Artikel IlmiahAplikasi Thermodinamika pada Rice Cooker

Di Susun Oleh :Nama: Nia Nur AiniNIM: K2513046Kelas: B

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANPENDIDIKAN TEKNIK MESINUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013/2014MOTTO

Belajar di masa muda bagaikan mengukir di atas batu,balajar di massa tua bagaikan mengukir di atas air. Where there is a will, there is a way. Salah satu cara untuk menyelesaikan masalah adalah jangan memulai dengan bagaimana masalah itu timbul, namun mulailah dengan bagaimana cara masalah tersebut dapat teratasi. Waktu adalah untuk belajar. Sejatinya derajat nilai seseorang dilihat dari apa yang diciptakannya, bukan pada apa yang dimiliki dan dikumpulkannya.

KATA PENGANTARDengan mengucapkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang mana telah melimpahkan rahmat,hidayah, serta inayahnya kepada penulis, sehingga dapat menyusun dan menyelesaikan artikel ilmiah thermodinamika mengenai rice cooker.Artikel ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah thermodinamika di Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan. Dari artikel yang telah dibuat, diharapkan dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi mahasiswa khususnya bagi kami mengenai aplikasi thermodinamika pada rice cooker.Untuk penyusunan artikel ini tentunya tidak luput dari bantuan beberapa pihak yang telah membantu menyelesaikan artikel ini. Maka untuk itu kami selaku penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu menyelesaikan artikel ini. Namun karena keterbatasan waktu dan kemampuan penulis, maka karya tulis ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu penulis mohon maaf dan sangat mengharapkan kritik dan saran untuk sempurnanya penulisan ini.Saya berharap semoga dengan ditulisnya karya tulis ini dapat memberikan manfaat kepada semua pihak,dan tentunya bagi mahasiswa mahasiswi Universitas Sebelas Maret.

Surakarta, 9 Maret 2014Penulis

DAFTAR ISIHalaman JudulMottoKata PengantarDaftar IsiBab I : PENDAHULUAN1. Latar Belakang2. Tujuan3. Metode PenulisanBab II : TINJAUAN PUSTAKAA. Pengertian ThermodinamikaB. Hakekat TermodinamikaC. Konsep Dasar ThermodinamikaD. Sistem TermodinamikaE. Hukum-hukum Dasar ThermodinamikaBab III : PEMBAHASAN1. Pengenalan Rice Cooker2. Sejarah Rice Cooker3. Prinsip Kerja Rice Cooker4. Cara kerja Rice Cooker5. Perawatan Rice Cooker6. Perbaiakan Rice CookerBab IV : PENUTUPKesimpulanDAFTAR PUSTAKA

BAB IPENDAHULUAN1. Latar BelakangSeiring dengan kemajuan teknologi yang mengglobal telah terpengaruh dalam segala aspek kehidupan baik di bidang ekonomi, politik, kebudayaan, seni dan bahkan di dunia pendidikan. Kemajuan teknologi adalah sesuatu yang tidak bisa kita hindari dalam kehidupan ini, karena kemajuan teknologi akan berjalan sesuai dengan kemajuanm ilmu pengetahuan. Setiap inovasi diciptakan untuk memberikan manfaat positif bagi kehidupan manusia. Memberikan banyak kemudahan, serta sebagai cara baru dalam melakukan aktifitas manusia. Salah satu contoh kecil kemajuan teknologi yaitu tercipta suatu peralatan rumah tangga yang bersumber daya dari listrik yang biasa dikenal dengan sebutan RICE COOKER.Dengan munculnya Rice Cooker dalam kehidupan masyarakat, banyak membantu pekerjaan rumah tangga terkhusus dalam penanakan nasi sehingga dapat meringankan beban para ibu rumah tangga selain itujuga dapat menghemat biaya.2. TujuanArtikel ini bertujuan untuk mengetahui bentuk aplikasi termodinamika dalam perkembangan teknologi, dimana dalam artikel ini penulis mengangkat tema mengenai thermodinamika pada rice cooker dan cara perawatannya.3. Metode PenulisanDalam penulisan artikel ini metode yang dipakai adalah metode kepustakaan yaitu berasal dari literature-literature bersumber dari buku dan internet yang relevan dan terpecaya.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

