VVV
1(oT VV T ) 3
Dimana :
V = pertambahan volume zat (m3
)
Vo = volume mula-mula
VT = volume setelah dipanaskan
T = kenaikan suhu (o
C/K)
= koefisien muai volume (o
C-1 atau K-1)

9. 9
Teknik Industri
Tabel Koefisien Berbagai Jenis Bahan
No Nama Bahan Koifisien Muai Panjang (o
C)
1 Intan 12 x 10-5
2 Kuningan 1,9 x 10-5
3 Tembaga 1,7 x 10-5
4 Es 510 x 10-5
5 Aluminium 1,2 x 10-5
6 Baja 1,1 x 10-5
7 Platina 1,0 x 10-5
8 Kaca 0,9 x10-5
9 Pyrex 0,3 x 10-5
10 Invar 0,1 x 10-5
Contoh soal :
Batang alumunium yang panjangnya 4 m, naik suhunya dari 27 0
C menjadi 72 0
C. Jika
koefisien muai panjang aluminium = 24x10-6
(0
C)-1
, hitunglah:
Pertambahan panjang alumunium.
Penyelesaian :
1o = 4 m
T = 72 0
C – 27 0
C = 45 0
C
= 24 x 10 -6
(0
C) = 0,000024 0
c
1 = . 1o . T
= 0,000024 x 4 x 45
= 0,00432.
B. KALORIMETER
Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi maupun
energi dengan lingkungan diluar kalorimeter). Pengukuran jumlah kalor reaksi yang
diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut
kalorimetri. Kita dapat menghitung perubahan suhu dengan rumus :
q = m . c . ∆T (Petrucci, 1987).
qkalorimeter = C. ∆T

10. 10
Teknik Industri
Keterangan :
q = jumlah kalor (Joule)
m = massa zat (gram)
Δt = perubahan suhu( takhir - tawal)
c = kalor jenis
C = kapasitas kalor dari bom calorimeter
Oleh karena itu kalor reaksi sama dengan kalor yang diserap oleh kalorimeter,
sehingga:
q reaksi = - (qlarutan + qkalorimeter)
Kalorimeter dibedakan menjadi beberapa macam :
1. Kalorimeter Bom.
Merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-
reaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom ( tempat berlangsungnya
reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen
pada tekanan tinggi ) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap
panas. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan
diserap oleh air dan bom. Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan,
maka : qreaksi = – (qair + qbom ).
Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus : qair = m x c x ∆T
dengan :
m = massa air dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.o
C ) atau (J / g. K)
∆T = perubahan suhu ( o
C atau K )
Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :
qbom = Cbom x ∆T
Dengan : Cbom = kapasitas kalor bom ( J / o
C ) atau ( J / K )
∆T = perubahan suhu (o
C atau K)

11. 11
Teknik Industri
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap ( DV =
nol ). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi
dalamnya.
∆E = q + w dimana w = - P. ∆V ( jika ∆V = nol maka w = nol ) maka ∆E = qv.
Contoh soal :
Suatu kalorimeter bom berisi 250 mL air yang suhunya 25o
C, kemudian dibakar 200 mg
gas metana. Suhu tertinggi yang dicapai air dalam kalorimeter = 35o
C. Jika kapasitas
kalor kalorimeter = 75 J / o
C dan kalor jenis air = 4,2 J / g.o
C, berapakah ∆Hc gas
metana?
Jawaban :
qair = m x c x ∆T
= (250 ) x ( 4,2) x (35 – 25)
= 10.500 J
qbom = Cbom x ∆T
= ( 75 ) x (35 – 25)
= 750 J
1. qreaksi = – (qair + qbom )
qreaksi = - (10.500 J + 750 J)
= - 11.250 J = – 11,25 kJ
200 mg CH4 = 0,2 g CH4 = ( 0,2 / 16 ) mol = 0,0125 mol
∆Hc CH4 = ( – 11,25 kJ / 0,0125 mol ) = - 900 kJ / mol (reaksi eksoterm)
2. Kalorimeter Sederhana
Pengukuran kalor reaksi; selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan
menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana
yang dibuat dari gelas stirofoam.
Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya
berlangsung dalam fase larutan ( misalnya reaksi netralisasi asam – basa / netralisasi,
pelarutan dan pengendapan ).
Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap / dilepaskan larutan
sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan; diabaikan.
qreaksi = – (qlarutan + qkalorimeter)
qkalorimeter = Ckalorimeter x ∆T

12. 12
Teknik Industri
Dengan :
Ckalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter (J / o
C ) atau ( J / K )
∆T = perubahan suhu ( o
C atau K ).
Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil; maka dapat diabaikan sehingga
perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam
kalorimeter.
qreaksi = – qlarutan
qlarutan = m x c x ∆T
Dengan :
m = massa larutan dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g.o
C ) atau ( J / g. K )
∆T = perubahan suhu ( o
C atau K)
Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (∆P = nol) sehingga
perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan entalpinya. ∆H = qp
C. Kalor
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum
untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur
suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda
sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung
sedikit.
Satuan kalor jenis benda
Kita bisa menurunkan satuan Kalor Jenis dengan mengoprek persamaan kalor jenis :
Satuan Sistem Internasional untuk kalor jenis benda adalah J/Kg.K

13. 13
Teknik Industri
Tabel Kalor Jenis benda (Pada tekanan 1 atm dan suhu 20 o
C)
Jenis Benda Kalor Jenis (c)
J/kg C
o
kkal/kg C
o
Air 4180 1,00
Alkohol (ethyl) 2400 0,57
Es 2100 0,50
Kayu 1700 0,40
Aluminium 900 0,22
Marmer 860 0,20
Kaca 840 0,20
Besi / baja 450 0,11
Tembaga 390 0,093
Perak 230 0,056
Raksa 140 0,034
Timah hitam 130 0,031
Emas 126 0,030
Catatan : Kalor jenis benda biasanya bergantung pada suhu. Btw, apabila perubahan suhu tidak terlalu
besar maka besar kalor jenis bisa dianggap tetap
Rumus:
Dengan ketentuan:
Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
m = Massa zat (Gram, Kilogram)
c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
t = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
Untuk mencari kalor jenis, rumusnya adalah:
Untuk mencari massa zat, rumusnya adalah:

14. 14
Teknik Industri
Kapasitas kalor
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan
suhunya 1°C.
Rumus kapasitas kalor :
Ket:
Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
H = Kapasitas kalor (Joule/°C)
m = Massa zat (Gram, Kilogram)
c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
t = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
Contoh soal:
Sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan adalah
5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan kapasitas kalor zat
tersebut?
Dik :
t1 = 10o
C
t2 = 35o
C
Q = 5000 J
m = 20 Kg
Dit: kalor jenis, Kapasitas kalor (H).
t = t2-t1
= 35°-10° = 25°
c = Q : (m x t)
c = 5000 : (20 x 25)
c = 5000 : 500
c = 10 J/kg o
C
H = m × c
= 20kg × 10 J/kg C°
= 200 J/ C°
Kalor Lebur
Rumus:
Dengan:
= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
= Massa zat (Gram, Kilogram)

15. 15
Teknik Industri
= Kalor lebur zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram).
Kalor Uap
Rumus:
Dengan:
= Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
= Massa zat (Gram, Kilogram)
= Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Contoh Soal:
Berapa energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika
kalor uap 2.260.000 Joule/Kilogram?
Dik:
m = 5 Kg
U = 2.260.000 J/Kg
Q = ?
Q = m x U
= 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
= 11.300.000 J
= 11,3 x 106
J
Pemuaian Zat cair dan Gas
Secara umum pada pemuaian zat cair dan gas berlaku : =
TV
V
.0
V = . vo . T
T = vo (1+ T )
Koefisien muai volume untuk gas pada tekanan tetap besarnya : =
273
1
Jadi secara khusus untuk pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku:
V =
273
.0 TV
VT = Vo (1+
273
T
)

16. 16
Teknik Industri
Perubahan Fasa (Perubahan wujud)
Zat dapat berbentuk padat, cair atau gas. Ketika terjadi perubahan fasa, sejumlah kalor
dilepas atau diserap suatu zat, yaitu: LmQ .
Dimana :
Q = kalor (joule atau kalori)
m = massa zat (kg atau gram)
L = kalor laten (J/kg atau kal/gram)
Kalor laten adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk berubah wujud dari satu
wujud ke wujud lainnya.
Beberap macam perubahan wujud dapat dilihat pada diagram di bawah ini :

17. 17
Teknik Industri
BAB II
PERPINDAHAN PANAS
A. PENGANTAR PERPINDAHAN PANAS
Panas atau kalor adalah salah satu bentuk energi, yaitu energi panas. Jika suatu
benda melepaskan kalor pada benda lain maka kalor yang diterima benda lain sama
dengan kalor yang dilepas benda itu. Pernyataan ini disebut juga sebagai Asas Black,
yaitu jumlah kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Panas dapat
berpindah melalui radiasi, konveksi dan konduksi. Media yang digunakan dalam
perpindahan panas bisa berupa zat padat, cair maupun udara (gas).
Macam-macam Perpindahan Panas
1. Perpindahan Panas Konduksi
2. Perpindahan Panas Konveksi
3. Perpindahan Panas Radiasi
1. Perpindahan Panas Konduksi (Conduction)
Konduksi Adalah proses transformasi panas jika panas mengalir dari tempat
yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar
panas tetap. Benda yang dapat menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor.
Pada umumnya, konduktor terbuat dari logam. Benda yang sukar menghantarkan
panas disebut isolator. Menurut Wikipedia, pada peristiwa konduksi, panas mengalir
melalui molekul-molekul zat tanpa memindahkan atau menggerakkan molekul zat itu.

18. 18
Teknik Industri
Benda padat memiliki kemampuan merambatkan panas secara konduksi yang berbeda-
beda.
Berdasarkan daya hantar kalor, benda dibedakan menjadi tiga, yaitu:
1. Konduktor
Konduktor adalah zat yang memiliki daya hantar kalor baik. Contoh bahan yang
bersifat konduktor adalah besi, baja, tembaga, aluminium. Dalam kehidupan sehari-hari,
dapat kita jumpai peralatan rumah tangga yang prinsip kerjanya memanfaatkan konsep
perpindahan kalor secara konduksi, antara lain: setrika listrik, solder, dan lain-lain.
2. Isolator
Isolator adalah zat yang memiliki daya hantar kalor kurang baik. Contoh: kayu,
plastik, kertas, kaca, air, dan lain-lain. Oleh karena itu, alat-alat rumah tangga seperti
setrika, solder, panci, wajar terdapat pegangan dari bahan isolator. Hal ini bertujuan
untuk menghambat konduksi panas supaya tidak sampai ke tangan kita.
3. Semikonduktor
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di
antara isolator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah
penghantar listrik. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur
yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor.
Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium
arsenide.
Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya
yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor
elektron)
Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah besi dipanaskan maka
tangan kita akan merasakan panas. Atau contoh sederhana dalam kehidupan sehari-
hari misalnya, ketika kita membuat kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan
sendok untuk mengaduk gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan
ikut panas. Panas dari air mengalir ke seluruh bagian sendok.

19. 19
Teknik Industri
2. Perpindahan Panas Konveksi (Convection)
Konveksi Yaitu perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan
fluida yang mengalir di sekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa
fluida (cairan/gas). Peristiwa konveksi atau aliran zat terjadi pada perubahan suhu
suatu zat.
Kita dapat memahami peristiwa konveksi, antara lain:
 Pada zat cair karena perbedaan massa jenis zat, misal sistem pemanasan air,
sistem aliran air panas.
 Pada zat gas karena perbedaan tekanan udara, misal terjadinya angin darat dan
angin laut, sistem ventilasi udara, untuk mendapatkan udara yang lebih dingin
dalam ruangan dipasang AC atau kipas angin.
Contoh aliran air waktu dipanaskan atau zat cair waktu dipanaskan. Zat cair dan
gas yang terkena panas maka molekul-molekulnya bertambah besar dan beratnya
tetap, sehingga akan bergerak ke atas. Gerakan ke atas ini akan diikuti oleh gerakan
zat lain secara terus menerus sehingga terjadi aliran zat karena panas. Dari peristiwa
aliran inilah, maka panas dapat merambat secara konveksi.
Macam-Macam Konveksi:
 Konveksi bebas/konveksi alamiah (free convection/natural convection)
Perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan
tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya.
Contoh: plat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan
dari luar.
 Konveksi paksaan (forced convection)
Perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari
luar.
Contoh: plat panas dihembus udara dengan kipas/blower.

