Hukum Pergeseran Wien

Untuk sebuah benda hitam, berlaku suatu hubungan antara panjang gelombang dengan suhu mutlak yang dinyatakan :

λ_m .T = C............................................................ (1)

dengan λ_m merupakan panjang gelombang yang sesuai dengan radiasi energi maksimum, T adalah temperatur termodinamik benda, dan C adalah tetapan pergeseran Wien (2,898 × 10^-3 mK). Hubungan tersebut disebut Hukum pergeseran Wien, yang dinyatakan oleh Wilhelm Wien (1864 - 1928). (Baca juga : Radiasi Panas)

Gambar 1. Grafik hubungan pergeseran Wien.

Gambar 1. memperlihatkan grafik hubungan antara intensitas radiasi dan panjang gelombang radiasi benda hitam ideal pada tiga temperatur yang berbeda. Grafik ini dikenal sebagai grafik distribusi spektrum. Intensitas merupakan daya yang dipancarkan per satuan panjang gelombang. Ini merupakan fungsi panjang gelombang I maupun temperatur T, dan disebut distribusi spektrum.

Dari grafik terlihat bahwa puncak kurva penyebaran energi spektrum bergeser ke arah ujung spektrum panjang gelombang pendek dengan semakin tingginya temperatur.

Fungsi distribusi spektrum P (λ,T) dapat dihitung dari termodinamika klasik secara langsung, dan hasilnya dapat dibandingkan dengan Gambar 1. 

Hasil perhitungan klasik ini dikenal sebagai Hukum Rayleigh- Jeans yang dinyatakan:

P (λ,T) = 8 π k T λ^-4

dengan k merupakan konstanta Boltzmann.

Hasil ini sesuai dengan hasil yang diperoleh secara percobaan untuk panjang gelombang yang panjang, tetapi tidak sama pada panjang gelombang pendek. Begitu λ mendekati nol, fungsi P (λ, T ) yang ditentukan secara percobaan juga mendekati nol, tetapi fungsi yang dihitung mendekati tak terhingga karena sebanding dengan λ^-4. Dengan demikian, yang tak terhingga yang terkonsentrasi dalam panjang gelombang yang sangat pendek. Hasil ini dikenal sebagai katastrof ultraviolet.

Intensitas Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya temperatur.

Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan:

I _total = σ . T⁴ ....................................................... (1)

dengan I menyatakan intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi, T adalah suhu mutlak benda, dan σ adalah tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai 5,67 × 10^-8 Wm^-2K^-4.

Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:

I _total = e.σ.T⁴ ............................................................ (2)

Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan (2) dapat ditulis sebagai:

P/A = = e. σ. T⁴ ...................................................... (3)

dengan:

P = daya radiasi (W)

A = luas permukaan benda (m²)

e = koefisien emisivitas

T = suhu mutlak (K)

Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 - 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 - 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan (2) dikenal juga sebagai Hukum Stefan- Boltzmann, yang berbunyi:

“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

Contoh Soal 1 :

Lampu pijar dapat dianggap berbentuk bola. Jari-jari lampu pijar pertama 3 kali jari-jari lampu pijar kedua. Suhu lampu pijar pertama 67 ^oC dan suhu lampu pijar kedua 407 ^oC. Tentukan perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua!

Besaran yang diketahui:

T₁ = (67 + 273) K = 340 K

T₂ = (407 + 273) K = 680 K

R₁ = 3 R₂

Perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua:

pengertian radiasi panas

1. Pengertian Radiasi Panas

Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi pada umumnya, kalian dapat melihat sebuah benda, karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda itu memancarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1.000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas 2.000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti pijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Hal ini menyebabkan pergeseran warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menentukan suhu suatu benda.

Gambar 1. Filamen lampu pijar meradiasikan panas pada suhu  di atas 2.000 K.

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body.

Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu.

Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.

Gambar 2. Pemantulan yang terjadi pada benda hitam.

Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1. Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.

