S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

BAB II SEJARAH PERKEMBANGAN

KALOR

PendahuluanTeori kalor berkembang sejak abad

ke-18, namun berkembang pesat sejak abad ke-19. Perkembangan ini bisa ditinjau dari segi mekanik dan dapat juga ditinjau dari segi kalor. Mulai abad ke-18 dan seterusnya, termodinamika dikembangkan oleh Robert Boyle, Thomas Young dan banyak lainnya. Pada 1733 Daniel Bernoulli menggunakan argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil perumusan termodinamika, dengan memulai bidang mekanika statistik. Pada tahun 1798 Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada tahun 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi dalam bentuk panas juga dalam energi mekanika. Perkembangan ini menghasilkan suatu konsep panas yang kita kenal hingga sekarang.

A.Galileo Galilei

Galileo Galilei lahir di Pisa, Toscana, 15 Februari 1564  sampai pada akhirnya wafat di Arcetri, Toscana, 8 Januari 1642 pada umur 77 tahun. Beliau adalah seorang astronom, filsuf, dan fisikawan Italia yang memiliki peran besar dalam revolusi ilmiah. Sumbangannya dalam keilmuan antara lain adalah penyempurnaan teleskop, berbagai observasi astronomi, dan hukum gerak pertama dan kedua (dinamika). Selain itu, Galileo juga dikenal sebagai seorang pendukung Copernicus mengenai peredaran bumi mengelilingi matahari. Copernicus mengemukakan teori Heliosentrisnya yang beranggapan bahwa bumi dan benda-benda lainnyalah yang bergerak berputar

Kompetensi Dasar:Mahasiswa dapat menguraikan sejarah dan perkembangan teori kalor/panas.

Mengenal Fisikawan:

Gambar 2.1

Galileo Galilei

Berfikir Kritis Socrates:1. Bagaimanakah

pemikiran awal ilmuwan tentang konsep panas?

2. Siapakah yang pertama kali mempelajari ilmu panas?

3. Bagaimanakah hasil temuan awalnya?

4. Apakah ada keterkaitan dengan suhu?

5. Bagaimanakah arus listrik bisa mempengaruhi jarum magnet dapat dijelaskan?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

mengelilingi Matahari. Pendapat ini sangat bertentangan dengan kondisi yang berkembang saat itu yang berkebalikan dengan apa yang disampaikan oleh Copernicus.

Akibat pandangannya yang disebut terakhir itu ia dianggap merusak iman dan diajukan ke pengadilan gereja Italia tanggal 22 Juni 1633. Pemikirannya tentang matahari sebagai pusat tata surya bertentangan dengan ajaran Aristoteles maupun keyakinan gereja bahwa bumi adalah pusat alam semesta. Ia dihukum dengan pengucilan (tahanan rumah) sampai meninggal. Baru pada tahun 1992 Paus Yohanes Paulus II menyatakan secara resmi bahwa keputusan penghukuman itu adalah salah dan dalam pidatonya pada tanggal 21 Desember 2008 Paus Benediktus XVI menyatakan bahwa Gereja Katolik Roma merehabilitasi namanya sebagai ilmuwan. Menurut Stephen Hawking, Galileo dapat dianggap sebagai penyumbang terbesar bagi dunia sains modern. Ia juga sering disebut-sebut sebagai "bapak astronomi modern", "bapak fisika modern", dan "bapak sains". Hasil usahanya bisa dikatakan sebagai terobosan besar dari Aristoteles. Konfliknya dengan Gereja Katolik Roma (Peristiwa Galileo) adalah sebuah contoh awal konflik antara otoritas agama dengan kebebasan berpikir (terutama dalam sains) pada masyarakat Barat.

Gambar 2.2Termometer GalileanTermometer Galileo bekerja berdasarkan prinsip buoyancy (gaya apung). Buoyancy determines whether objects float or sink in a liquid, and is responsible for the fact that even boats made of steel can float. The only factor that determines whether a large object will rise or fall in a particular liquid relates the object's density to the density of the liquid in which it is placed. If the object's mass is greater than the mass of liquid displaced, the object will sink. If the object's mass is less than the mass of liquid displaced, the object will float.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Galileo telah menemukan thermometer udara (1597) seperti pada gambar 2.2, tetapi yang pertama kali menggunakan thermometer air raksa adalah Kercher dalam tahun 1543. Tahun 1724 Fahrenheit mengajukan skala thermometer dan dikenal sebagai skala Fahrenheit. Tahun 1724 skala Celcius dan skala Reamur.

B. James Black

Professor kimia yang hidup antara tahun 1728- 1749 di Glasgow dan Edinburg Skotlandia. Sumbangan dalam rangka sejarah perkembangan kalor adalah sebagai berikut: Mengadakan pengukuran tentang panas

campuran dan penguapan air yang membawa pada teori kalorimeter modern.

Memberikan perbedaan antara temperatur dan panas (banyaknya panas).Dari tulisan-tulisan Newton menyatakan

bahwa panas itu erat sekali berhubungan dengan gerakan partikel yang menyusun benda itu. Pada awal abad 18 teori panas berubah dengan teori kalorik yang menganggap panas itu semacam zat alir yang inpondarable (tidak mempunyai berat) dan disebut kalorik. Partikel-partikel saling tolak-menolak dan menempati ruang juga dapat ditarik dari atau ditambahkan pada suatu benda.

Teori kalorik menerangkan dengan baik sekali, mengapa benda mengembang saat dipanaskan, sebagai contanh : sebuah benda dipanaskan, sehingga jumlah kalorik dalam benda itu bertambah dan partikel-partikel kalorik itu menemukan ruangan-ruangan antara atom-atom benda itu sehingga atom-atom itu jaraknya bertambah karena dorongan kalorik itu, sehingga benda itu mengembang.

Penemuan-penemuan yang sangat berarti pada periode ketiga ini dalam kalor adalah pembentukan teori kinetik panas, kemajuan

Berfikir Kritis Socrates:1. Jenis termometer

apakah yang ditemukan oleh Galileo Galilei ?

2. Siapakah tokoh pertama yang menggunakan termometer aier raksa?

3. Apakah yang dapat anda prediksikan jika termometer Galilei digunakan untuk mengukur suhu dibawah nol derajat?

4. Bagaimanakah prinsip kerja thermometer Galileo?

Peran Count Rumford dalam Ilmu Fisika diantaranya :a. Ia meletakkan

dasar teori panas modern dan enargi.

b. Ia membantah bahwa panas adalah zat alir (caloric)

c. Ia menyatakan bahwa panas adalah suatu bentuk gerakan.

d. Menemukan metode perpindahan panas

e. Dalam cairan dan gas, panas mengalir dari suatu tampat ke tempat yang lain

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

teori kinetik gas. Adapun rincian dari sejarah perkembangan kalor beserta tokoh yang

C. Count Rumford (1753-1814)Sir Benjamin Thompson, Count

Rumford (di Jerman: Reichsgraf von Rumford), pada 26 Maret 1753 - 21 Agustus 1814 adalah seorang Anglo-Amerika fisika dan penemu yang didirikan tantangan fisik teori bagian dari abad ke-19 revolusi dalam termodinamika . Mekanika setara dengan panas. Penelitian Rumford berlangsung di Munich, dan mempelajari tentang sifat panas, di mana dia berkonsentrasi pada Eksperimental Informasi Mengenai Sumber dari panas yang diakibatkan oleh gesekan (1798). Yang dimaksud disini adalah bukan jumlah kadar kalori yang ada tetapi pada satu bentuk gerakan. Rumford telah mengamati gesekan panas yang dihasilkan oleh meriam pada gudang peluru di Munich. Rumford mengatakan bahwa tidak ada perubahan fisik yang terjadi pada materi dengan cara membandingkan spesifik seleksi dari bahan machined yang terpakai dan yang tersisa.

Rumford berpendapat bahwa panas yang timbul itu bertentangan dengan jumlah kadar kalori teori. Dia menyatakan bahwa panas adalah gerakan.

Meskipun Rumford tidak akan mencoba untuk mengukur panas yang dihasilkan atau untuk mengukur mekanik setara panas. Namun, karya ini penting dalam membentuk undang-undang konservasi energi yang lebih baru pada abad ke-19.

Berfikir Kritis Socrates:

1. Jelaskan apa yang diteliti oleh Rumford ?

2. Dimana dia melakukan penelitian tersebut ?

3. Mengapa dia mendapat gelar kehormatan ?

4. Sebutkan jasa-jasa yang pernah dilakukan oleh Rumford ?

5. Siapakah Joseph Priestley itu?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Gelar kehormatannya “Count Rumford” didapatkannya kerena sumbangannya dalam sejarah perkembangan kalor. Jasa-jasanya antara lain:- Ia

meletakkan dasar teori panas modern dan energi.

- Ia membanta bahwa panas adalah zat alir (caloric)

- Ia menyatakan bahwa panas adalah suatu bentuk gerakan.

- Menemukan metode perpindahan panas

- Dalam cairan dan gas, panas mengalir dari suatu tampat ke tempat yang lain

D. Joseph Priestley (1733 – 1804)Joseph Priestley adalah seorang yang

berhasil membuat gas oksigen dengan jalan memanaskan oksida raksa dan menerapkan sifat oksigen yaitu memperbesar proses pembakaran.

E. Humphry Davy (1812)Sir Humphry Davy, dilahirkan di

Penzance - Cornwall pada 17 Desember 1778. dibaptis di Penzance, 22 Januari 1779.' Ayahnya bernama Robert Davy. Robert Davy dan isterinya menjadi orangtua dari lima anak-dua anak laki-laki, Humphry, anak tertua, dan Yohanes, dan

Mengenal Fisikawan

:

Gambar 2.3 Sir Humphry Davy, Bt Portrait by Henry Howard, 1803

Davy lahir di Penzance di Cornwall , Inggris , Britania Raya , pada 17 Desember 1778. The parish register of Madron (the parish church) records 'Humphry Davy, son of Robert Davy, baptized at Penzance, January 22nd, 1779.' Register paroki Madron (gereja paroki) rekaman 'Humphry Davy, putra Robert Davy, dibaptis di Penzance, Januari 22, 1779. "

Gambar 2.11Lampu Ciptaan Davy

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

tiga perempuan.pada masa kanak-kanaknya Davy dan keluarga pindah dari Penzance ke Varfell, sejak masa kanak-kanak Davy menghabiskan waktunya dengan bersekolah di sebuah sekolah lanjutan swasta dipelihara oleh Bapak Bushell, Davy adalah seorang anak laki-laki dewasa sebelum waktunya, memiliki memori yang luar biasa dan menjadi luar biasa cepat dalam memperoleh pengetahuan tentang buku.

Banyak pertambangan yang meledak karena lampu penerangan yang mereka gunakan. Davy menyusun lampu yang menggunakan kain kasa untuk menyebungi sebuah lampu api, hal ini dilakukannya untuk mencegah pembakaran methan di dalam lampu keluar menuju udara bebas. Meskipun gagasan tentang keselamatan lampu sudah ditunjukkan oleh William Reid Clanny sebelumnya, namun masih sedikit orang yang mengetahuinya. Kemudian George Stephenson memperkenalkannya pada masyarakat. Untuk menyempurnakan lampu yang telah dibuat oleh ilmuan terdahulu, Davy menggunakan kawat kawat kasa untuk mencegah penyebaran api tetapi sayangnya Rusting dari kain kasa cepat membuat lampu yang tidak aman, dan jumlah kematian meningkat dari firedamp ledakan namun lebih lanjut lampu ini dianggap mendasari penemuan selanjutnya.

F. Sadi Carnot (1796-1832)a) Keluarga Carnot

Seperti keluarga Bernoulli yang memberi banyak keturunan matematikawan atau keluarga

Mengenal Fisikawan:

Gambar 2.5Carnot, Sadi (1796-

1832)Lahir di Paris , Sadi Carnot adalah putra pertama dari unggulan pemimpin militer dan geometri , Lazare Nicholas Marguerite Carnot , kakak kandung Hippolyte Carnot , dan paman dari Marie François Sadi Carnot (Presiden Republik Perancis (1887-1894), anak Hippolyte Carnot )

Gambaran Efisiensi teoritik mesin CarnotBerdasarkan suhu masukan dan suhu keluaran dari Mesin.

Gambaran grafik yang menggambarkan kondisi mesin carnot terhadap Suhu

Gambaran Kalor yang masuk dan keluar mesin yang dihubungkan dengan efisiensi dan dinyatakan dalam diagram Tekanan (P) terhadap Waktu (T)

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Galton - salah satu cucunya, Charles Darwin. Hal sama terjadi pada keluarga Carnot. Keturunan kembali memegang peran penting pada keluarga Carnot. Lazare Carnot, yang menjadi abdi utama Napoleon mempunyai dua anak yang mempunyai ketrampilan di atas rata-rata. Tidak disangka, salah seorang cucunya, kelak dapat menjadi presiden Perancis. b) Silsilah keluarga Carnot

Lazare Carnot menjadi anggota kelompok berpengaruh [politik] di Perancis pada masa-masa pemerintahan transisi setelah terjadi revolusi Perancis yaitu antara kurun waktu November 1795 sampai dengan November 1799. Saat itu dia mempunyai dua orang akan lelaki: Sadi Carnot dan Hippolyte Carnot.

Kedua anak ini lahir pada masa penuh gejolak politik dan kekacauan di Perancis. Mengingat jabatan ayahnya yang relatif “rawan” terhadap lawan-lawan politik, tidaklah mengherankan apabila keberuntungan dapat naik atau turun laksana roller-coaster. Situasi ini tidak konduktif terhadap iklim politik dan terutama sekali perkembangan sains. Terlebih setelah tahun 1799, dimana Lazare diangkat menjadi menteri perang kabinet Napoleon. Tidak tahan dengan semua tekanan itu, Lazare akhirnya mengundurkan diri pada tahun 1807, dengan dalih akan mendidik dan membesarkan kedua anaknya. Sadi – nama filsuf Persia, Sadi dari Shiraz - dan adiknya, Hippolyte, dididik sendiri oleh Lazare dalam bidang matematika dan sains, tidak ketinggalan diajar pula bahasa dan musik. Pembahasan dibagi menjadi 3(tiga) generasi:- Generasi pertama: Lazare Carnot- Generasi kedua: Sadi Carnot (lengkap) dan Hippolyte (singkat)- Generasi ketiga: Sadi Carnot (singkat) dan Adolphe Carnot (singkat)

c) Generasi Pertama

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Revolusi Perancis terjadi karena kekacauan di dalam dan invasi dari luar. Di sini peran Lazare Carnot sangat menonjol. Dia menggalang angkatan perang dan memimpin guna meraih kemenangan. Carnot tidak terlibat dengan politik, namun mendasarkan diri kepada kejujuran seorang intelektual dalam mengambil keputusan. Carnot hanyalah seorang matematikawan dan politikus, seperti halnya Monge dan Condorcet, yang pernah diancam guilitin. Tetapi Carnot mendapat dukungan rakyat karena sukses dalam menggalang militer sehingga batal dipenggal. Keterlibatan Carnot berikutnya adalah pembentukan Ecole Polytechique, karena minatnya adalah pendidikan, meskipun dia sendiri tidak terlibat sebagai pengajar. Carnot berkecimpung dalam politik sampai tahun 1797. Karir dalam bidang politik dimulai dari National Assembly menjadi Legistative Assembly baik National Convention sampai komite tertinggi keselamatan publik, selanjutnya menjadi dewan lima-ratus dan direktorate. Namanya sangat erat hubungannya dengan Institut dan ketua bidang geometri yang mengabdi kepada jenderal Bonaparte. Antusiasme Carnot ini, dalam kampanye “agresi” ke Italia memikat Napoleon, bahkan Carnot pun tidak menyadari bahwa dia sudah menciptakan Frankenstein yang akan membuat hidupnya terus dipenuhi ketakutan.

d) Karya-karya Lazare Selama dalam pelarian, Lazare

menyelesaikan problem tentang lintasan peluru dalam makalah Mirabile dictu dan the Reflexions sur la metaphysique du calcul infinitesimal yang terbit pada tahun 1797. Isi sebenarnya bukan matematika murni, tetapi lebih kepada falsafah fisika. Buku Reflexions ini sangat terkenal karena isinya banyak “menyentuh” metafisik dari kalkulus dan geometri.