20. 20
Teknik Industri
3. Perpindahan Panas Radiasi (Radiation)
Radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi
gelombang elektro-magnetik, tanpa memerlukan media perantara.
Contoh Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita akan
merasakan gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api unggun,
kita merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya secara
langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan
oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.
Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi kalor atau energi
pancaran kalor disebut termoskop. Termoskop terdiri dari dua buah bola kaca yang
dihubungkan dengan pipa U berisi air alkohol yang diberi pewarna. Perhatikan gambar;
Salah satu bola lampu dicat hitam, sedangkan yang lain dicat putih. Apabila
pancaran kalor mengenai bola A, hal ini mengakibatkan tekanan gas pada bola A
menjadi besar. Hal ini mengakibatkan turunnya permukaan zat cair yang ada di
bawahnya.

21. 21
Teknik Industri
Sifat radiasi dari berbagai permukaan.
Alat yang digunakan untuk menyelidiki sifat radiasi berbagai permukaan disebut
termoskop diferensial. Kedua bola lampu dicat dengan warna yang sama, tetapi di
antara bola tersebut diletakkan bejana kubus yang salah satu sisi permukaannya hitam
kusam dan sisi lainnya mengkilap. Jika bejana kubus diisi dengan air panas, akan
terlihat permukaan alkohol di bawah bola B turun. Perbedaan ini disebabkan karena
kalor yang diserap bola B lebih besar daripada bola A.
Dari hasil pengamatan yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa:
 Permukaan benda hitam, kusam, dan kasar merupakan pemancar dan penyerap
kalor yang baik.
 Permukaan benda putih, mengkilap dan halus merupakan pemancar dan
penyerap kalor yang buruk.
Oleh karena itu jika anda ingin melancong ke pantai pada siang hari jangan
menggunakan pakaian hitam gunakan pakaian yang mengkilap atau putih.

22. 22
Teknik Industri
BAB III
GAS IDEAL DAN TEORI KINETIK GAS IDEAL
1. Gas Ideal
Gas ideal adalah suatu gas yang diidealkan oleh manusia atau gas ideal adalah
gas yang mempunyai hubungan antara :
Dimana :
P = tekanan gas (N/m2
)
V = Volume Ruangan yang di tempati (m3
)
n = Jumlah mol gas
T = Temperatur mutlak gas (o
k)
R = Suatu tetapan (0.0821 lt. Atm / mol o
k)
Pada kenyataanya, gas ideal tersebut tidak ada di permukaan bumi.
Teori kinetik gas adalah teori yang menggunakan tinjuan tentang gaya dan
energi antara partikel – partikel untuk menerangkan sifat – sifat zat. Anda tentu telah
mengetahui bahwa setiap zat, baik itu zat padat, cair, maupun gas, terdiri atas materi-
materi penyusun yang disebut atom. Sebagai partikel penyusun setiap jenis zat yang
ada di Bumi dan di seluruh alam semesta, atom-atom berukuran sangat kecil dan tidak
dapat dilihat, walaupun menggunakan alat yang paling canggih. Oleh karena itu, gaya
yang ditimbulkan oleh interaksi antar partikel dan energi setiap partikel hanya dapat
diamati sebagai sifat materi yang dibentuk oleh sejumlah partikel tersebut secara
keseluruhan.
Sifat Gas Umum :
1. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.
2. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
Sifat-Sifat Gas Ideal Dinyatakan Sebagai Berikut :
1. Jumlah partikel gas sangat banyak, tetapi tidak ada gaya tarik menarik (interaksi)
antara partikel
2. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang atau acak
P V = n R T