Benda hitam sempurna adalah pemancar kalor paling baik (e = 1). Contoh yang mendekati benda hitam sempurna adalah kotak tertutup rapat yang dilubangi dengan lubang udara (ventilasi) rumah.

turbin gas

Bagi sebagian orang, mungkin turbin gas sudah tidak asing lagi bagi mereka. Namun tentu tidak bagi sebagian yang lain, mereka mungkin tidak menyadari bahwa pada saat mereka naik pesawat terbang, mesin yang digunakan kendaraan ini adalah turbin gas. Atau mungkin listrik yang mereka nikmati, tidak disadari bahwa salah satu pemasoknya adalah generator berpenggerak turbin gas. Bahkan bisa jadi kendaraan masa depan akan menggunakan turbin gas berbahan bakar ramah lingkungan. 

Rotor Turbin Gas

Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi potensial aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat. Fluida yang digunakan untuk menggerakkan turbin antara lain adalah gas, air, uap air, dan angin. Perbedaan jenis fluida inilah yang membedakan tipe-tipe dari turbin, dimana salah satunya adalah turbin gas.

Aliran Fluida Kerja Turbin Gas

Prinsip kerja dari turbin gas tidak jauh berbeda dengan turbin-turbin yang lain. Putaran dari rotor turbin, diakibatkan oleh adanya gas bertekanan yang melewati sudu-sudu turbin. Gas dengan tekanan tinggi didapatkan dari pembakaran bahan bakar dengan udara, sesaat sebelum masuk turbin. Ekspansi udara hasil proses pembakaran inilah yang digunakan untuk menggerakkan sudu-sudu turbin.

Area Pembakara Turbin Gas

Turbin gas menggunakan udara atmosfer sebagai media kerjanya. Udara masuk melalui sisi inlet akibat terhisap oleh kompresor. Kompresor ini berfungsi untuk memampatkan udara hingga mencapai tekanan tertentu. Biasanya, tekanan di akhir sudu kompresor mencapai 30 kali tekanan inlet kompresor. Pada sisi akhir kompresor udara bertekanan akan melewati difuser. Difuser ini berfungsi untuk mendukung kompresor meningkatkan tekanan udara.

Proses selanjutnya adalah masuknya udara bertekanan yang keluar dari kompresor untuk menuju area pembakaran (biasa disebut combustion chamber). Di area ini, dilakukan injeksi bahan bakar diikuti dengan proses pembakaran bahan bakar tersebut di dalam udara. Pembakaran ini mengakibatkan terjadinya ekspansi dari udara sehingga volume udara hasil pembakaran meningkat, dan tentu saja temperaturnya yang juga meningkat. Proses pembakaran di dalam chamber tidak akan meningkatkan tekanan udara, karena peningkatan volume udara akibat pemanasan cepat mengakibatkan udara berekspansi ke sisi turbin. Sedangkan kenaikan suhu udara hasil pembakaran, mengindikasikan kandungan energi dalam udara (entalpi) yang naik pula. Energi inilah yang akan dikonversikan menjadi tenaga putaran poros oleh turbin gas.

Udara hasil pembakaran selanjutnya masuk ke sisi turbin. Turbin gas terdiri atas beberapastage sudu. Stage pertama yang dilewati oleh udara pembakaran disebut sisi high pressure stage (tekanan tinggi), sedangkan sudu yang paling akhir disebut dengan sisi low pressure stage (tekanan rendah). Sudu-sudu dari tiap stage turbin uap berfungsi sebagai nozzle, yang akan mengubah energi panas yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran untuk menjadi energi gerak. Selain sisi rotor, sudu turbin juga terdapat pada sisi stator. Untuk lebih memahami bagaimana proses perubahan energi panas menjadi energi gerak putaran pada poros turbin.

Kompresor dan Turbin Gas berada pada satu Shaft

Kompresor pada sistem turbin gas, berada pada satu poros (shaft) dengan turbin. Sebagian energi mekanis berupa rotasi poros yang dihasilkan oleh turbin, digunakan untuk memutar rotor kompresor. Pada pembangkit listrik, sebagian energi mekanis digunakan untuk memutar generator yang juga berada satu poros dengan turbin dan kompresor.

