Daftar isi
Kipas Angin Sederhana
Bab I. Pendahuluan
A. Latar Belakang Masalah
Mata pelajaran fisika merupakan ilmu dasar yang menjadi tonggak perkembangan teknologi modern. Perkembangan teknologi yang pesat saat ini tidak terlepas dari andil besar pengaplikasian ilmu fisika. Peranan ilmu fisika yang besar ini menuntut manusia untuk dapat memahami dan menguasainya. Oleh karena itu, fisika harus ditanamkan secara mendalam kepada seluruh siswa untuk mencegah ketertinggalan kita dibidang ilmu pengetahuan dan teknologi.
Namun kenyataannya sebagian besar peserta didik masih menganggap fisika sebagai pelajaran yang sulit dan membosankan. Rendahnya motivasi siswa untuk belajar dan memahami konsep fisika masih sangat kurang. Salah satunya disebabkan oleh metode pembelajaran yang dilakukan oleh guru cendrung didominasi meningkatkan pengetahuan kognitif siswa dengan memberikan hafalan-hafalan teori dari materi yang ada.
Agar lebih memudahkan siswa memahami suatu konsep pembelajaran fisika, maka dari itu teknik untuk menyampaikan suatu materi pelajaran fisika menggunakan alat peraga sederhana. Konsep yang akan diterangkan kali ini yaitu bahwa energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan tapi bisa diubah menjadi bentuk energi yang lain. Melalui sebuah media pembelajaran fisika yang berjudul “Kipas Angin Portable” yang mengubah energi listrik (baterai) menjadi energi gerak.
B. Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah diatasmaka tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut:
- Untuk mengetahui cara mengembangkan alat peraga fisika sederhana untuk pembelajaran materi termodinamika
- Untuk mengetahui kelayakan alat peraga fisika sederhana untuk pembelajaran materi termodinamika
Bab II. Landasan teori
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana Thermos yang artinya panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika merupakan ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu fisika ini mempelajari pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan termodinamika dapat terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri.
A. Prinsip Termodinamika
Prinsip termodinamika sebenarnya adalah hal alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk mekanisme yang dapat membantu manusia dalam kegiatannya. Aplikasi termodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu termodinamika sejak abad 17. Pengembangan ilmu termodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik yaitu perilaku umum partikel zat yang menjadi media pembawa energi.
HUKUM HUKUM TERMODINAMIKA
Hukum I termodinamika (Kekekalan Energi dalam Sistem)
Bunyi Hukum I Termodinamika “untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ΔU = Q – W”.
Dimana U menunjukkan sifat dari sebuah sistem, sedangkan W dan Q tidak. W dan Q bukan fungsi Variabel keadaan, tetapi termasuk dalam proses termodinamika yang dapat merubah keadaan. U merupakan fungsi variabel keadaan (P,V,T,n). W bertanda positif jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negatif jika menerima usaha lingkungan.
Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan negatif jika melepas kalor pada lingkungan.
Perubahan energi dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan oleh sistem dan tidak bergantung pada proses yang terjadi. Pada hukum ini tidak ada petunjuk adanya arah perubahan dan batasan-batasan lain.
Hukum II termodinamika (Arah reaksi sistem dan batasan)
Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalor
“Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”
Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor
“Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.”
Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi (besaran termodinamika yang menyertai perubhan setiap keadaan dari awal sampai akhir sistem dan menyatakan ketidakteraturan suatu sistem)
“Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketia proses irreversible terjadi.”
Hukum III termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut (temperatur Kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.hukum ini jugga menyatakn bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
SISTEM SISTEM TERMODINAMIKA
1. Sistem terbuka
Sistem yang menyebabkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda (materi) dengan lingkungannya. Sistem terbuka ini meliputi peralatan yang melibatkan adanya suatu aliran massa kedalam atau keluar sistem seperti pada kompresor, turbin, nozel dan motor bakar. Sistem mesin motor bakar yaitu ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem. Pada sistem terbuka ini, baik massa maupun energi bisa melintasi batas sistem yang sifatnya permeabel. Dengan demikian, pada sistem ini volume dari sistem tidak berubah sehingga disebut juga dengan control volume.
Perjanjian yang kita gunakan untuk menganalisis sistem yaitu :
- Untuk panas (Q) bernilai positif jika diberikan kepada sistem dan bernilai negatif bila keluar dari sistem
- Untuk usaha (W) bernilai positif jika keluar dari sistem dan bernilai negatif jika diberikan (masuk) kedalam sistem.
2. Sistem tertutup
Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak bisa melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) bisa melintasi lapis batas sistem tersebut. Dalam sistem tertutup, walaupun massa tidak bisa berubah selama proses berlangsung, tapi volume bisa saja berubah disebabkan adanya lapis batas yang bisa bergerak (moving boundary) pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut. Contoh sistem tertutup yaitu suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.
Sebagaimana gambar sistem tertutup dibawah ini, jika panas diberikan kepada sistem (Qin), maka akan terjadi pengembangan pada zat yang berada didalam sistem. Pengembangan ini akan mengakibatkan piston akan terdorong ke atas (terjadi Wout). Karena sistem ini tidak mengizinkan adanya keluar masuk massa kedalam sistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut dengan control mass.
Suatu sistem bisa mengalami pertukaran panas atau kerja atau keduanya, biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
- Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
- Pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
Dikenal juga istilah dinding, ada dua jenis dinding yaitu dinding adiabatik dan dinding diatermik. Dinding adiabatik yaitu dinding yang menyababkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang lama (lambat). Untuk dinding adiabatik sempurna tidak memungkinkan terjadinya suatu pertukaran kalor antara dua zat. Sedangkan dinding diatermik yaitu dinding yang memungkinkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang singkat (cepat).
3. Sistem terisolasi
Sistem terisolasi ialah sistem yang menyebabkan tidak terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya : air yang disimpan dalam termos dan tabung gas yang terisolasi. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak bisa terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, walaupun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut dengan property (koordinat sistem/variabel keadaan sistem), seperti tekanan (p), temperatur (T), volume (v), masa (m), viskositas, konduksi panas dan lain-lain. Selain itu ada juga koordinat sistem yang didefinisikan dari koordinat sistem yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis dan lain-lain. Suatu sistem bisa berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, jika masing-masing jenis koordinat sistem tersebut bisa diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem memiliki nilai koordinat yang tetap. Jika koordinatnya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbang (equilibrium).
D. Alat dan Bahan
1. Dinamo
2. Baling-baling kipas angin
3. Batu baterai
4. Kabel merah hitam
5. Tempat batu baterai
6. Tutup botol
7. Paralon
8. Kardus
E. Langkah-langkah
1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
2. Potong pipa paralonsecukupnya, lalu tempelkan bagian bawah paralon pada salah satu sisi kardus.
3. Sambung kabel ke tempat batu baterai.
4. Lalu kupas kabel sampai terlihat tembaga didalam.
5. Sambungkan kabel yang ujungnya sudah terlihat tembaga ke sisi dinamo.
6. Lalu ikatkan ke tutup botol dan letakan di sisi atas paralon.
7. Letakanlah tempat batu baterai di bawah paralon, usahakan menggunakan kabel yang sedikit panjang.
8. Lalu tekan tombol on pada saklar dan kipas akan menyala.
F. Pembahasan
Kipas angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik.kipas angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. kipasangin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Kini kipas angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
Prinsip kerja kipas angin kami adalah sebagai berikut :
1. Arus bolak – balik masuk menuju kipas angin.
2. Dalam kipas angin terdapat suatu motor listrik, motor listrik tersebut mengubah energi listrik menjadi energi gerak.
3. Dalam sebuah motor listrik terdapat suatu kumparan besi pada bagian yang bergerak beserta sepasang pipih berbentuk magnet U pada bagian yang diam (Permanen).
4. Ketika listrik mengalir pada lilitan kawat dalam kumparan besi, hal ini membuat kumparan besi menjadi sebuah magnet.
5. Karena sifat magnet yang saling tolak menolak pada kedua kutubnya maka gaya tolak menolak magnet antara kumparan besi dan sepasang magnet tersebut membuat gaya berputar secara periodik pada kumparan besi tersebut.
6. Oleh karena itu baling – baling kipas angin dikaitkan ke poros kumparan tersebut. Penambahan tegangan listrik pada kumparan besi dan menjadi gaya kemagnetan ditujukan untuk memperbesar hembusan angin pada kipas angin.
Pertama ada tenaga batu baterai yang dislirkan melalui kabel yang tersambung rumah dinamo, kemudian dinamo tersebut akan menghasilkan energi yang menyebabkan baling-baling kipas berputar. Agar kipas tersebut dapat bekerja, anda harus menyalakan tombol on, terlebih dahulu. Dan tekan tombol off untuk mematikannya.
G. KESIMPULAN
1. Dengan pembuatan kipas angin mini ini,kita akan lebih tahu cara memanfaatkan barang–barang yang sederhana dan bisa kita pakai untuk kreativitas kita.
2. Dengan adanya media pembelajaran kipas angin portable sederhana ini dapat meningkatkan pemahaman konsep tentang termodinamika
3. Banyak sekali contoh yang dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari tentang perubahan bentuk energi yaitu kipas angin, AC, termos, kompor