Dalam kalkulus, fluxion dari Newton, diferensial dari Leibniz atau limit dari

Berfikir Kritis Socrates:

1. Apakah jabatan yang di terima oleh Lazare pada cabinet Napoleon?

2. Uraiakan silsilah keluarga Carnot berdasarkan generasinya!

3. Siapakah sebenarnya Lazare Carnot itu?

4. Mengapa Lazare mendapat dukungan dari rakyat ?

5. Apa peranan Lazare dalam perkembangan pendidikan?

6. Sebutkan karya-karya yang pernah dihasilkan oleh Lazare Carnot !

7. Jelaskan kemajuan yang di lakukan Lazare dalam bidang matematika !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

d’Alembert dianggap Carnot belum dapat memuaskan rasa keingintahuannya sehingga dia dengan gigih mencari cara-cara mudah guna menyelesaikannya.

Dalam geometri, dituturkan lewat buku lain Geometrie de position yang terbit pada tahun 1803, mengupas dan mengembangkan theorema geometri ruang yang sudah dirintis oleh Euclid. Meskipun hanya membahas geometri murni, Carnot secara tidak langsung memberi sumbangsih pada geometri analisis dan nantinya pada matematika modern. Topografi yang dikenal sekarang adalah bukti kegunaan geometri yang dikembangkan oleh Carnot.

Belum puas dengan semua itu, Lazare membuat theorema yang dikenal oleh kalangan matematikan dengan sebutan Theorema Carnot dalam karyanya yang terbit pada tahun 1806, Essai sur la theorie des transversales. Karya ini menjabarkan lebih lanjut karya Menelaus dari Alexandria.

Profesi Carnot sangatlah beragam dan multi-disiplin. Carnot adalah seorang prajurit, politikus, penyair sekaligus geometer, bahkan spekulator. Semua investasinya tidak kembali ketika terjadi keruntuhan finansial pada tahun 1809, namun raja masih memberikan jabatan kepada Lazare Carnot.

e) Generasi Kedua Sadi Carnot Dibimbing sang ayah, di

bawah bimbingan sang ayah, Sadi Carnot mulai menunjukkan bakat besarnya dan dikirim ke Lycee Charlemagne di Paris guna mempersiapkan diri menghadapi ujian masuk Ecole Polytechnique, yang juga terletak di Paris. Umur 16 tahun, usia minimum masuk Ecole, Carnot mulai belajar di Ecole. Nama-nama terkenal seperti Poisson, Ampere dan Arago adalah beberapa gurunya. Di sini Carnot menjadi satu kelas dengan Chasles yang akan menjadi teman akrab sepanjang hidupnya. Carnot lulus pada tahun 1814, tetapi sebelum lulus menggalang gerakan mahasiswa menentang

Berfikir Kritis Socrates:

1. Bagaimana perjalanan pendidikan dari Sadi Carnit ?

2. Jelaskan apa yang terjadi pada keluarga Carnot di tahun 1815 !

3. Apa yang terjadi kepada Sadi setelah Lazare meninggalkan Prancis?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

kebijakan Napoleon menyerang Vincennes namun gagal.

Setelah lulus, Carnot melanjutkan di Ecole du Genie di Metz dan selama dua tahun mempelajari rekayasa militer. Tahun 1815, Napoleon pulang dari tempat penahanannya dan membentuk pemerintahan yang lazim disebut dengan “peraturan seratus hari.” Napoleon kembali mengangkat Lazare menjadi menteri Dalam Negeri dan menempatkan Sadi dalam posisi sulit dalam akademi militer karena posisi ayahnya relatif tinggi. Oktober 1815, Napoleon menderita kekalahan, dan Lazare melarikan diri ke Jerman dan tidak akan pernah lagi menginjakkan kakinya ke bumi Perancis lagi.

f) Hidup Terlunta-lunta Karir dalam bidang militer tertutup untuk

Sadi seiring dengan “mengungsinya” sang ayahanda ke Jerman. Nasib Sadi terlunta-lunta. Pindah dari satu kota ke kota lain, mencari pekerjaan yang sesuai dengan bidangnya, memeriksa persiapan dan peralatan di benteng-benteng, membuat gambar-gambar rencana dan menulis laporan tidak pernah diperolehnya. Nasibnya tidak membaik karena semua surat rekomendasinya dianggap sebagai angin lalu belaka. Tidak puas dengan situasi ini, Sadi memutuskan untuk memanfaatkan ilmu yang didapat dari pelatihan dengan mendaftar, sebelum akhirnya diterima untuk bergabung dalam Korps Staf Umum yang berkedudukan di Paris. Menerima gaji hanya setengah, tinggal di bekas apartemen orang tuanya di Paris, dan sewaktu-waktu siap menerima panggilan militer. Dalam banyak waktu luang ini, Sadi mengikuti berbagai kursus yang diselenggarakan di Paris, termasuk di Sorbonne dan Perancis College. Saat ini, Sadi menaruh minat pada problem-problem industrial, dan yang paling menarik hatinya adalah gas sehingga, dia memulai belajar teori tentang gas.

Berfikir kritis Socrates :

1. Apakah Mesin uap James Watt ada kaitannya dengan mesin Carnot?

2. Kondisi alam apakah yang mendasari Carnot tertarik untuk mengembangkan mesin uap ?

3. Tokoh ilmuwan siapa saja yang mendasarkan teorinya dari hasil pemikiran Carnot ?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Ketertarikan ini dibuktikan dengan banyak mengunjungi pabrik-pabrik dan bengkel-bengkel, mempelajari teori muktahir tentang teori ekonomi politik, problem tentang reformasi pajak. Di samping semua aktivitas di atas, Sadi tidak melupakan minat utamanya dalam bidang matematika dan barang-barang seni.

g) Tertarik dengan mesin uap Sadi menengok ayahnya pada tahun 1821

di Magdeburg. Adiknya, Hippolyte Carnot, tinggal bersama sang ayah. Pertemuan ayah dengan kedua anaknya ini, selain melepas rindu juga banyak berdiskusi tentang mesin uap. Mesin uap – dari revolusi industri Inggris mulai menular - sudah ada di Magdeburg tiga tahun lalu menarik minat Lazare. Sepulang dari reuni ini, Sadi dengan penuh antusiasme berusaha mengembangkan teori tentang mesin uap. Sesampainya di Paris, Sadi sudah fokus dengan cita-citanya yaitu memulai mengerjakan teori matematika tentang panas dan membantu menjabarkan teori thermodinamika modern.

Apa yang ada di otak Sadi adalah bagaimana merancang mesin uap yang baik? Tenaga uap mempunyai banyak manfaat – mengeringkan air di dalam pertambangan, mengangkat air dari sungai untuk irigasi, menggiling biji-bijian, memintal benang – tapi saat itu belum efisien. Jaman ini mesin-mesin uap masih diimpor dari Inggris karena belum ada insinyur ahli dan designer mesin Perancis yang memahaminya. Mesin-mesin uap buatan Inggris sudah dilengkapi dengan spesifikasi: jenis/tipe mesin, mesin tekanan tinggi/rendah, dan mesin dengan satu silinder atau multi silinder.

