Panas Jenis dan Berat Jenis Udara

•       Berat Jenis Udara

Berat jenis gas (termasuk udara) dapat bervariasi tergantung pada tekanan dan temperaturnya. Karena itu untuk menyatakan berat jenis suatu gas harus disebutkan  pula tekanan dan temperaturnya. Berdasarkan kutipan yang penulis ambil bahwa dalam prakteknya ada dua macam kondisi seperti dibawah ini.

1.                  Kondisi standar  industri

Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:

Temperatur : 20⁰C (293⁰K)

Tekanan mutlak : 760 mmHg (0,1013MPa)

Kelembaban Relative: 65%

Berat Jenis: 1,204 kgf/m³ (11,807 N/m³)

Kondisi  industri ini sering dipakai untuk menyatakan kondisi isap pada kompresor.

2.                  Kondisi normal teoritis

Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:

Temperatur: 0⁰C (273⁰K)

Tekanan Mutlak: 760 mmHg (0,1013 MPa)

Berat Jenis: 1,293 kgf/m³ (12,68 N/m³)

•       Panas Jenis Udara

Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg suatu zat sebesar 1⁰C disebut panas jenis. Adapun jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suatu benda atau zat secara menyeluruh sebesar 1⁰C disebut kapasitas termal benda atau zat tersebut.

Satuan jumlah panas yang dipakai adalah kilo calori (disingkat kcal), dimana 1 kilo calori sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg air sebesar 1⁰C, maka satuan panas jenis menjadi kcal/kg⁰C) dalam system SI, sebagai satuan panas dipakai kilo joule (disingkat kJ) dimana 1 kJ = 0,2389 kcal atau 1 kcal = 4,186 kJ.

Panas jenis tergantung pada macam bahan seperti  diuraikan dibawah ini :

Panas jenis suatu gas juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur  1 gram gas tersebut sebesar 1⁰C, seperti pada zat-zat yang lain.Namun untuk gas ada dua macam  panas jenis , yaitu: panas jenis pada tekanan tetap dan panas jenis pada volume tetap.

a)      Panas jenis pada tekanan tetap.

Jika suatu gas dipanaskan atau didinginkan pada tekanan tetap, maka volumenya akan membesar atau mengecil  lebih banyak dari pada zat cair atau zat padat. 1 kg gas yang ditempatkan dalam silinder dengan torak yang dapat bergerak tanpa gesekan. Jika silinder dipanaskan  maka gas akan mengembang  mendorong torak ke atas sehingga tekanan di dalam silinder tidak berubah. Dalam  hal demikian jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas tersebut sebesar 1⁰C disebut panas jenis pada tekanan tetap. Panas jenis ini biasanya diberi lambang C_p, dimana untuk udara C_p = 0,24 kcal/(kg⁰C) = 1,005 kJ/(kg⁰C)

b)     Panas jenis pada volume tetap 
      Jika 1 kg gas ditempatkan di dalam sebuah bejana tertutup lalu dipanaskan tanpa dapat berkembang maka tekanan dan temperaturnya akan naik. Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas ini sebesar 1⁰C dalam keadaan demikian disebut panas jenis pada volume tetap. Panas jenis ini biasaanya diberi lambang C_v, dimana untuk udara C_v = 0,17 kcal/ (kg⁰C) = 0,712 kJ/kg⁰C

c)      Rasio panas  jenis

Jika kedua panas jenis tersebut diatas diperbandingkan terlihat bahwa panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih besar daripada panas jenis volume tetap. Hal ini terjadi karena, selain dipakai untuk menaikkan temperatur , sebagian panas yang diberikan dalam pemanasan pada tekanan tetap dipakai juga untuk melakukan kerja pada waktu gas mengembang.

Perbandingan antara panas jenis pada tekanan tetap dan panas jenis pada volume tetap. Biasa disebut rasio panas jenis yang diberi lambing k. jadi k = C_p/C_v, dimana untuk udara kering k=1,401. Rasio ini mempunyai peranan penting dalam perhitungan kompresi gas.

Rumus	Nama Gas	Jumlah	Panas Jenis pada	Panas Jenis pada	Perbandingan Panas
Molekul		Atom	Tekanan tetap	Volume Tetap	Jenis
Ar	Argon	1	0,1233	0,0746	1,667
He	Helium	1	1,2425	0,746	1,666
-	Udara	2	0,24	0,17	1,401
H2	Hidrogen	2	3,402	2,402	1,408
N2	Nitrogen	2	0,2350	0,175	1,41
O2	Oksigen	2	0,2419	0,173	1,40
H2O	Uap air	3	0,4765	0,340	1,305
CO2	Karbon dioksida	3	0,211	0,163	1,30
C2H2	Asetilen	4	0,402	0,323	1,24
C2H5OH	Alkohol	9	0,435	0,400	1,13

Tabel 2.2 Nilai k, Cp, dan Cv untuk macam gas ⁽⁷⁾

(Sumber : 1. Sularso. Pompa dan Kompresor., Pradnya Paramitha, 1994.

2. Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga)