A.
Latar Belakang Masalah
Udara adalah sumber daya yang
berharga bagi kehidupan . Udara terdiri dari campuran gas antara lain 78%
nitrogen, 21% oksigen, dan 1% gas-gas lain seperti xenon, karbon dioksida,
argon, neon, hidrogen, helium, dan kripton. Udara merupakan salah satu konsep
materi dalam Fisika yang tidak dapat terlepas dengan kehidupan sehari-hari.
Udara memiliki peranan yang sangat penting terutama dalam proses respirasi
makhluk hidup. Selain itu, udara dapat dimanfaatkan dalam berbagai kehidupan,
misalnya sebagai pembangkit listrik tenaga angin. Konsep tentang udara juga
diaplikasikan dalam cara kerja beberapa peralatan, misalnya AC (Air Conditioner) , kapal layang, dan
balon udara. Kurangnya pemahaman dan penguasaan konsep tentang udara
menyebabkan terjadinya miskonsepsi tentang pemanfaatan udara dalam kehidupan
sehari-hari. Seringkali orang tidak menyadari atau bahkan tidak mengetahui
bagaimana peralatan-peralatan yang merupakan aplikasi tentang konsep udara,
misalnya bayak pihak yang belum mengetahui bagaimana AC beroperasi. Hal ini
sangat ironis melihat telah menjamurnya penggunaan AC dalam kehidupan
sehari-hari.
Berdasarkan uraian di atas maka penulis ingin menjabarkan tentang
penerapan sistem ganjaran sebagai salah satu upaya penciptaan suasana tertib di
kelas bagi siswa overaktif untuk kemudian makalah ini diberi judul “Konsep
Udara, Sifat-Sifat, dan Penerapannya Dalam Kehidupan Sehari-Hari”.
B.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka rumusan masalah dari
makalah ini antara lain:
1. Bagaimanakah konsep
tentang udara beserta sifat-sifatnya?
2. Bagaimanakah bentuk penerapan
konsep udara dalam substansi Fisika?
3. Bagaimanakah bentuk dan
prosedur pemanfaatan konsep udara dalam substansi Fisika?
C.
Tujuan Penulisan
Berdasarkan rumusan masalah di atas maka tujuan yang dapat dirumuskan
dalam pembuatan makalah ini antara lain untuk mengetahui:
1. Konsep tentang udara
beserta sifat-sifatnya
2. Bentuk penerapan konsep
udara dalam substansi Fisika
3. Bentuk dan prosedur
pemanfaatan konsep udara dalam substansi Fisika
D.
Manfaat Penulisan
Dari segenap pembahasan yang telah dipaparkan, harapan yang ingin
diwujudkan dalam makalah ini tercakup secara teoretis dan secara praktis yang
meliputi:
1.
Secara teoretis
Makalah ini diharapkan
berguna untuk memberikan sumbangan terhadap usaha peningkatan dan pengembangan
mutu pendidikan.
2.
Secara praktis
Tujuan praktis dari
makalah ini adalah: meningkatkan pengetahuan mahasiswa Pendidikan Guru Sekolah
Dasar Universitas Negeri Yogyakarta tentang konsep udara serta penerapan konsep
dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.
E. Metodologi Penulisan
Metode yang
digunakan penulis dalam penulisan makalah ini antara lain:
1.
Studi kepustakaan
Dengan memanfaatkan
Perpustakaan Universitas Negeri Yogyakarta Kampus 1 dan Kampus 2 guna
memperoleh referensi utama.
2.
Studi elektromedia
Dengan memanfaatkan
fasilitas Internet dan situs-situs pendukung guna memperoleh referensi
sekunder.
BAB
II
POKOK
BAHASAN
A.
Definisi Udara
Udara
merupakan campuran berbagai gas yg tidak berwarna dan tidak berbau yang
memenuhi ruang di atas bumi Udara
merujuk kepada campuran gas yang terdapat pada permukaan bumi. Udara bumi yang
kering mengandungi 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% uap air, karbon dioksida,
dan gas-gas lain.
Kandungan elemen senyawa gas dan
partikel dalam udara akan berubah-ubah dengan ketinggian dari permukaan tanah.