Karya pertama Sadi adalah menerbitkan makalah yang ditulis pada tahun 1822-1823 yang berusaha membuat ekspresi matematika untuk menghitung daya mesin uap. Meskipun saat itu juga banyak karya

Carnot berupaya menjawab dua pertanyaan mendasar, yaitu :

pertama apakah ada batas maksimum kekuatan panas, dan

kedua apakah ada hal lain yang lebih bagus daripada uap untuk menghasilkan daya atau tenaga.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

dengan tema bahasan sama, namun karya Sadi diakui paling jelas, teliti dan mudah dicerna.

h) Karya Carnot Setelah Lazare meninggal, Hippolyte menyusul kakaknya ke Paris dan

membantu Sadi merumuskan dan menerbitkan buku tentang mesin uap yang merupakan buku pertama tentang topik mesin uap di Perancis sehingga mudah dipahami oleh khayalak. Tahun 1824, buku yang berjudul “ Reflexions sur la puissance motrice du feu at sur les machine propres a developper cette puissance “ diterbitkan, dimana merupakan buku pertama sekaligus terakhir karya Carnot. Dalam buku ini terdapat istilah “daur Carnot” (Carnot cycle), yang kemudian dipopulerkan setelah Clapeyron menerbitkan Formulasi kembali analitik (analytic reformulation) pada tahun 1834. Gagasan Carnot kelak mendasari teori thermodinamika dari Clausius dan Thomson.

Setelah menerbitkan buku itu, Carnot terus mengadakan penelitian, meskipun hasilnya tidak pernah diterbitkan namun ide-ide ini terus berkembang. Tahun 1827, Korps Staf Umum direorganisasi sehingga Carnot dipanggil dan harus bertugas penuh. Menjadi insinyur militer, kurang dari setahun, ditugaskan di Lyon dan Auxonne. Tidak puas dengan karirnya, Carnot mengundurkan diri dan pulang kembali ke Paris untuk meneruskan penelitian teori tentang panas.i) Gagasan Pokok

Karya satu-satunya Carnot kurang dikenal karena beredar untuk kalangan terbatas dan tidak tersebar secara umum. Meskipun sudah terbit pada Juni 1824, tetapi baru dikenal setelah tanggal 26 Juli, yaitu setelah Pierre Girard memberikan pandangan positifnya. Review dari Pierre Girard dikirimkan ke Academie des Sciences di Paris, sebelum dimuat dan diterbitkan dalam Revue encyclopedique. Barangkali problem yang terjadi dengan review ini adalah pernyataan theorema-theorema dan konklusi-konklusi dari karya Carnot yang sepenuh tenaga, tanpa pernah menyinggung ide asli dan penting Carnot saat berjuang.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Karya ini adalah upaya Carnot menjawab dua pertanyaan mendasar, pertama apakah ada batas maksimum kekuatan panas, dan kedua, apakah ada hal lain yang lebih bagus daripada uap untuk menghasilkan daya atau tenaga. Untuk menjawab pertanyaan ini dibangunlah teori umum yang seperti yang sudah disebutkan bahwa panas bukanlah atom-atom yang bergerak secara acak (random) seperti yang sudah disebutkan oleh Hooke dan Boyle, tapi konsep panas untuk cairan yang tanpa berat (bobot) yang disebut dengan kalori. Carnot mengenalkan konsep “mesin Carnot”, mesin panas impian. Dia menunjukkan efisiensi “mesin Carnot” bergantung pada perbedaan temperatur di dalam mesin bukan substansi seperti uap yang menjadi penggeraknya.

j) Ilmuwan tulen Mengikuti pandangan politik ayahnya,

Carnot adalah seorang penganut republikan yang kuat. Pandangan ini sejalan dengan arah kebijakan Perancis yang berlangsung setelah revolusi Juli 1830. Saat itu, hatinya tergerak dengan kehidupan masyarakat, teristimewa “panggilan” untuk memperbaiki pendidikan masyarakat. Sadi didaulat untuk duduk dalam pemerintahan, tetapi ditolaknya; setelah sistem monarki kembali dipakai, dia kembali menekuni penelitian ilmiah.

Ada catatan dari Carnot yang dibuat pada tahun 1824 sampai tahun 1826 yang menyatakan bahwa Carnot sudah menekuni teori kalori. Catatan itu berisi rincian penelitiannya yang sudah lebih jauh mempelajari dampak temperature pada berbagai zat cair yang mengalami friksi. Beberapa eksperimen ini kelak dilanjutkan oleh Joule selang 10 tahun kemudian.

Berfikir kritis Socrates :

1. Jelaskan peranan Pierre Girard pada perkembangan karya Carnot !

2. Apakah tujuan dari karya Carnot?

3. Jelaskan bagaimana Carnot menjawab dua pertanyaan yang mendasar tentang panas!

4. Jelaskan hasil dari dibentuknya Ecole Polytechnique oleh Lazare Carnot !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Juni 1832, Sadi Carnot sakit dan belum sembuh total ketika epidemi kolera melanda Paris. Sadi Carnot meninggal karena kolera.

k) Hippolyte Carnot Menjabat sebagai Menteri penerangan,

dimana salah seorang anaknya, pada generasi ketiga, akan menjadi orang terkemuka.

l) Generasi Ketiga Sadi Carnot (namanya persis dengan

nama pamannya) adalah presiden keempat Republik Perancis dan Adolphe Carnot melanjutkan tradisi kakeknya, menjadi ahli kimia yang berkiprah di Academie des Sciences pada tahun 1895.

m)Sumbangsih Pembentukan Ecole Polytechnique oleh

Lazare Carnot adalah cikal-bakal majunya sains dan matematika di Perancis. Banyak alumninya yang mampu berkiprah dalam produksi peralatan perang, karena menguasai ilmu kimia. Theorema Carnot – mengembangkan geometri Euclid – dapat berguna dalam topografi dan dasar matematika modern.

Prinsip hidrodinamika yang dipicu oleh cara kerja mesin uap, teori thermodinamika dan teori panas adalah beberapa kiprah Sadi Carnot. Meskipun tidak dapat berbuat berkiprah, dan banyak waktunya dihabiskan tanpa kegiatan berarti, namun dalam kehidupannya yang relatif singkat ini (36 tahun), Sadi Carnot mampu menunjukkan dan memberi dasar kuat bagi penelitian tentang panas, kalori, cara kerja mesin uap.

Berikut adalah karya Sadi Carnot pada bidang fisika:

Siklus Carnot

Berfikir kritis Socrates :

1. Jelaskan karya Sadi Carnot dalam bidang Fisika !

2. Beri penjelasan mengenai mesin Carnot !

3. Apakah mesin Carnot bisa dibuat dalam kehidupan? Mengapa?

a

b

cd

Qh

Qv

p

T

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan adengan siklus antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien.Siklus Carnot terdiri dari proses isotermis dan

proses adiabatis.

Proses a – b : ekspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini gas menyerap kalor Th dari reservoir dan melakukan usaha Wab

menggerakkan piston. Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak

ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas turun dari Th ke Tc (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab .

Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Qc dari reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd.

Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas naik dari Tc ke Th dan mendapat usaha Wda .Efisiensi dari mesin kalor siklus

Carnot :

= W/Qh = 1 - Qc /Qh

karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)maka,

Info Ilmuwan(1)Panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan di kedua benda tersebut

(2)Entropi (perbandingan antara energi yang dikandung sebuah benda dengan suhunya) selalu bertambah dalam tiap perubahan bentuk energi, contohnya, dalam sebuah mesin uap

V1 V2 V

A

B

C

D

p

O

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

= 1 - Tc /Th

Mesin BensinProses dari mesin bensin ini dapat didekati

dengan siklus Otto.

Proses O-A : Udara ditekan masuk ke dalam silinder pada tekanan atmosfir dan volume naik dari V2 menjadi V1.

Proses A-B : gas ditekan secara adiabatik dari V1 menjadi V2 dan temperaturnya naik Dari TA ke TB.

Proses B-C : terjadi proses pembakaran gas (dari percikan api busi), kalor diserap oleh gas Qh. Pada proses ini volume dijaga konstan sehingga tekanan dan temperaturnya naik menjadi pC dan TC.