LANDASAN TEORIA. Pengertian ThermodinamikaTermodinamika merupakan suatu cabang dari sains dan teknik fisika. Para ahli sains umumnya berusaha memahami perilaku dasar sifat fisika dan kimia dari sejumlah materi dalam keadaan berhenti (diam) dan menggunakan prinsip thermodinamika untuk menghubungkan sifat-sifat materi tersebut. Para ahli teknik (insinyur) umumnya tertarik untuk mempelajari system dan interaksinya dengan lingkungan. Demi memfasilitasi hal ini, insinyur memperluas bidang termodinamika untuk mempelajari system dimana terdapat aliran materi.Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar yang dipatahi oleh kalor dan usaha. Secara harfiah, termodinamika adalah studi tentang kalor yang berpindah. Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang kita perhatikan disebut system, sedangkan semua yang ada di sekitar sistem disebut lingkungan.

B. Hakekat TermodinamikaTermodinamika adalah salah satu bidang terpenting dalam ilmu pengetahuan, kerekayasaan. Cara kerja kebanyakan sistem dapat dijelaskan dengan termodinamika, demikian pula, mengapa pelbagai sistem tertentu tidak bekerja seperti yang diinginkan, serta mengapa sistem lainnya sama sekali tidak bekerja. Termodinamika adalah modal utama dari seorang sarjana teknik teoretik untuk merancang motor bakar, pompa termal, motor roket, rice cooker, AC, ginjal buatan, penyuling kimia, dll.

C. Konsep Dasar TermodinamikaPengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagi lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar lagi. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.D. Sistem TermodinamikaUntuk menganalisis sistem-sistem panas atau mesin-mesin fluida, mesin-mesin tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai pada benda kerja disebut dengan fluida kerja. Sebagai contoh pompa sebagai benda kerja, fluida kerjanya adalah zat cair. Sedangka Sedangkan pada kompresor, fluida kerjanya adalah udara.Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya, benda kerja sering disebut dengan sistem, yaitu setiap bagian tertentu, yang volume dan batasnya tidak terlalu tetap, dimana perpindahan dan konversi energy atau massa akan dianalisis. Adapun istilah-istilah yang sering disebut adalah sebagai berikut : Batas Sistem adalah garis imajiner yang membatasi sistem dengan lingkungannya. Sistem Tertutup yaitu apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi pertukaran energy atau massa, dengan kata lain energy atau massa tidak melewati batas-batas sistem. Sistem Terbuka yaitu apabila energy dan massa dapat melintasi atau melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi.

E. Hukum- Hukum Dasar TermodinamikaTerdapat empat hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika yaitu :1. Hukum Awal (Zeroth Law) TermodinamikaHukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.2. Hukum Pertama TermodinamikaHukum ini terkait denga kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total jumlah dari energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.3. 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.4. Hukum Ketiga TermodinamikaHukum ketiga termodinamika ini terkait dengan temperature nol absolute. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatu nol absolute, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi beda berstruktur Kristal sempurna pada temperature nol absolute bernilai nol.

BAB IIIPEMBAHASAN

1. Pengenalan Rice CookerRice Cooker atau penanak nasimerupakan alat rumah tangga listrik yang berguna untuk memasak nasi.Meskipun tujuan utama alat ini adalah untuk memasak nasi, tetapi dapat juga difungsikan untuk merebus sayuran, mengukus kuah dan sebagainya.Rice Cooker adalah alat penanak nasi elektrik. Alat instan yang semakin berkembang ini untuk menanak nasi sudah gak repot lagi karena sudah ada alat penanak nasi elektrik. Semua ini memanfaatkan energi listrik dan rice cooker di kelompokan dalam alat rumah tangga karena daya yang dibutuhkan tidak besar hanya 300 watt, 500 watt, 800 watt dan seterusnya. Di dalam rice cooker mempunyai bagian bagian penting.Bagian dalam untuk tempat menanak nasi yang terbuat dari aluminum yang telah dicampur atau dibungkus dengan anti lengket. Dan bagian luar ini untuk melindungi elemen pemanas dan bagian rangkaian kelistrikannya. Ada beberapa elemen pemasan yang di pakai oleh rice cooker :a. Elemen pemanas bawah bisanya berada di dalam bagian bawah elemen pemanas ini tidak mudah untuk diperbaiki. Elemen pemanas dibuat permanen jadi untuk perbaiki sukar diperbaiki, tapi jangan khawatir karena elemen bawah ini jarang sekali rusak.b. Elemen pemanas samping / sering disebut elemen pinggang,c. Elemen pemanas atas berada di dalam tutup rice cooker.

