PROJECT TERMOS SEDERHANA (UAS TERMODINAMIKA)

A. Alat dan Bahan:

1. Botol plastik
2. Botol kaca
3. Kertas aluminium foil
4. Isolasi
5. Gunting / Pisau cutter

B. Tujuan:

Adapun tujuan membuat termos sederhana yaitu untuk lebih memahami prinsip Hukum Termodinamika yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, serta mengurangi penggunaan botol
sekali pakai.

C. Teori Dasar

    Termos air panas ataupun termos es merupakan salah satu alat yang mampu mencegah hilangnya kalor secara konduksi, konveksi, ataupun radiasi. Termos sebenarnya adalah sebuah botol di dalam botol. Lapisan botol termos sebelah luar, biasanya diberi lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi. Lapisan botol sebelah dalam yang mengkilap berfungsi sebagai pemantul radiasi sehingga suhu air dalam termos relatif tetap. Di antara botol bagian dalam dan botol bagian luar, terdapat ruang vakum atau hampa udara sehingga perpindahan kalor secara konveksi dari dinding kaca ke luar tidak terjadi. Tutup termos terbuat dari bahan isolator, misalnya gabus, untuk mencegah proses perpindahan kalor secara konduksi pada permukaan air(Yusa, dkk, 2016:128).

Elemen utama termos air adalah tabung kaca yang hampa udara di sekeliling termos tersebut (seperti gelas, tapi pinggirnya tebal & hampa udara di tengahnya bukan solid/pejal seperti pinggiran gelas). Dengan adanya tabung tersebut suhu di dalam termos tetap terjaga karena hampa udara menghambat perambatan panas melalui udara. Sedangkan penutup luarnya (biasanya terbuat dari aluminium,gabus atau plastik) berfungsi sebagai isolator antara tabung kaca dengan udara sekitar.

Prinsip kerja termos itu sederhana. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik. Bahan adiabatik secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur. Nah dengan menggunakan bahan adiabatik ini termos mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya. Termos merupakan contoh sistem yang mendekati Sistem terisolasi dalam termodinamika, karena sistem terisolasi tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Prisip kerjanya kalor yang masuk dalam tabung tidak bisa merambat keluar karena dihambat oleh kaca yg mempunyai warna putih dan mengkilap (warna putih dan mengkilap itu menyerap sedikit kalor dibandingkan dgn warna gelap), kemudian kalor dihambat oleh celah yg hampa udara pada tabung kaca, setelah itu masih dihambat lagi sama celah udara antara tabung dan dinding (karena udara adalah penghantar panas yg kurang baik) dan terakir adalah panas dihambat keluar oleh dinding termos yg biasa terbuat dari plastik atau logam yg penghantar panasnya kurang baik. Jadi dengan adanya tabung tersebut suhu di dalam termos tetap terjaga karena hampa udara menghambat perambatan panas melalui udara.dan panas air tak bisa merambat keluar baik secara konveksi maupun konduksi.

Di dalam termos terdapat Proses adiabatic yang tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0) Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U) , sehingga tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperature, maka dari itu suhu air dalam termos akan tetap.

Penerapan hukum termodinamika yang 1 pada termos air terjadi pada Proses adiabatik. Karena pada proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0) Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U ), sehingga tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan, tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperature, maka dari itu suhu air dalam termos akan tetap. 

Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja (Giancoli, 2007). Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan :

∆U = Q - W

Dimana, 

∆U = Perubahan energi dalam system

Q = Panas yang ditambahkan ke system

W = Kerja yang dilakukan oleh sistem

INTEGRASI AYAT AL-QUR'AN 

Q.S An-Nahl: 81 

وَاللَّهُ جَعَلَ لَكُمْ مِمَّا خَلَقَ ظِلَالًا وَجَعَلَ لَكُمْ مِنَ الْجِبَالِ أَكْنَانًا وَجَعَلَ لَكُمْ سَرَابِيلَ تَقِيكُمُ الْحَرَّ وَسَرَابِيلَ تَقِيكُمْ بَأْسَكُمْ ۚ كَذَٰلِكَ يُتِمُّ نِعْمَتَهُ عَلَيْكُمْ لَعَلَّكُمْ تُسْلِمُونَ

Terjemahan:

Dan Allah menjadikan bagimu tempat bernaung dari apa yang telah Dia ciptakan, dan Dia jadikan bagimu tempat-tempat tinggal di gunung-gunung, dan Dia jadikan bagimu pakaian yang memeliharamu dari panas dan pakaian (baju besi) yang memelihara kamu dalam peperangan. Demikianlah Allah menyempurnakan nikmat-Nya atasmu agar kamu berserah diri (kepada-Nya).