Proses C-D : Gas berekspansi secara adiabatik, melakukan kerja WCD.

Proses D-A : kalor Qc dilepas dan tekanan gas turun pada volume konstan.

Proses A-O : dan pada akhir proses, gas sisa dibuang pada tekanan atmosfir dan volume gas turun dari V1 menjadi V2..

Bila campuran udara-bahan bakar dianggap gas ideal, effisiensi dari siklus Otto adalah :

= 1 - 1/(V1/V2.) -1.

V1/V2. disebut rasio kompresi.

G. Kelvin Plank

Berfikir kritis Socrates :

1. Apakah Termodinamika itu?

2. Jelaskan mengenai hukum pertama termodinamika !

3. Bagaimana pandangan atom jika dilihat dari hukum kedua termodinamika ?

4. Beri penjelasan mengenai dua unsur dasar dalam hukum kedua termodinamika !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Kelvin Plank merumuskan bahwa “tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus menerima kalor dari suatu reservoir dan menggunakan kalor ini seluruhnya menjadi usaha”.

H. Claussius

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas, dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain. Istilah ini diturunkan dari bahasa Yunani therme ("panas") dan dinamis ("gaya"). Cabang ilmu ini didasarkan 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 di kedua benda tersebut “.

Ilmu termodinamika adalah hasil dari revolusi indutri. Pada awal abad ke-19, ditemukan bahwa energi dapat diubah-ubah menjadi berbagai bentuk, tapi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan. Inilah Hukum I Termodinamika, salah satu hukum dasar fisika. Pada tahun 1850, Robert Clausius menemukan Hukum II Termodinamika. yang menyatakan bahwa

"entropi (perbandingan antara energi yang dikandung sebuah benda dengan suhunya) selalu bertambah dalam tiap perubahan bentuk energi, contohnya, dalam sebuah mesin uap”. Menurut hukum kedua termodinamika, ketika atom dibiarkan sendiri akan bercampur dan mengacak dirinya sendiri sejauh mungkin. Karat terjadi karena atom-atom besi cenderung bercampur dengan oksigen dari udara di sekelilingnya untuk membentuk oksida besi. Molekul-molekul yang bergerak cepat pada permukaan air mandi

Sekilas Info Ilmiah

Hubungan antara suhu dalam derajad Celsius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin dapat dilihat dibawah ini

1. °C = (°F – 32) / 1.8

2. °F = °C × 1.8 + 32

3. K = (°F – 32) / 1.8 + 273.15

4. °F = (K – 273.15) × 1.8 + 32

Mengenal Fisikawan :

Gambar 2.6 Rudolf Julius Emanuel Clausius (Rudolf Lahir Gottlieb, 2 Januari 1822 - 24 Agustus 1888), adalah seorang Jerman fisikawan dan ahli matematika dan dianggap sebagai salah satu pendiri pusat dari ilmu termodinamika .Dengan penyajian kembali tentang Sadi Carnot 'Prinsip yang dikenal sebagai siklus Carnot , Pada tahun 1865 ia memperkenalkan konsep entropi .

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

bertumbukan dengan molekul-molekul di udara yang mengelilinginya dan memindahkan energi mereka ke udara.

Hukum kedua termodinamika mengandung dua unsur dasar yaitu satu negatif dan satu positif. Yang pertama menyatakan bahwa proses-proses tertentu adalah mustahil (misal, bahwa panas mengalir dari sumber yang panas menuju yang dingin, tidak pernah sebaliknya) dan yang kedua (yang diturunkan dari yang pertama) menyatakan bahwa entropi adalah ciri yang niscaya dari semua sistem yang terisolasi. Dalam sebuah sistem yang terisolasi, semua situasi yang tidak setimbang akan menghasilkan satu evolusi menuju satu keadaan setimbang.

I. Wiliam Rowman Hamiton (1805 – 1865)

Wiliam Rowman Hamiton menyatakan bahwa “energi kinetik dengan momen dan sistem koordinat dan menemukan bagaimana membuat transformasi persamaan Lagrange menjadi persamaan diferensial tingkat pertama untuk menentukan suatu gerakan”.

J. Celcius, Farenheit, Reamur

Celcius, Farenheit, Reamur memberikan sumbangan yang besar dalam menentukan skala pengukuran suhu dan hingga kini masih digunakan.

Rumus konversi suhu Fahrenheit

Konversi dari

ke Rumus

Fahrenheit Celsius °C = (°F – 32) / 1.8

CelsiusFahrenheit

°F = °C × 1.8 + 32

Fahrenheit kelvinK = (°F – 32) / 1.8 + 273.15

kelvinFahrenheit

°F = (K – 273.15) × 1.8 + 32

Mengenal Fisikawan :

Gambar 2.7Sir William Rowan Hamilton (4 Agustus 1805 - 2 September 1865) adalah seorang Irlandia fisikawan , astronom , dan matematika , yang membuat kontribusi penting untuk mekanika klasik , optik , dan aljabar. Studi Nya sistem mekanik dan optik membawanya untuk menemukan konsep-konsep matematika dan teknik baru. Kontribusi terbesar mungkin adalah reformulasi mekanika Newton , yang sekarang disebut mekanika Hamiltonian . Karya ini telah terbukti pusat studi modern teori medan klasik seperti elektromagnetisme , dan pengembangan mekanika kuantum

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

K. R. J. Mayer

Menentukan ekuivalensi panas dan energi. Dan dari data yang spesifik panas gas dia telah menurunkan harga mekanik ekuivalensi panas tersebut.

L. Joseph Fourier

Joseph Fourier adalah anak dari seorang penjahit di Auxerre. Dengan istri pertamanya, dia mempunyai tiga anak, dan kemudian ayahnya menikah lagi dan Joseph adalah anak yang kesembilan dari dua belas bersaudara dari perkawinan kedua ini. Ibu Joseph meninggal ketika dia berumur sembilan tahun dan ayahnya meninggal pada tahun berikutnya.

Joseph pertama kali bersekolah di sekolah Pallais yang diajar oleh guru musik dari katedral. Joseph belajar bahasa Latin dan Perancis. Pada tahun 1780 Joseph pertama kali pergi ke École Royale Militaire dari Auxerre. Pada usia 13 tahun dia menunjukan bakat dalam bidang matematika. Pada usia 14 tahun, ia telah menyelesaikan studi dari enam tigkat dari Bézout 's Cours de mathématiques. Tahun 1783 ia menerima hadiah pertama untuk studi Bossut' s Mécanique en général.

Tahun 1822 ia menerbitkan buku “ Theorie Analitique da la Chaleur” yang isinya meliputi teori konduksi yang menjelaskan tetang fungsi dengan berbagai variabel yang kontinu maupun yang diskontinu.

M. James Prescott Joule (1818 – 1898)

James Prescott Joule (1818-1889) ialah seorang ilmuwan Inggris yang merumuskan Hukum Kekekalan Energi, yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan."

Ia adalah seorang ilmuwan Inggris yang hobi fisika. Dengan percobaan ia berhasil membuktkan bahwa panas (kalori) tak lain adalah suatu bentuk

Mengenal Fisikawan :

Gambar 2,16

Gambar 2.8Jean Baptiste Joseph Fourier (21 Maret 1768 - 16 Mei 1830) adalah seorang Perancis matematikawan dan fisikawan terkenal untuk memulai penyelidikan deret Fourier dan aplikasi mereka untuk masalah perpindahan panas dan getaran . The Fourier transform and Fourier's Law are also named in his honour. The Transformasi Fourier dan Teman-Hukum Fourier juga dinamai untuk menghormatinya. Fourier is also generally credited with the discovery of the greenhouse effect .Fourier juga biasanya dikreditkan dengan penemuan efek rumah kaca .

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir.