Berbeda dengan mesin turbojet pesawat terbang, sebagian kecil energi panas udara hasil pembakaran digunakan untuk memutar turbin, yang selanjutnya energi putaran tersebut digunakan untuk memutar kompresor. Sebagian besar energi panas pada udara hasil pembakaran mesin jet digunakan untuk mendorong pesawat, dimana pada sisi keluaran turbin berbentuk nozzle. Nozzle ini berfungsi untuk meningkatkan kecepatan dorong gas buang, sehingga mendapatkan gaya dorong yang lebih besar bagi pesawat.

Mesin Turbo Jet Pesawat Terbang

Diposkan oleh mutek adrn di 19.25

kapal selam

KAPAL SELAM

Saat ini kapal selam menjadi salah satu alat transportasi yang digunakan untuk tujuan militer dan juga untuk tujuan penelitian bawah laut oleh pemerintah suatu negara. Kapal selam saat ini sudah dilengkapi dengan paralatan yang berteknologi tinggi untuk mengarungi dalamnya laut. Kali ini kita akan membahas tentang sejarah perkembangan dan juga penemu kapal selam yaitu Cornelius Van Drebbel. Cornelius Van Drebbel lahir di Alkamaar, Belanda, pada tahun 1572. Pada awalnya yang telah membuat sketsa kapal selam adalah Leonardo da Vinci pada tahun 1452 sampai 1519, namun yang berhasil membangun kapal selam tersebut adalah Cornelius Van Drebbel pada tahun 1620. 

Sebelum kapal selam itu di buat Drebbel, seorang temannya bernama William Bourne merancang rencana untuk membuat kapal tersebut pada tahun 1578, namun tidak berhasil dan dapat diwujudkan oleh Drebbel. Pada awalnya, Drebbel hanya melihat sketsa-sketsa yang dibuat oleh kedua temannya itu. Namun secara perlahan tapi pasti, Drebbel mewujudkan sketsa yang menurutnya menarik dan unik tersebut.

Standar pembangunan yang digunakan tetap menggunakan sketsa Bourne, yaitu dengan menggunakan prinsip bila kapal selam dapat tenggelam jika tangki di isi dengan air. Saat kapal akan dinaikan ke permukaan, maka tangki harus dikosongkan terlebih dahulu. Selanjutnya Drebbel mencoba menerapkan hukum Archimedes dengan menggunakan dayung untuk penggeraknya. Ia terus melakukan perbaikan terhadap kapal selam buatannya, terutama di bidang desain. Kapal selam tersebut memiliki bentuk seperti susunan dua perahu yang ditutupi dengan kulit.

Lubang-lubang yang digunakan untuk mendayung di buat lebih merekat sehingga tidak akan kemasukkan air. Drebbel tidak memakai sistem balas, ia mencoba dengan menggunakan besi supaya perahu lebih mudah menyelam. Kapal selam tersebut telah menjadi kapal selam tertua di dunia, karena badan kapal tersebut di buat dari kulit binatang dan rangka kayu. Drebbel membungkus kayu pada dasar kapal dengan bahan waterproof serta membungkus dayung perahu dengan kulit.

Penambahan tabung udara pada kapal tersebut bertujuan untuk menyediakan oksigen. Perjalanan pertama kapal tersebut dilakukan bersama 12 pendayung di Sungai Thames. Dalam percobaan tersebut, kapal ini mampu menyelam hingga kedalaman 360 sampai 450 cm di bawah Sungai Thames, London, selama 2 sampai 3 jam. Bentuk kapal selam terakhir yang di buat oleh Drebbel memiliki enam pendayung dan mampu menampung sekitar 16 penumpang.

Kapal tersebut mampu menyelam hingga 3 jam serta berlayar hingga jarak 12 sampai 15 kaki di bawah permukaan air. Jalur kapal tersebut di mulai dari Westminster menuju ke Greenwich, pulang pergi. Kapal selam tersebut mirip seperti bentuk cerutu dan dibuat secara hidrodinamik, sebab menurut Drebbel bila kapal selam dibuat secara hidrodinamik akan lebih memudahkan dan dapat mengurangi hambatan saat tenggelam, sehingga dapat membuat kapal tenggelam secara lancer.