Integrasi dengan materi:

Meskipun ayat ini tidak menjelaskan secara langsung mengenai Termodinamika. Namun, ayat ini sedikit menggambarkan sebagaimana Allah SWT menciptakan tempat tinggal di gunung-gunung yang dapat memmberikan perlindungan dari panas dengan adanya perbedaan suhu diberbagai ketinggian. Pokok yang berhubungan mengenai prinsip Termodinamika pada termos sederhana ada pada Allah SWT memberikan pakaian yang melindungi tubuh manusia dari panas dengan cara menghalangi transfer panas dari lingkungan ke tubuh. Dalam ilmu fisika, pakaian berfungsi sebagai penghalang termal dan pakaian besi dapat menyerap dan menyebar energi kinetik. Pada termos terdapat lapisan luar dan lapisan dalam dengan kata lain merupakan pakaian dari air panas.

D. Prosedur  Kerja : 

1. Siapkan alat dan bahan terlebih dahulu. 
2. Gulung seluruh badan botol kaca dengan menggunakan kertas aluminium foil, kemudian rekatkan dengan isolasi agar kuat.
3. Selanjutnya gulung kembali badan botol kaca tersebut menggunakan kertas aluminium foil, kemudian rekatkan kembali dengan isolasi. 
4. Lalu untuk langkah selanjutnya ambil botol plastik dan potonglah bagian leher botol tersebut dengan menggunakan gunting/pisau cutter. 
5. Setelah itu, potong botol plastik menjadi 2 bagian agar botol kaca bisa dimasukkan kedalam botol plastik. 
6. Masukkan botol kaca ke dalam botol plastik. 
7. Lalu satukan botol plastik yang telat dipotong dengan isolasi.

E. Pembahasan

    Termos panas merupakan salah satu alat yang menerapkan prinsip termodinamika. Termos merupakan contoh sistem terisolasi dalam termodinamika karena tidak terjadinya perubahan kalor. Prinsip kerja dari termos sederhana ini berhubungan dengan Hukum I Termodinamika yaitu pada proses adiabatik, karena bahan-bahan yang digunakan untuk membuat termos ini bersifat adiabatik. Dimana dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem ke lingkungan maupun dari lingkungan ke sistem. Oleh karena itu, usaha yang dilakkan oleh gas akan sama dengan perubahan energi didalamnya dan tidak memungkinkan terjadinya interaksi atau dalam kata lain tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos yaitu air panas dengan lingkungannya akibatnya tidak terjadi perubahan temperatur dan suhu air tetap terjaga. Termos panas sederhana terdiri dari lapisan luar yang berbahan plastik merupakan jenis bahan yang sulit menghantarkan panas, serta ada lapisan didalam yaitu botol kaca berbahan isolator juga merupakan jenis bahan yang sulit menghantarkan panas. Botol kaca dilapisi oleh lapisan yang mengkilap yaitu kertas alminiumfoil yang dililitkan danditempel pada botol, kertas aluminiumfoil ini lah yang dapat mencegah panas untuk keluar. Selanjutnya yaitu terdapat ruang hampa udara diantara lapisan luar dan lapisan dalam yang menyebabkan suhu tetap terjaga. Dengan cara seperti ini dapat mencegah mengalirnya kalor secara konduksi, konveksi, serta radiasi. Sehingga panas terperangkap di dalam termos dan suhu air panas akan tetap terjaga.  

F. Kesimpulan

    Kesimpulan yang dapat diambil yaitu air panas didalam termos panas sederhana ini suhunya akan tetap terjaga, hal tersebut dikarenakan air panas didalam botol kaca yang dilapisi kertas aluminiumfoil dapat mencegah panas untuk keluar, dan juga terdapat ruang hampa udara diantara botol kaca dengan botol plastik  menyebabkan suhu air tetap terjaga. Termos panas sederhana ini berhubungan dengan prinsip Hukum I termodinamika yaitu pada proses adiabatik.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli. 2007. FISIKA: Jilid 1 Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.

Yusa, dkk. 2016. Fisika. Bandung: Grafindo Media Pratama.