James Prescott Joule, ilmuwan yang namanya diabadikan menjadi satuan energi Joule ini lahir di Salford, Lancashire, Inggris pada 24 Desember 1818. ia adalah anak seorang pengusaha bir yang kaya raya, namun sedikitpun ia tidak pernah merasakan pendidikan di sekolah hingga usia 17 tahun. Hal ini disebabkan karena sejak kecil ia selalu sakit-sakitan akibat luka di tulang belakangnya. Sehingga, ia terpaksa hanya tinggal di rumah sepanjang hari.

Karena itu, ayahnya sengaja mendatangkan guru privat ke rumahnya dan menyediakan semua buku yang diperlukan Joule. Tidak hanya itu, ayahnya bahkan menyediakan sebuah laboratorium khusus untuk Joule. Meskipun begitu, Joule tidak hanya mengandalkan pelajaran yang ia dapatkan dari guru privatnya. Joule tetap berusaha belajar sendiri sehingga sebagian besar pengetahuan yang dimilikinya diperoleh dengan cara belajar sendiri. Namun, ada satu pelajaran yang cukup sulit dipahaminya, yaitu Matematika.

Setelah berumur 17 tahun Joule baru bersekolah dan masuk ke Universitas Manchester dengan bimbingan Jhon Dalton. seorang ahli kimia Inggris yang begitu terkenal. Joule dikenal sebagai siswa yang rajin belajar, rajin bereksperimen, dan juga rajin menulis buku. Bukunya yang berjudul Tentang Panas yang Dihasilkan oleh Listrik terbit pada tahun 1840 saat ia berusia 22 tahun. Tiga tahun kemudian tepatnya pada tahun 1843 bukunya mengenai ekuivalen mekanik panas terbit. Lalu, empat tahun berikutnya (1847) ia juga menerbitkan buku mengenai hubungan dan kekekalan energi.

Buku-buku hasil karyanya tersebut begitu menarik perhatian Sir William Thomson atau dikenal dengan nama Lord Kevin. Sehingga, akhirnya Joule bekerja sama dengan Thomson

Berfikir Kritis Socrates :

1. Bagaimanakah konsep hukum kekekalan energy yang dikemukakan oleh Joule ?

2. Berapakah besar kesetaraan antara kalor dengan energy yang dihasilkan oleh James Prescott Joule ?

Mengenal Fisikawan :

Gambar 2.9James Prescott JouleSeorang ilmuwan lahir di Salford Lancashire Inggris pada 24 Desember 1818

Berfikir Kritis Socrates :

1. Apakah teori kalorik itu ?

2. Bagaimanakah Joule dapat mematahkan teori kalorik, jelaskan mengenai masalah ini!

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

dan menemukan efek Joule-Thomson. Efek tersebut merupakan prinsip yang kemudian dikembangkan dalam pembuatan lemari es. Efek tersebut menyatakan bahwa apabila gas dibiarkan berkembang tanpa melakukan kerja ke luar, maka suhu gas itu akan turun.

Selain itu, Joule yang sangat taat kepada agama juga menemukan hukum kekekalan energi bersama dengan dua orang ahli fisika dari Jerman, yaitu Hermann von Helmholtz dan Julius Von Mayer. Hukum kekekalan energi yang mereka temukan menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk menjadi energi listrik, mekanik, atau kalor.

Hukum kekekalan energi adalah salah satu dari hukum-hukum kekekalan yang meliputi energi kinetik dan energi potensial. Hukum ini adalah hukum pertama dalam termodinamika.

Hukum Kekekalan Energi (Hukum I Termodinamika) berbunyi: "Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan (konversi energi)".

Berkat penemuan-penemuannya Joule menerima Medali Emas Copley, menjadi anggota Royal Society –sebuah Lembaga Ilmu Pengetahuan Inggris yang pernah dipimpin Newton selama 25 tahun. Selain itu, Joule juga menjadi Presiden Asosiasi Kemajuan Ilmu Pengetahuan di Inggris. Namun, meskipun begitu kehidupan Joule sangat sederhana. Tidak seperti ayahnya yang kaya raya, Joule hidup miskin dan menghabiskan masa tuanya dalam penyesalan dan kekecewaan karena banyak penemuan ilmiah digunakan untuk berperang.

Ia mendapatkan bahwa 778 ft-lb (foot-pound), kerja yang dilakukan akan menaikan temperatur 1 lb air 1oF. dan diperoleh bahwa 1 kalori = 4,188 joule. Joule bekerja sama dengan Meyer dan Helmholtz (1821 – 1824). Pada tahun 1847 membacakan papernya yang menyatakan bahwa gerak abadi dari mesin adalah tak mungkin”. Dia mengemukakan hukum konservasi energi. Dari prinsip konservasi energi ini menyebabkan berakhirnya teori caloric.

Berfikir Kritis Socrates :

1. Sejak kapan buku Joule di terbitkan?

2. Apakah hasil kerjasama antara Joule dan Thomson ?

3. Bagaimana aplikasi dari temuan Joule dan Thomson tersebut?

4. Penghargaan apa yang pernah Joule terima ?

5. Bagaimana cara yang dilakukan Joule sehingga ia mendapatkan I kalori = 4.188 Joule ?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Keterkaitan penemuan joule dalam bidang termofisika :

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

Konsep dasar dalam termodinamikaPengabstrakan dasar atas termodinamika

adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Sistem termodinamikaSistem termodinamika adalah bagian dari

jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

o sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

o sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

Berfikir Kritis Socrates :

1. Apa saja kajian yang ada di dalam termodinamika ?

2. Beri penjelasan mengenai konsep utama dalam termodinamika !

3. Apakah yang dimaksud dengan sistem termodinamika ?

4. Sebutkan jenis-jenis sistem yang ada dalam termodinamika! Serta beri penjelasannya !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

o pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

o pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

o sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Keadaan termodinamikaKetika sistem dalam keadaan seimbang

dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).

Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.

Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Berfikir Kritis Socrates :

1. Jelaskan pengertian tentang keadaan pasti dan fungsi keadaan dari sistem !

2. Sebutkan hukum-hukum yang terdapat dalam termodinamika ! beri penjelasan !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum Pertama TermodinamikaHukum ini terkait dengan kekekalan energi.

Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

Hukum kedua TermodinamikaHukum kedua termodinamika terkait

dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Hukum ketiga TermodinamikaHukum ketiga termodinamika terkait

dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

N. Boltzman dan Avogadro

Hukum ini disempurnakan di tahun 1877 oleh Ludwig Boltzmann, yang mencoba untuk menurunkan hukum kedua termodinamika

Mengenal Fisikawan:

Gambar 2.10Ludwig Eduard Boltzmann (20 Februari 1844 - September 5, 1906) adalah seorang Austria fisikawan terkenal atas kontribusi pendirian dalam bidang mekanika statistik dan termodinamika statistik . Dia adalah salah satu yang penting pendukung paling untuk teori atom pada saat yang model ilmiah masih sangat kontroversial.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

dari teori materi atomik, yang pada waktu itu sedang naik daun. Dalam versi Boltzmann, entropi nampak sebagai satu fungsi peluang dari satu keadaan materi tertentu: semakin tinggi peluang dari satu keadaan, semakin tinggi pula entropinya. Dalam versi ini, semua sistem cenderung menuju satu keadaan setimbang (keadaan di mana tidak ada aliran energi netto). Dengan demikian, ketika satu benda panas ditempatkan berdampingan dengan sebuah benda dingin, energi (panas) akan mengalir dari yang panas ke yang dingin, sampai mereka mencapai keadaan setimbang, yaitu mereka memiliki suhu yang sama.

Boltzmann adalah orang pertama yang mengurusi masalah perubahan dari tingkat mikroskopik (skala kecil) ke makroskopik (skala besar) dalam fisika. Ia mencoba menggabungkan dua teori baru termodinamika dengan fisika perlintasan klasik. Mengikuti teladan Maxwell, ia mencoba memecahkan masalah itu melalui teori peluang Ã. Hal ini adalah satu terobosan besar terhadap metode deterministik mekanik Newton. Boltzmann menyadari bahwa penambahan entropi yang tidak dapat dibalik prosesnya itu dapat dilihat sebagai sebuah pernyataan atas pertambahan ketidakteraturan molekular. Prinsipnya tentang keteraturan menyatakan bahwa keadaan yang peluangnya lebih tinggi untuk terjadi dalam satu sistem adalah keadaan di mana berbagai kejadian yang terjadi bersamaan dalam satu sistem saling meniadakan satu dengan yang lain secara sempurna dilihat dari segi statistik. Walaupun molekul-molekul dapat bergerak acak, secara rata-rata, pada saat tertentu, sejumlah molekul akan bergerak ke arah yang sama dengan molekul-molekul lainnya.