23. 23
Teknik Industri
3. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas
berada
4. Setiap tumbukan yang terjadi antarpartikel gas dan dinding bersifat lenting
sempurna
5. Partikel gas terdistribusi merata di dalam ruangan
6. Berlaku Hukum Newton tentang gerak.
Pada kenyataannya, tidak ditemukan gas yang memenuhi kriteria gas ideal. Akan
tetapi, sifat itu dapat didekati oleh gas pada temperatur tinggi dan tekanan rendah. Ada
tiga besaran yang saling berhubungan dalam pembahasan keadaan gas, Besaran-
besaran tersebut ialah Tekanan (P), Volume (V) dan temperatur mutlak (T).
2. Tinjauan Gas Ideal
1. Jika (n, T) tetap Proses ini juga dinamakan ishotermal (Suhu tetap)
Berlaku hukum Robert Boyle.
Perhatikanlah Gambar berikut :
Gambar 1. (a) Gas didalam tabung memiliki Volume V1 dan tekanan P1. (b) Volume gas
di dalam tabung diperbesar menjadi V2 sehingga tekananya P2 menjadi lebih kecil.
Suatu gas yang berada di dalam tabung dengan tutup yang dapat diturunkan
atau dinaikkan, sedang diukur tekanannya. Dari gambar tersebut dapat lihat bahwa saat
tuas tutup tabung ditekan, volume gas akan mengecil dan mengakibatkan tekanan gas
yang terukur oleh alat pengukur menjadi membesar. Hubungan antara tekanan (p) dan
volume (V) suatu gas yang berada di ruang tertutup ini diteliti oleh Robert Boyle.
Saat melakukan percobaan tentang hubungan antara tekanan dan volume gas dalam
suatu ruang tertutup, Robert Boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperatur
pada gas. Dari data hasil pengamatannya, Boyle mendapatkan bahwa hasil kali antara
tekanan (p) dan volume (V) gas pada suhu tetap adalah konstan. Hasil pengamatan
P V = Konstan

24. 24
Teknik Industri
Boyle tersebut kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle yang secara matematis
dinyatakan dengan persamaan :
Dimana :
P = Tekanan (Pa = N/m2
)
V = Volume (m3
)
2. Jika (n, P) dinamakan proses isobarik berlaku hokum Gay Lussac.
Gay-Lussac seorang ilmuwan asal Prancis, meneliti hubungan antara volume gas
(V) dan temperatur (T) gas pada tekanan tetap (isobarik).
Gambar 2. Pada tekanan 1 atm, (a) gas bervolume 4 m
3
memiliki temperatur 300 K, sedangkan
(b) gas bervolume 3 m
3
memiliki temperatur 225 K.
Misalnya, Anda memasukkan gas ideal ke dalam tabung yang memiliki tutup piston di
atasnya. Pada keadaan awal, gas tersebut memiliki volume 4 m3
dan temperatur 300 K.
Jika kemudian pemanas gas tersebut dimatikan dan gas didinginkan hingga mencapai
temperatur 225 K, volume gas itu menurun hingga 3 m3
.
Berdasarkan hasil penelitiannya Gay-Lussac hasil bagi antara volume (V) dengan
temperatur (T) gas pada tekanan tetap adalah konstan.
Persamaan matematisnya dituliskan sebagai berikut :
Menurut Gay Lussac : angka muai ruangan semua gas ideal pada tekanan tetap
adalah : Sehingga :
Dimana : Vt = Volume gas pada suhu t0
c
V0 = Volume gas pada suhu 00
c.
P V = Konstan atau P1 V1 = P2 V2
V/T = Konstan atau V1 T1 = V2 T2
Vt = V0 (1+ t / 273)
K0
/
273
1

25. 25
Teknik Industri
3. Jika (n, V) dinamakan proses isokhorik berlaku hokum Guy Lussac.
Guy Lussac, menyatakan hubungan antara tekanan (p) terhadap temperatur (T)
suatu gas yang berada pada volume tetap (isokhorik). Hasil penelitiannya kemudian
dikenal sebagai Hukum Guy Lussac yang menyatakan hasil bagi tekanan (p) dengan
temperatur (T) suatu gas pada volume tetap adalah konstan.
Persamaan matematis dari Hukum Charles dinyatakan dengan:
Menurut Gay Lussac : angka muai ruangan semua gas ideal pada tekanan tetap
adalah : Sehingga :
Dimana : Pt = Tekanan gas pada suhu t0
c
P0 = Tekanan gas pada suhu 00
c.
Dari definisi mol zat yang menyatakan bahwa : jumlah mol = massa / massa relatif
molekul atau n = m / Mr Persamaan dapat dituliskan menjadi :
Massa jenis suatu zat adalah perbandingan antara massa dengan volume zat tersebut.
Dimana : m = masa zat
Mr = Masa relative molekul
Menurut prinsip Avogadro, satu mol gas mengandung jumlah molekul gas yang sama.
Jumlah molekul gas ini dinyatakan dengan bilangan Avogadro (NA) yang besarnya =
6,022 × 1023
molekul/mol. Dengan demikian, Persamaan dapat dinyatakan menjadi :
Dengan:
N = Banyak partikel gas, dan
NA = Bilangan Avogadro = 6,022 × 1023
molekul/mol
Pt = Po (1 + t / 273)
P/T = Konstan atau P1 / T1 = P2 / T2
K0
/
273
1
P V = (N / NA) R T atau P V = N (R / NA) T
P V = (m / Mr) R T