Demikian juga massanya, akan berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin dekat
dengan lapisan troposfer, maka udara semakin tipis, sehingga melewati batas
gravitasi bumi, maka udara akan hampa sama sekali.
Apabila makhluk hidup bernapas,
kandungan oksigen berkurang, sementara kandungan karbon dioksida bertambah.
Ketika tumbuhan menjalani sistem fotosintesa, oksigen kembali dibebaskan.
Di antara gas-gas yang membentuk
udara adalah seperti berikut :
|
Komponen
|
Formula
|
Persen volume (%)
|
|
Nirogen
Oksigen
Argon
Karbon dioksida
Neon
Helium
Metana
Kripton
|
N2
O2
Ar
CO2
Ne
He
CH4
Kr
|
78,08
20,95
0,934
0,0314
0,00182
0,000524
0,0002
0,000114
|
B. Sifat Udara
Beberapa sifat udara antara lain:
- Udara berbentuk gas
- Udara menempati ruang
- Udara memiliki massa
- Udara mempunyai tekanan
- Udara memuai jika dipanaskan
- Udara menyusut jika didinginkan
7.
Udara berhembus dari tempat yang bertekanan tinggi ke
tempat yang bertekanan rendah.
C. Pemanfaatan Udara dalam Kehidupan
Sehari-Hari
Penyebab timbulnya angin adalah matahari. Bumi menerima
radiasi sinar matahari secara tidak merata. Dengan demikian, daerah
khatulistiwa akan menerima energi radiasi matahari lebih banyak daripada di
daerah kutub, atau dengan kata lain, udara di daerah khatulistiwa akan lebih
tinggi dibandingkan dengan udara di daerah kutub. Pertukaran panas pada
atmosfer akan terjadi secara konveksi. Berat jenis dan tekanan udara yang
disinari cahaya matahari akan lebih kecil dibandingkan jika tidak disinari.
Perbedaan berat jenis dan tekanan inilah yang akan menimbulkan adanya
pergerakan udara. Pergerakan udara ini merupakan prinsip dari terjadinya angin.
1. Angin Sebagai Pembangkit
Listrik
Ketersedian angin di bumi yang melimpah, angin dapat
dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi alternatif. Energi angin dapat
dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Pemanfaatan angin sebagai pembangkit
listrik terdapat pada penggunaan turbin angin sebagai pembangkit listrik. Turbin
angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Pada
proses ini terjadi perubahan energi, yakni dari energi gerak menjadi energi
listrik.
Ada dua jenis turbin angin, yaitu:
a.
Turbin angin sumbu horizontal
(Darrieus wind turbine)
b.
Turbin angin sumbu tegak
Turbin angin merupakan sumber
energi alternatif yang ramah lingkungan. Awal mulanya kincir angin digunakan
pada zaman Babilonia untuk penggilingan padi.
Penggunaan
teknologi modern dimulai sekitar tahun 1930, diperkirakan ada sekitar 600.000
buah turbin angin untuk berbagai keperluan. Saat ini kapasitas daya yang
dihasilkan kincir angin skala industri antara 1 - 4 MV.
Prinsip
dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi
energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar
generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.
Komponen-Komponen Turbin Angin
a.
Anemometer
Mengukur kecepatan angin, dan mengirim
data angin ini ke Alat Pengontrol.
b.
Blades (Bilah Kipas)
Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah kipas.
Angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar.
c.
(Rem)
Suatu rem
cakram yang dapat digerakkan secara mekanis, dengan tenaga listrik atau
hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan darurat. Brake digunakan untuk menjaga putaran pada
poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang
besar.
Alat ini
perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam
pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada
saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar
diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator,
sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak
dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown,
kawat pada generator putus, karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.
d.
Controller (Alat Pengontrol)
Alat
Pengontrol ini menstart turbin pada kecepatan angin kira-kira 12-25 km/jam, dan
mematikannya pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90
km/jam, karena angina terlalu kencang dapat merusakkannya.
e.
Gear box (Roda Gigi)
Roda gigi
menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi kira-kira 1000-1800 rpm yaitu putaran
yang biasanya disyaratkan untuk memutar generator listrik.
f.