2. Sejarah Rice CookerRice cooker pertama kali ditemukan oleh Yoshitada Minami. Pada tahun 1937, tentara Jepang mulai menjalankan prinsip kerja perangkat penanak nasi bertenaga listrik tersebut. Awalnya rice cooker yang digunakan terdiri dari wadah kayu tahan bocor dan lempengan logam bertenaga listrik. Lempengan logam tersebut berfungsi memanaskan wadah kayu yang sudah terisi beras dan air di dalamnya.Wadah kayu yang terus dipanaskan dengan logam pemanas, kemudian menjadikan beras di dalamnya masak. Saat itu, proses untuk mengubah beras menjadi nasi masih sangat lama karena wadah kayu yang digunakan belum dilengkapi penutup. Akibatnya, uap panas yang dihasilkan dari air mendidih di dalam wadah terbuang percuma ke udara bebas.Untuk menyingkat waktu, kemudian perangkat ini dilengkapi dengan tutup, sehingga uap panas bisa dimaksimalkan fungsinya di dalam wadah untuk menjadikan beras lebih cepat masak jadi nasi. Hasil dari penyempurnaan ini kemudian memunculkan ide Mitsubishi memproduksinya secara massal. Pada tahun 1945, perusahaan tersebut untuk pertama kalinya memproduksi dan memperdagangkan rice cooker.Jika tentara Jepang membuat rice cooker dengan wadah kayu, Mistubishi melengkapi perabotan ini dengan wadah aluminium. Dengan demikian, hantaran panas di dalam wadah bekerja lebih maksimal. Dampaknya, nasi di dalam wadah menjadi cepat sekali masak. Ditambah lagi, uap air yang terjebak di dalamnya akibat tertutup rapat, ikut menghasilkan panas yang mempercepat proses menanak nasi.Inovasi ini ternyata belum menjadi titik akhir bagi rice cooker. Pada tahun 1956, Toshiba menyempurnakan perabot ini secara signifikan. Saat itu, Toshima membuat produk membuat rice cooker yang secara otomatis berhenti bekerja begitu nasi yang dalamnya sudah masak. Inovasi ini menjadikan rice cooker bekerja lebih aman dibanding sebelumnya.Toshiba meraih sukses besar dengan inovasinya. Dalam satu bulan, rata-rata 200 ribu rice cooker terserap pasar dalam negeri. Empat tahun setelah produk Toshiba ini diluncurkan, sekitar 50 persen warga Jepang melengkapi dapurnya dengan rice cooker.Seiring perkembangan waktu, alat ini kemudian menembus pasar dunia dan dilengkapi fungsinya. Alat yang semula hanya bisa memasak nasi, kemudian dilengkapi dengan fungsi menghangatkan nasi, juga menghangatkan sayur-mayur. Namun demikian, sumber tenaga yang digunakannya tetap listrik.3. Prinsip Kerja Rice CookerPada waktu menanak nasi, saklar akan terhubung dengan elemen pemanas utama, arus listrik langsung menuju ke elemen utama dan lampu rice cooking menyala. Ketika suhu pemanas mencapai maksimal dan nasi sudah matang maka thermostat trip (magnet dari otomatis) langsung menggerakkan tuas sehingga posisi saklar jadi berubah mengalirkan listrik menuju ke elemen penghangat nasi melewati thermostat.Pada posisi penghangat ketika suhu thermostat sudah maksimal arus yang menuju ke elemen penghangat akan terputus otomatis, begitu pula ketika suhu pada thermostat berkurang maka otomatis arus menuju elemen penghangat akan terhubung kembali secara otomatis, proses ini akan berlangsung secara terus menerus.Bagian Luar Rice Cooker Bagian Dalam Rice Cooker