Kapal selam tersebut memiliki kecepatan mencapai 18 km/ jam. Sekarang ini kapal selam buatan Drebbel sudah mulai untuk di kembangkan demi tujuan militer. Kapal tersebut terus dikembangkan supaya dapat menjadi kapal selam perang, hal tersebut tentunya sangat bertolak belakang dengan keinginan Drebbel saat membangun kapal selam. Karena ia tidak menginginkan kapal selam buatannya berubah menjadi alat pembunuh sesama manusia. Drebbel meninggal pada 7 November 1633 di London. Demikian ulasan singkat tentang sejarah perkembangan dan juga penemu kapal selam yaitu Cornelius Van Drebbel. Semoga bermanfaat.

Kapal selam adalah kapal yang bergerak di bawah permukaan air, umumnya digunakan untuk tujuan dan kepentingan militer. Sebagian besar Angkatan Laut memiliki dan mengoperasikan kapal selam sekalipun jumlah dan populasinya masing-masing negara berbeda. Selain digunakan untuk kepentingan militer, kapal selam juga digunakan untuk ilmu pengetahuan laut dan air tawar dan untuk bertugas di kedalaman yang tidak sesuai untuk penyelam manusia.

Ternyata kapal selam menggunakan prinsip penerapan Hukum Archimedes( pelajaran fisika smp, sma) yang tekait dengan terapung, melayang dan tenggelam. Kapal selam memiliki beberapa bagian yang membuat kapal selam dapat melayang dan terapung di dalam air, bagian-bagian tersebut yaitu :

• Tangki Ballast berfungsi untuk menyimpan udara dan air.
• Katup udara, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam ballast (tangki).
• Katup air, berfungsi untuk memasukkan air ke dalam ballast (tangki).
• Tangki Kompresor udara, yang berfungsi memompa air keluar dari ballast dan diganti dengan udara.

Prinsip Kerja Kapal Selam

Kapal selam di desain memiliki tanki balast (trim), Tanki balast berfungsi menyimpan udara dan air. Ketika kapal selam siap untuk menyelam, katup-katup besaryang dikenal sebagai “kingstons”, yang terletak di dasar tangkibalas, dibuka untuk membiarkannya masuk ke laut. Udara di dalam tangki keluar melalui katup-katup pada bagian atas, yang dikenal sebagai “lubang-lubang angin”. Kapal selam itu masuk ke dalam air. Ketika kapal selam siap untuk muncul ke permukaan, lubang-lubang angin ditutup dan tekanan udara didorong masuk ke dalam tangki-tangki. Hal ini meniup air kembali melalui kingstons, dan kapal selam itu pun naik.

Dapat dikatakan bahwa tangki ballast ketika berisi udara berfungsi sebagai pelampung kapal selam sehingga kapal selam dapat terapung. Syarat benda dapat melayang di dalam air adalah ketika gaya apung benda sama besar dengan berat benda tersebut. Kapal selam ketika akan menyelam, membuka katup air  dan menutup katup udara sehingga air laut masuk ke dalam tangki ballast dan membuat berat kapal selam bertambah serta tenggelam hingga ke kedalaman yang diinginkan. Karena masih memiliki udara dari tangki kompresor udara, kapal selam dapat menyeimbangkan gaya apung dengan beratnya. Namun, kapal selam akan pecah dan hancur jika terlalu dalam menyelam karena sesuai prinsip tekanan hidrostatis yaitu, semakin dalam masuk ke dalam air maka tekanan hidrostatisnya akan semakin besar.

      

Ketika kapal selam akan naik ke atas permukaan air, kapal selam membuka katup udara sehingga air di dalam tangki ballast terpompa keluar dan kapal selam akan terdorong naik.

macam macam turbin

MACAM-MACAM TURBIN

Turbin adalah suatu mesin rotari yang berfungsi untuk mengubah energi dari aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat.

Mesin turbin yang paling sederhana terdiri dari sebuah bagian yang berputar disebut rotor, yang terdiri atas sebuah poros/shaft dengan sudu-sudu atau blade yang terpasang disekelilingnya. Rotor tersebut berputar akibat dari tumbukan aliran fluida atau berputar sebagai reaksi dari aliran fluida tersebut. Oleh karena itulah turbin terbagi atas 2 jenis, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi. Rotor pada turbin impuls berputar akibat tumbukan fluida bertekanan yang diarahkan oleh nozzle kepada rotor tersebut, sedangkan rotor turbin reaksi berputar akibat dari tekanan fluida itu sendiri yang keluar dari ujung sudu melalui nozzle. Untuk lebih jelasnya dapat kita amati pada gambar di bawah ini.