Generator
Merupakan
salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator
ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Tegangan dan arus
listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC(alternating current)
g.
High-speed shaft (Poros Putaran
Tinggi)
Menggerakkan
generator.
h.
Low-speed shaft (Poros Putaran
Rendah)
Poros turbin
yang berputar kira-kira 30-60 rpm.
i.
Nacelle (Rumah Mesin)
Rumah mesin
ini terletak di atas menara . Di dalamnya berisi gear-box, poros putaran tinggi
/ rendah, generator, alat pengontrol, dan alat pengereman.
j.
Pitch (Sudut Bilah Kipas)
Bilah kipas
bisa diatur sudutnya untuk mengatur kecepatan rotor yang dikehendaki,
tergantung angin terlalu rendah atau terlalu kencang.
k.
Rotor
Bilah kipas
bersama porosnya
l.
Tower (Menara)
Menara bisa
dibuat dari pipa baja, beton, rangka besi. Karena kencangnya angin bertambah
dengan ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga yang didapat.
m.
Wind direction (Arah Angin)
Adalah turbin
yang menghadap angin, desain turbin lain ada yang mendapat hembusan angin dari
belakang.
n.
Wind vane (Tebeng Angin)
Mengukur arah
angin, berhubungan dengan penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan
dengan arah angin.
o.
Yaw drive (Penggerak Arah)
Penggerak
arah memutar turbin ke arah angin untuk desain turbin yang menghadap angin.
Untuk desain turbin yang mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan
alat ini.
p.
Yaw motor (Motor Penggerak Arah)
Motor listrik yang
menggerakkan penggerak arah.
Cara Kerja Turbin Angin
a.
Angin akan meniup bilah kincir angin sehingga bilah bergerak
b.
Bilah kincir angin akan memutar poros didalam nacelle
c.
Poros dihubungkan ke gearbox, di gearbox kecepatan perputaran
poros ditingkatakan dengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox
d.
Gearbox dihubungkan ke generator. generator merubah energi
mekanik menjadi energi listrik dari generator energi listrik menuju transformer
untuk menaikan tegangannya kemudian baru didistribusikan ke konsumen
2. Penggunaan AC
AC
(Air Conditioner atau Pengkondision Udara) merupakan seperangkat alat yang
mampu mengkondisikan ruangan sesuai keinginan, terutama mengkondisikan ruangan
menjadi lebih rendah suhunya dibanding suhu lingkungan sekitarnya.
Berdasarkan
lingkup daerah yang dicakupnya, AC dikelompokkan menjadi tiga jenis,
yaitu
a.
AC jendela
AC jendela merupakan tipe AC yang paling banyak digunakan karena kemudahan
penggunaannya dan sangat ekonomis untuk pendinginan ruangan kecil
b.
AC split
AC split banyak digunakan di komplek-komplek apartemen terlihat banyaknya
unit kondensor di atas atap-atap bangunan atau tertutup dalam suatu area yang
khusus untuk alat-alat tersebut
c.
AC chiller.
AC chiller banyak digunakan di pusat-pusat perbelanjaan, hotel dan lain
sebagainya yang mempunyai area yang lebih luas.
Komponen-komponen AC:
a.
Kompresor :
Kompresor adalah power
unit dari sistem sebuah AC. Ketika AC dijalankan, kompresor mengubah fluida
kerja/ refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang
bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.
b.
Kondensor :
Kondensor adalah sebuah
alat yang digunakan untuk mengubah/ mendinginkan gas yang bertekanan tinggi
berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi. Cairan lalu dialirkan ke orifice
tube.
c.
Orifice Tube :
Adalah tempat dimana
cairan bertekanan tinggi diturunkan tekanan dan suhunya menjadi cairan dingin
bertekanan rendah. Dalam beberapa sistem, selain memasang sebuah orifice tube,
dipasang juga katup ekspansi.
d.
Katup ekspansi :
Katup ekspansi, merupakan
komponen terpenting dari sistem. Ini dirancang untuk mengontrol aliran cairan
pendingin melalui katup orifice yang merubah wujud cairan menjadi uap ketika
zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator/pendingin
e.