Ada satu kontradiksi antara energi dan entropi. Kesetimbangan yang labil antara keduanya ditentukan oleh suhunya. Pada satu suhu yang rendah, energi berdominasi, dan kita melihat kemunculan dari keadaan yang beraturan dan berenergi rendah, misalnya dalam kristal es, di mana molekul-molekul dikunci pada kedudukan tertentu relatif terhadap molekul lainnya. Walau demikian, dalam suhu yang tinggi,

Berfikir Kritis Socrates :

1. Jelaskan Bagaimana pandangan Boltzman mengenai hukum II termodinamika !

2. Apakah peranan Boltzman dalam kajian mengenai energi ?

3. Jelaskan keterkaitan antara entropi dan energi !

4. Mengapa hukum II termodinamika tidak selalu dapat digunakan untuk setiap keadaan? Beri contohnya !

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

entropi berkuasa, dan terwujudkan dalam ketidakberaturan gerak molekul. Struktur kristal akan dihancurkan, dan kita mendapati satu transisi, pertama menjadi cairan, lalu menjadi gas.

Hukum kedua menyatakan bahwa entropi dari satu sistem yang terisolasi selalu bertambah, dan bahwa ketika dua sistem disatukan, entropi dari gabungan kedua sistem itu adalah lebih besar dari jumlah dari kedua entropi tersebut. Walau demikian, hukum kedua termodinamika tidaklah seperti hukum-hukum fisika yang lain, seperti hukum gravitasi Newton, persis adalah karena hukum ini tidak selalu dapat diterapkan. Hukum ini, yang awalnya diturunkan dari satu bidang khusus mekanika klasik, terbatas oleh fakta bahwa Boltzmann tidak memperhitungkan gaya-gaya lain seperti elektromagnetisme atau bahkan gravitasi, hanya memperhitungkan tumbukan atom-atom. Ini memberi gambaran yang sangat terbatas terhadap proses fisika, yaitu ia tidak dapat dianggap dapat diterapkan secara umum, sekalipun ia berlaku untuk sistem-sistem yang terbatas, seperti mesin uap. Hukum Kedua tidak dapat diterapkan dalam tiap kejadian. Gerak Brown, misalnya, merupakan kontradiksi terhadap hukum ini. Sebagai satu hukum umum jagad dalam bentuk klasiknya, hukum ini keliru.

Boltzman dan Avogadro mengemukakan bahwa gas sejati pada tekanan rendah, dalam batas-batas tertentu memenuhi persamaan:

p V = n k Tdengan,

p = tekananV= volumen = N/No,

dengan No = bilangan Avogadro = 6,025 x 1020

k = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/KT = suhu (K)

O. Claussius Clapeyron

Berfikir Kritis Socrates :

1. Beri penjelasan mengenai persamaan yang dikemukaan oleh Claussius Clapeyron !

2. Apakah yang di teliti oleh Joseph Stefan?

3. Apa kesimpulan yang di kemukakan oleh Joseph Stefan ?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Untuk setiap zat, titik didih dan titik leburnya bergantung pada tekanan. Pada suhu tekanan dan suhu tertentu, zat mempunyai beberapa wujud dalam kesetimbangan.

Jika tekanan diubah, kesetimbang akan terganggu. Secara netto ada sejumlah partikel dari wujud yang satu berpindah ke wujud yang lain, maka berubah pula suhu zat tersebut. Antara perubahan tekanan p dan perubahan suhu T, terdapat hubungan sederhana yang dikemukan oleh Claussius Clapeyron yaitu:

ΔpΔT

=L21

T (v2 − v1 ) , jika Δpkecil.

Dan persamaan dikenal dengan persamaan Claussius Clapeyron.

P. Joseph Stefan (1835-1893)

Stefan dilahirkan di sebuah desa pinggiran kota St Peter (Slovene Sveti Peter) dekat Ebenthal (Slovene Žrelec) (hari ini sebuah kecamatan Klagenfurt) (Celovec) di Austria Kekaisaran (sekarang di Austria) untuk ayah Ales (Aleksander) Stefan, lahir pada 1805 dan ibu Marija Startinik, lahir 1815. Orang tuanya, baik etnis Slovenes, yang telah menikah ketika Józef sebelas. Stefans yang merupakan keluarga sederhana. Ayahnya adalah seorang asisten penggilingan dan ibu menjabat sebagai pembantu. Stefan ayah meninggal pada 1872, sementara ibunya meninggal hampir sepuluh tahun sebelumnya di 1863.

Stefan dihadiri SD di Klagenfurt, di mana dia menunjukkan kepada bakat. Mereka merekomendasikan bahwa ia melanjutkan sekolah, sehingga di 1845 ia pergi ke Klagenfurt gimnasium. Dia mengalami revolusioner tahun 1848, sebagai tiga belas tahun laki-laki, yang terinspirasi dia menjadi bersimpati terhadap sastra Slovene produksi.

Setelah lulus dia kelas atas di sekolah menengah dia bergabung sebentar dengan Benedictine pesanan besar tetapi ia menang dalam fisika. Pada tahun 1853 dia pergi ke

Mengenal Fisikawan :

Gambar 2.11

Joseph Stefan ( Slovenia : Jozef Stefan) (24 Maret 1835 - 7 Januari 1893) adalah seorang fisikawan , ahli matematika dan penyair dari Slovenia bahasa ibu dan Austria kewarganegaraan. a menerbitkan hampir 80 artikel ilmiah, terutama di Buletin dari Akademi Ilmu Pengetahuan Wina, dan dia terkenal berasal sebuah fisik kuasa hukum pada tahun 1879 menyatakan bahwa jumlah radiasi dari sebuah benda hitam * j adalah sebanding dengan kekuatan keempat dari termodinamik suhu T:

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Wina untuk belajar matematika dan fisika. Dia profesor dari fisika di gimnasium Karel Robida yang telah menulis buku pertama Slovene fisika. Stefan kemudian lulus dalam matematika dan fisika di Universitas Wina di 1857. Selama mahasiswa tahun, ia juga menulis dan menerbitkan sejumlah puisi di Slovene. Dia mengajar fisika di Universitas Wina, adalah Direktur Institut Fisik dari 1866, Wakil Presiden dari Vienna Academy of Sciences dan anggota dari beberapa lembaga ilmiah di Eropa.

Setiap benda pada setiap saat akan memancarkan energi tetapi dalam kesetimbangan diterapkannya pula energi sebesar yang dipancarkannya tadi. Berdasrkan eksperimen Joseph Stefan mengemukakan bahwa “setiap satuan luas benda yang bersuhu mutlak (T) setiap satuan waktu memancarkan energi W sebasar W=e τ T4”.Dimana,

e = emisifitas besar bergantung permukaan benda.

τ = konstanta umum (5.672x10-8 watt / m2 K4)

Q. Dulong - Petit

o Alexis Petit Therese

Alexis Petit adalah anak berbakat. Dia juga menghadiri École Centrale di Besançon dimana semua orang kagum dengan kualitas karyanya. Dia kemudian pergi ke sebuah sekolah swasta di Paris dimana dia diajarkan oleh guru yang juga mengajar di École Polytechnique. Pada usia 10 tahun Petit telah mencapai catatan standar untuk menjadi siswa di École Polytechnique tetapi syarat untuk menjadi siswa mereka harus berusia 16 tahun. Karena itu dia harus menunggu sekitar 5 tahun sebelum ia dapat masuk. Memasuki École di 1807, dia di kelas yang sama dengan Poncelet yang hampir tiga tahun lebih tua dari Petit. Pada tahun 1809, Petit lulus dari École dan bergabung dengan staf pengajar. Dia mendapatkan gelar doktor pada 1811 untuk beredar pada tesis kapiler tindakan. Namun, saat ini ia sudah

Berfikir Kritis Socrates :

1. Tahun berapa Petit lulus dari sekolahnya? Serta tahun berapa ia mendapat gelar doctor ?

2. Apa yang di teliti oleh Petit dan Aragog?

3. Bagaimana pandangan Petit mengenai cahaya?

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

mengajar fisika di Lycée Bonaparte di mana dia telah ditunjuk di 1810.