26. 26
Teknik Industri
Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan :
1. Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
2. Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
3. Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
4. Persamaan gas ideal (P V = n R T) berdimensi energi/usaha .
5. Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.
Contoh soal :
Hitunglah berat molekul suatu gas jika diketahui gas tersebut pada suhu 18 o
c,
tekanan gas 760 dan 765 mm Hg, volume 1,29 liter, beratnya 2,71 gram.
Jawab :
Dik :
T = 18 o
c
P = 760 dan 765 mm Hg
V = 1, 29 liter
m = 2,71 gram
Dit : M = ?
Dari hubungan : P V = n R T
n = Jumlah mol Gas
masa gas
berat atom
Sehingga :
M =
=
29,1
760
765
2910821.071.2
x
xx
M = 49,9 gr/mol.
n = =
M
m
m R T
P V

27. 27
Teknik Industri
BAB IV
HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA, ENTROPI DAN
HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
1.1 Pengertian Termodinamika
 Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari pertukaran energi
dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas (boundary) serta lingkungan.
 Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara panas, kerja
mekanik, serta aspek-aspek lain dari energi dan perpindahannya.
 Termodinamika adalah suatu cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum-hukum
dasar yang dipatuhi oleh kalor dan usaha.
Istilah thermodinamika diturunkan dari bahasa Yunani Therme (panas)
dan dynamis (gaya). Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang
aslinya diturunkan dari eksperimen, tapi kini dianggap sebagai aksiom.
Prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi, yang mengambil bentuk hukum
kesetaraan panas dan kerja.
Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari
benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua
benda tersebut.
1.2Hukum I Thermodinamika
Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”. Hukum
pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model
perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi didalam suatu benda dapat
ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha
pada benda. Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat
terjadi.
Hukum termodinamika pertama kali dikemukakan oleh James Prescoot Joule
(1818-1889). Dia adalah seorang ilmuwan Inggris yang merumuskan hukum kekekalan
energi.

28. 28
Teknik Industri
Hukum termodinamika pertama merupakan pernyataan dari hukum kekekalan energi
yang berbunyi: “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi
ke dalam bentuk yang lain”. Hukum pertama adalah prinsip dari hukum kekekalan
energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.
Menurut hukum pertama energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan
menambahkan kalor ke benda tersebut atau melakukan usaha pada benda. Hukum
pertama ini tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Selain
itu karena kalor dan kerja merupakan energi yang ditransfer ke dalam dan keluar sistem
maka hukum termodinamika pertama merupakan pernyataan hukum kekekalan energi.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal
dari hukum kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai
suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama
termodinamika ini berbunyi : “kenaikan energi dalam dari suatu sistem termodinamika
sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi
dengan kerja yang dilakukan oleh sistem”
Pengalaman dan percobaan menunjukan bahwa sistem yang melakukan usaha
secara adiabatis suhunya turun. Jadi ada hubungan antara energi dalam dengan suhu.
Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya
hanya mentransfer dengan berbagai cara.
Kalor dan Energi
Joule menunjukan kesetaraan antara kalor dan energi dengan suatu percobaan
menggunakan kalorimeter. Dari percobaan tersebut didapat : 1 Joule = 4,18 kalori.
Kalau diperhatikan semua bentuk energi maka energi itu kekal adanya, jika
panas diubah ke berbagai bentuk energi maka jumlah energi totalnya tetap.
Dimana : Q = m . CP . T
U = m . CV . T
V = V2 - V1 V adalah perubahan Volume (m3
)
CV = panas jenis pada volume konstan
CP = panas jenis pada tekanan konstan CV < CP.
Q = U + W
Q = (U2 – U1) + W