4. Cara Kerja Rice CookerHukum termodinamika pada rice cooker :"Thermodynamics is the branch of physical science concerned with heat and its relation to other forms of energy and work. It defines macroscopic variables (such as temperature, entropy,and the pressure) that describe average properties of material bodies and radiation, and explains how they are related and by what laws they change with time""Termodinamika adalah cabang dari fisika yang berhubungan dengan panas, serta relasinya dengan bentuk lain dari energi dan usaha. Ia menetapkan variabel-variabel makroskopik seperti temperatur, entropi, dan tekanan yang menggambarkan kebanyakan sifat benda secara fisik maupun radiasi, dan menjelaskan bagaimana mereka berhubungan, serta dengan hukum apa mereka berubah dari waktu ke waktu."Nasi tadinya berupa beras dan bertekstur keras, jadi kita akan kesulitan memakannya. Karena itu, kita memberinya air, lalu memanaskannya hingga teksturnya berubah lembut dan mudah dimakan. Itulah yang dinamakan nasi. Untuk memanaskan air dan beras, kita memerlukan energi panas. Padarice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Pertanyaannya: bagaimanarice cookermembuat nasi matang dengan pas, tidak terlalu keras dan tidak terlalu lunak?

Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap= Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu100C (373 K). Sementara, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atauelectric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, makapressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.

Namun, jikatutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruangpressure cooker.Karena ada tambahan massa (tutup katup), tekanan makin tinggi dan titik kesetimbangan antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.

Massa tutup katup menentukan tekanan di dalam ruangpressure cooker, karena lubang katup akan membiarkan uap air keluar ketika tekanannya telah mencapai titik tertentu. Kelebihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan sedikit uap melalui katup.

Penanak nasi modern kebanyakan menggunakan sistem termodinamika seperti yang sudah dijelaskan di atas, karena dengan cara diatas, nasi dapat dipastikan matang dengan sempurna. Itulah kenaparice cookeryang tutupnya hilang atau tidak dipakai terkadang memasak nasi dengan terlalu lunak atau basah, sehingga cepat basi.

Rangkaian komponen rice cooker

Diagram kerja rice cooker

Panas bergerak dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiapbenda memilikienergi dalamyang berhubungan dengan gerak acak dariatom-atomatau molekulpenyusunnya.Energi dalam ini berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu berbeda bergandengan, mereka akan bertukar energi internal sampai suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah energi yang tertukar. Kesalahan umum untuk menyamakan panas dan energi internal. Perbedaanya adalah panas dihubungkan dengan pertukaran energi internal dan kerja yang dilakukan oleh sistem. Mengerti perbedaan ini dibutuhkan untuk mengertihukum pertama termodinamika.Radiasiinframerahsering dihubungkan dengan panas, karena objek dalam suhu ruangan atau di atasnya akanmemancarkan radiasikebanyakan terkonstentrasi dalam band inframerah-tengah. (lihatbadan hitam). NotasiKetika suatu benda melepas panas ke sekitarnya,Q< 0. Ketika benda menyerap panas dari sekitarnya,Q> 0.Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas semua dinotasikan dengan perbedaan permutasi hurufQ. Mereka biasanya diganti dalam konteks yang berbeda. Kecepatan penyaluran panas Kecepatan penyaluran panas atau penyaluran panas per unit, ditandaiuntuk menandakan pergantian per satuan waktu. DalamUnicode, adalahQ, meskipun ada kemungkinan tidak dapat ditampilkan secara benar di seluruh browser. Diukur dalam unitwatt. Flux panasFlux panas didefinisikan sebagai jumlah panas per satuan waktu per luas area, dan dinotasikanq, dan diukur dalam watt per meter2. Juga biasanya dinotasikan sebagaiQ atauq. Perubahan suhuJumlah energi panas, Q, dibutuhkan untuk menggantu suhu suatu material darisuhu awal,T0, kesuhuakhir,Tftergantung darikapasitas panasbahan tersebut menurut hubungan.Kapasitas panas tergantung dari jumlah material yang bertukar panas dan properti bahan tersebut. Kapasitas panas dapat dipecah menjadi beberapa cara berbeda. Pertama-tama, dia dapat dipresentasikan sebagai perkalian dari masa dankapasitas panas spesifik(lebih umum disebut panas spesifik)Cp=mcsatau jumlahmoldan kapasitas panas molar:Cp=ncn.Molar dan kapasitas spesifik panas bergantung dari properti fisik dari zat yang dipanasi, tidak tergantung dari properti spesifik sampel. Definisi di atas tentang kapasitas panas hanya bekerja untuk bendapadatdancair, tetapi untukgasmereka tak bekerja pada umumnya.Kapasitas panas molar dapat dimodifikasi bila perubahan suhu terjadi padavolume tetap atautekanantetap. Bila tidak, menggunakanhukum pertama termodinamika dikombinasikan dengan persamaan yang menghubungkanenergi internalgas tersebut terhadap suhunya.Secara teori air akan mendidih/mencapai titik didih bila diberi suhu panas >= 80 C dan < 100 C, karena pada suhu 100 C air akan menjadi uap, maka pada simulasi pemasakan air sebagian air menjadi uap dan sebagian air yang masak. Berikut model pemasakan air:Waktu dalam pemasakan air hingga suhu mencapai 80C dapat bervariasi, dimana tergantung dari volume wadah air tersebut. Penulis tidak akan menggunakan penggambaran model dengan pendekatan matematik, karena menurut penulis butuh sebuah implementasi pembuktian untuk dapat menentukan model perhitungan untuk waktu, derajat dan pengaruh volume wadah agar air masak. Namun secara logika deskriptif perhitungan air hingga titik didih berbanding lurus dan bisa didapatkan yaitu Td = V . t . C, dimana: Td = titik didih (dalam hal ini air)V = Volume wadaht= waktuC= derajat dalam Celcius5. Perawatan Rice CookerPerawatan pada rice cooker relative ringan, perawatan dilakukan terhadap fisik, kelistrikan dan sedikit bagian mekanik. Berikut beberapa tips cara merawat rice cooker :1. Untuk menghindari agar nasi tidak menempel di bagian dasar panci, aduk sesering mungkin selama memasak.2. Pilih rice cooker dengan panci yang memiliki kekuatan panas merata dan hemat listrik karena akan mempengaruhi kualitas nasi yang dihasilkan.3. Segera matikan/cabut power listrik jika nasi tinggal sedikit, sehingga anda dapat berhemat listrik.4. Tunggu hingga cooker sudah dingin, angkat panci dalamnya, dan tuangkan air untuk merendam sisa-sisa nasi yang masih menempel. Lalu biarkan hingga sisa nasi terkelupas.5. Cuci panci dengan spons lembut agar tidak menggores lapisan panci/Teflon.6. Bilas dengan air hangat setelah pencucian guna mengangkat bakteri-bakteri pada panci rice cooker usai digunakan.7. Pastikan tidak ada sisa sabun yang tertinggal selama proses pencucian agar nasi yang dimasak nantinya tidak berbau sabun.8. Segera keringkan panci dalam yang sudah dicuci.9. Jangan lupa juga untuk membersihkan panci luarnya dengan lap lembut.