Petit menikah dengan saudara dari François Arago dan Petit dan Arago berkolaborasi pada percobaan pada pembelokan cahaya di gas. Secara khusus, mereka menguji efek pada suhu refractive indeks gas. Petit telah diajarkan fisika di École Polytechnique dari alam konvensional. Khususnya ia telah diajarkan bahwa terang itu terdiri dari corpuscles, sehingga tidak mengherankan bahwa di 1814-1815, ketika dia sendiri telah mengajar fisika di École, ia menyajikan pandangan yang sama kepada siswa seperti yang ia telah diajar. Karyanya dengan Arago dalam 1815, bagaimanapun, membuat dia mengambil pandangan yang berbeda pada sifat cahaya dan pada bulan Desember tahun itu dia dinyatakan sebagai posisi yang beriman dalam teori gelombang cahaya.

o Pierre Louis Dulong

Pierre Dulong Louis (12 Februari 1785 - 19 Juli 1838) adalah seorang Perancis fisika dan apotik, dan lebih dikenal dengan hukum Dulong dan Petit. Dulong dilahirkan di Rouen, Perancis. Dia bekerja di kapasitas panas spesifik dan perluasan dan indeks refractive dari gas rumah kaca. Dia mendapat pendidikan di sekolah menengah di Auxerre dan Rouen sebelum masuk École Polytechnique, Paris pada 1801. Dia mulai belajar obat-obatan, tetapi disini dia berkonsentrasi mempelajari ilmu pengetahuan, bekerja di bawah arahan Thénard. Dulong berhasil mendapat gelar Alexis Therese Petit sebagai profesor dari fisika, 1820-1829, kemudian directeur des Etudes sampai kematiannya. Di bidang kimia, ia mengkontribusikan pengetahuan tentang: a. Ganda dekomposisi dari garam (1811) b. nitrous acid (1815) c. oxides dari fosfor (1816) d. oxides dari nitrogen

e. katalisis oleh logam (1823, dengan Thénard)

Mengenal Fisikawan:

Gambar 2.12

Dulong dilahirkan di Rouen , Perancis . Dia bekerja pada kapasitas panas spesifik dan perluasan dan indeks bias gas.. Seorang anak tunggal, ia menjadi yatim piatu pada usia 4, ia dibesarkan oleh bibi di atas Auxerre .. Ia mendapat pendidikan menengah di Auxerre dan Rouen sebelum masuk École Polytechnique , Paris pada tahun 1801.. Dia mulai belajar kedokteran, tetapi memberikan ini sampai dengan berkonsentrasi pada ilmu pengetahuan, bekerja di bawah arahan Thenard . Dulong berhasil Alexis Petit Thérèse sebagai profesor fisika, 1820-1829, kemudian directeur des etudes sampai kematiannya.

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Dulong juga menemukan nitrogen trichloride yang sangat berbahaya pada tahun 1812, dan dia kehilangan dua jari dan mata pada saat bekerja. Dulong berkolaborasi dengan Petit Tahun 1815 dengan tujuan untuk

menyampaikan masukan tahun 1818 Grand Prix dari Akademi Ilmu yang telah ditetapkan pada topik thermometry dan hukum-hukum pendinginan. Tahun 1818 Petit dan Dulong memenangkan “Academy Prize” untuk pekerjaan mereka di hukum pendinginan tetapi pada tahap ini mereka belum menemukan yang sekarang dikenal dengan hukum Dulong Petit. Hadiah yang mereka diserahkan pada “ eksperimental klasik penyelidikan, yang membentuk gas termometer diandalkan sebagai satu-satunya standar dan menempatkan perkiraan sifat Newton's hukum pendinginan melebihi semua keraguan ’.

Tahun berikutnya ia menerbitkan hukum Dulong Petit tentang teori panas. Kedua ilmuwan yang merumuskan hukum empiris mengenai spesifik panas yang menyatakan bahwa unsur-unsur yang spesifik panas dari semua elemen yang sama pada setiap atom dasar. Hukum tentang pengecualian dan tidak sepenuhnya dipahami sampai teori kuantum digunakan.

Pada tahun 1818 Petit juga menerbitkan prinsip-prinsip umum dari mesin teori. Karya ini menunjukkan bahwa ia sebagai seorang ahli matematika besar sebagai dia percobaan fisika. Walaupun ia hidup singkat (usia 28 tahun ketika ia meninggal) dia telah dimuliakan dengan pemilihan kepada Societe Philomatique. Dia meninggal terlalu muda untuk membuat ke Akademi Ilmu namun ada sedikit keraguan bahwa pemilihan akan datang segera diberikan luar biasa kualitas karyanya.

Tahun 1819 Dulong berkolaborasi dengan Petit untuk menunjukkan bahwa massa kapasitas panas logam unsur yang

Berfikir Kritis Socrates :

1. Sebutkan kontribui Dulong ?

2. Apakah prestasi yang di capai oleh Dulong dan petit?

3. Apa yang dikerjakan oleh Dulong dan Petit untuk memperoleh penghargaan tersebut ?

4. Jelaskan mengenai hukum spesifik panas yang dikemukakan oleh Dulong dan Petit ?

5. Mengapa Petit disebut juga sebagai ahli matematika?

6. Penemuan apa yang di temukan oleh Dulong dan Petit pada tahun 1819 ?

7. Jelaskan perkembangan kalor, jika di tinjau dari fisika kuantum oleh Einstein!

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

menyeluruh dengan massa atom, yang sekarang ini dikenal sebagai hukum Dulong-Petit.

Dulong juga bekerja pada elastisitas tenaga, pada pengukuran dari suhu, dan pada perilaku elastis cairan. Dia membuat perbandingan yang tepat untuk pertama kali dari suhu udara dan suhu-skala.

Pierre Louis Dulong meninggal saat bekerja pada pengembangan metode yang tepat dalam kalorimeter. Sedangkan Alexis Petit Therese meninggal terlalu muda sebagai Akademi Ilmu. Namun, ada sedikit keraguan bahwa pemilihan yang akan datang diberikan penghargaan luar biasa atas hasil karyanya.

Perkembangan pada periode kelima

R. Einstein

Einstein mengenalkan kuantum perilaku yang menunjukkan mengapa spesifik suhu dari panas tergantung pada suhu rendah, dan memiliki suhu tinggi batas yang disepakati dengan Hukum Dulong dan Petit. Untuk menunjukkan ini, diketahui bahwa untuk suhu tinggi, serangkaian ekspansi yang memberikan eksponen.

Einstein yang spesifik ekspresi kemudian menjadi panas

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n K a l o r Page

Ini untuk mengurangi Hukum Dulong dan Petit.

DAFTAR RUJUKAN BAB II

1. Benenson, Walter, et.al. 2001. Handbook of Physics. New York: Springer-Verlag.

2. Gribbin, J. 1998. A Brief History of Science. University of Sussex: The Ivy Press Limited.

3. Heimbecker, B, et al. 2002. Physics (Concepts andConnections). Canada: Irwin Publishing Ltd.

4. Moedjiono. 1990. Sejarah Fisika. Surabaya: UnipressIKIP Surabaya.

Biografi dan foto fisikawan diperoleh dari:http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/__.

http://id.wikipedia.org/wiki/__.

http://encarta.msn.com/encyclopedia__.