29. 29
Teknik Industri
dari gambar disebelah terlihat bahwa panas (Q) yang
diberikan pada suatu gas yang berada dalam tabung
digunakan untuk energi dalam ( U ) dan melakukan usaha
luar (W).
Jadi Q = (U2 – U1) + W
= m . CV (T2 – T1) + P (V2 – V1)
Contoh Soal :
Dalam setiap hal, carilah perubahan energi dalam dari sistem
a. Sebuah sistem mengisap 500 cal panas dan pada waktu yang sama
melakukan usaha luar 527 Joule
b. Sebuah sistem mengisap 300 cal dan pada waktu yang sama
mengerjakan panas 418 Joule.
c. Pada suatu gas dengan volume tetap, 1000 cal panas dipindahkan.
Jawab : gunakan persamaan hukum I termodinamika Q = U + W . Dimana Q, W dan
U dinyatakan dalam satuan yang sama, Q berharga posetif jika ditambah pada
sistem, berharga negatif jika diambil dari sistem.
W posetif bila usaha dilakukan oleh sistem, negatif bila dilakukan pada system,
maka :
a. U = Q – W = (500 x 4,18) Joule – 527 Joule
= 1563 Joule
b. U = Q – W = 300 cal )
18,4
418
( cal
= 400cal
c. Karena volume tak berubah, tak ada usaha yang dilakukan selam proses
U = Q – W = - 1000 cal – 0
= - 1000 cal.
A = Luas
U
w
Q

30. 30
Teknik Industri
1.3Entropi dan Hukum II Thermodinamika
Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi
dan yang tidak dapat terjadi.
Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, hukum II
termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari
benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan
dalam arah kebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin
kalor: “
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya
menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: “Total entropi
semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses
ireversibel terjadi”.
Thermodinamika hukum kedua terkait dengan entropi. Entropi adalah tingkat
keacakan energi. Entropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat
diubah menjadi usaha. Besarnya entropi suatu sistem yang mengalami proses
reversibel sama dengan kalor yang diserap sistem dan lingkungannya (Q) dibagi suhu
mutlak sistem tersebut (T).
Pandanlah suatu mesin panas yang mengisap panas dari sumber bersuhu T1 dan
melepaskan panas ke sekitarnya bersuhu T2 dimana T1 > T2.
Panas mengalir dari sumber bersuhu T1 dan
melepaskan ke sekitarnya yang bersuhu T2 maka
usaha mekanis yang dihasilkan: W = Q1 - Q2
Eff =
1Q
W
=
1
21
Q
QQ
atau
= 1 -
1
2
Q
Q
Jadi efesiensi dari pada mesin panas selalu lebih rendah dari 100%.
Daya guna (efesiensi) dari pada mesin
W
Sumber Panas
Sekitar T2
Q2
Q1
Mesin Panas
Kerja yang dilakukan
sistem
Jumlah panas total yang diserap
sistem

31. 31
Teknik Industri
Mesin Pendingin
Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu
tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator). Misalnya, pendingin rungan (AC) dan
almari es (kulkas). Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada
suhu tinggi T1.
Berdasarkan hukum kedua termodinamika, kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama
dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap.
Aplikasi: kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya, yang suhunya
lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang
keluar.
Gambar Siklus mesin pendingin
Hasil bagi antara kalor yang masuk (Q1) dengan usaha yang diperlukan (W)
dinamakan koefisien daya guna (performansi) yang diberi simbol Kp. Secara umum,
kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna dalam jangkauan 2 sampai
6. Makin tinggi nilai Kp, makin baik kerja mesin tersebut. Kp = Q2 /W
Untuk gas ideal berlaku :
Keterangan :
Kp = koefisien daya guna
Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)
Q2 = kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)
W = usaha yang diperlukan (J)
KP =
21
2
QQ
Q
=
21
2
TT
T

32. 32
Teknik Industri
T1 = suhu reservoir suhu tinggi (K)
T2 = suhu reservoir suhu rendah (K)
Contoh Soal
Mesin pendingin ruangan memiliki daya 500 watt. Jika suhu ruang -3 o
C dan
suhu udara luar 27 o
C, berapakah kalor maksimum yang diserap mesin pendingin
selama 10 menit? (efisiensi mesin ideal).
Penyelesaian:
Diketahui: P = 500 watt (usaha 500 J tiap 1 sekon)
T1 = 27 o
C = 27+ 273 = 300 K
T2 = -3 o
C = -3 + 273 = 270 K
Ditanya: Q2 = …? (t = 10 sekon)
Jawab :
KP =
21
2
TT
T
W
Q2 =
21
2
TT
T
Q2 =
21
2
TT
T
x W =
270300
270
x 500 = 4.500J (tiap satu sekon)
Dalam waktu 10 menit = 600s.
Jadi Q2 = 4.500 x 600 = 2,7×106
Joule.

33. 33
Teknik Industri