6. Perbaikan Rice CookerBagian yang memungkinkan kerusakan pada rice cooker antara lain :a. Kabel tenaga putus atau isolasi terkelupasCara perbaikannya bila memungkinkan diperbaiki/diisolasi pada bagian yang rusak, tetapi kalau kabel sudah cukup tua dan pendek sebaiknya diganti yang baru.b. SaklarBila kerusakan yang terjadi bagian seperti pegas/ kontak-kontaknya. Karena model saklarnya tidak umum dijual dipasaran, bila rusak memerlukan perbaikan atau dimodifikasi pada tukang service.c. Elemen pemanasBiasanya disebabkan oleh kesalahan tegangan, dimana biasanya dipakai untuk tegangan 110 V kemudian dipakai pada tegangan 220 V. sebab lain karena kurangnya pemeliharaan sehingga pada bagian elemen atau bagian dasar rice cooker berkarat, sehingga pelindung elemen rusak dan putus atau terhubung singkat. Jadi untuk memperbaikinya, elemen pemanas harus diganti dengan yang baru.

BAB IIIPENUTUPKesimpulanDari pemaparan yang telah dijelaskan maka dapat diambil kesimpulan yaitu :1. Ilmu thermodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan kerja.2. Rice Cooker atau penanak nasimerupakan alat rumah tangga listrik yang berguna untuk memasak nasi.3. Elemen pemanasan yang dipakai rice cooker ada 3 yaitu elemen pemanas bawah, elemen pemanas samping dan elemen pemanas atas.4. Untuk mengubah beras menjadi nasi diperlukan energi anas yang dihaslkan dari energi listrik.5. Jika tutup lubang uap pada rice cooker dibuka maka pressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa.6. Rice cooker yang tutupnya hilang / tidak dipakai terkadang memasak nasi yang terlalu lunak / basah cepat basi.7. Prinsip kerja rice cooker menggunakan hukum pertama thermodinamika.

DAFTAR PUSTAKA

vii