Prinsip Turbin Impuls dan Reaksi

Turbin Impuls
Turbin ini merubah arah dari aliran fluida berkecepatan tinggi menghasilkan putaran impuls dari turbin dan penurunan energi kinetik dari aliran fluida. Tidak ada perubahan tekanan yang terjadi pada fluida, penurunan tekanan terjadi di nozzle.

Turbin Reaksi
Turbin ini menghasilkan torsi dengan menggunakan tekanan atau massa gas atau fluida. Tekanan dari fluida berubah pada saat melewati sudu rotor. Pada turbin jenis ini diperlukan semacam sudu pada casing untuk mengontrol fluida kerja seperti yang bekerja pada turbin tipe multistage atau turbin ini harus terendam penuh pada fluida kerja (seperti pada kincir angin).

Berikut adalah macam-macam turbin berdasarkan aplikasi penggunaannya:
1. Turbin Uap (Steam Turbine)
Turbin uap menggunakan media uap air sebagai fluida kerjanya. Banyak digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dengan menggunakan bahan bakar batubara, solar, atau tenaga nuklir. Prinsip dari turbin ini adalah untuk mengkonversi energi panas dari uap air menjadi energi gerak yang bermanfaat berupa putaran rotor.

2. Turbin Gas
Turbin jenis ini menggunakan fluida udara yang dipanaskan secara cepat sebagai fluida kerjanya. Sebuah kompresor yang berfungsi untuk mengkompres udara dipasang satu poros dengan turbin (coupled).

Skema dan Gambar Penampang Turbin Gas

3. Turbin Air
Turbin ini termasuk jenis turbin yang paling sederhana disamping kincir angin. Ada 3 jenis turbin air yaitu turbin Pleton, turbin Franchis, dan turbin Kaplan.

4. Turbin Angin
Turbin angin lebih dikenal dengan kincir angin, berfungsi untuk mengkonversi energi kinetik dari anginmenjadi energi gerak.

sumber : artikel-teknologi.com

pengertian energi panas

ENERGI PANAS

Dalam dunia teknologi energi, panas menjadi salah satu “media” yang dapat direkayasa karena sifatnya yang dapat berpindah, berubah nilainya, yang selalu diikuti dengan perubahan energi panas. Sebuah benda yang temperaturnya naik, menandakan adanya energi panas yang masuk padanya. Sebaliknya, jika sebuah benda mengalami penurunan temperatur, maka ia melepaskan energi panas yang sebelumnya ia punya ke benda lain di sekitarnya.

Perubahan energi panas tidak dapat dipisahkan dengan fenomena perpindahan panas. Keduanya saling berkaitan. Terjadinya perpindahan panas dari satu benda ke benda lain, selalu dikuti dengan perubahan energi panas yang terkandung di dalam kedua benda tersebut. Saat terdapat dua benda dengan temperatur yang berbeda dalam kondisi diatermik (diathermic), terjadi perpindahan energi dalam bentuk kalor. Diatermik adalah sebuah kondisi saat dua benda atau lebih dapat melakukan perpindahan panas.

Definisi
Energi panas adalah bagian dari energi internal yang bertanggungjawab atas temperatur sebuah sistem. Secara mikroskopis, energi panas dapat diidentifikasi sebagai energi mekanik kinetik dari partikel konstituen atau bentuk lain dari energi kinetik sehubungan dengan kondisi-mikro mekanika-quantum. Perbedaan mendasar antara energi kinetik dengan energi panas adalah bahwa energi panas merupakan sebuah energi yang menjelaskan ketidakteraturan, contohnya adalah gerakan acak dari partikel atau sistem isolasi sebuah sistem. Partikel konstituen adalah pertikel yang sudah tidak dapat lagi dipecah menjadi lebih kecil pada skala perhitungan energi.