Evaporator/pendingin :
Refrigent
menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas evaporator
meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigent dalam evaporator mulai
berubah kembali menjadi uap bertekanan rendah, tapi masih mengandung sedikit
cairan. Campuran refrigent kemudian masuk ke akumulator / pengering. Ini juga
dapat berlaku seperti mulut/orifice kedua bagi cairan yang berubah menjadi uap
bertekanan rendah yang murni, sebelum melalui kompresor untuk memperoleh
tekanan dan beredar dalam sistem lagi. Biasanya, evaporator dipasangi silikon
yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigent.
Cara Kerja AC:
Prinsip kerja AC menggunakan prinsip
proses refrigerasi seperti yang digunakan pada mesin-mesin pendingin,
refrigerator (kulkas) dan mesin pembeku (freezer) namun pada alat
pendingin ruangan tidak mempunyai bagian ruangan yang diisolasi. Alat ini
menggunakan refrigerant seperti freon untuk memberikan pendinginannya. Proses
pendinginannya dapat dijelaskan secara singkat seperti berikut ini:
a.
Refrigent (yaitu gas fluorocarbon) berupa gas dari yang
bertekanan rendah akan dimampatkan menjadi bertekanan tinggi oleh kompresor
untuk kemudian dialirkan oleh kondenser.
b.
Di bagian kondenser ini refrigent yang telah dimampatkan akan
berubah fase dari refrigent fase uap bertekanan tinggi menjadi refrigent fase
cair bertekanan tinggi. Dalam proses tersebut maka refrigent mengeluarkan kalor
yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent.
c.
Pada kondensor tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa
kondenser relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang
berada pada pipi-pipa evaporator.
d.
Setelah refrigent lewat kondenser dan melepaskan kalor
penguapan dari fase uap ke fase cair, maka refrigent dilewatkan melalui katup
ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga
refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke
evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaan sepenuhnya
dari fase cair ke fase uap.
e.
Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter
pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan
diameter pipa yang ada pada kondenser.
f.
Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke
fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke fase uap maka proses ini
membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang
dipergunakan adalah energi yang berada di dalam substansi yang akan
didinginkan.
g.
Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang
akan didinginkan maka enthalpi (jumlah energi yang tersimpan) dari substansi
yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya enthalpi maka
temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini
akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan
keinginan.
h.
Dengan adanya mesin pendingin listrik ini maka untuk
mendinginkan atau menurunkan temperatur suatu substansi dapat dengan mudah
dilakukan.
3. Energi Udara Pada Kapal Layang
Pemanfaatan
energi udara salah satunya adalah terbang dengan menggunakan kapal layang.
Salah satu jenis kapal layang yang popular di Indonesia adalah parasut gantole.
Bagian-bagian
gantole antara lain:
a. Harness
Harness letaknya menempel pada badan penerbang gantole
dan sewaktu terbang di bawahnya membentuk kantong semacam kepompong kaki masuk
kedalamnya dan kedua tangan memegang Base Bar.
b. Sayap
Sayap Gantole terdiri dari Dua batang leading edge, satu
batang leading Cross bar dan Satu set Control Bar serta satu batang kill.
leading edge merupakan batang penguat sayap yang letaknya paling depan
sedangkan Cross Bar terletak melintang antara pertengahan leading edge dengan
Kill.
c.
Control
Bar.
Satu Set Control bar terdiri dari dua buah down tabe
dengan panjang sama dan satu batang base bar membentuk segitiga sama kaki.dua
down tabe posisinya bediri,di pegang bila atlet gantole mau meloncat, sedangkan
base bar posisinya melintang di bawah guna pengemudi bila gantole sedang
terbang.
Jenis kapal layang yang lain adalah parasut.
Parasut merupakan alat yang
digunakan untuk memperlambat gerakan suatu objek di udara dengan menciptakan
hambatan udara (drag) . Drag di dapat dari luas permukaan parasut, jadi semakin
luas parasut maka semakin besar beban yang bisa di bawanya.
Ada
dua jenis parasut. Parasut berbentuk kubah (dome canopy ) seperti gambar
disamping. Yang kedua berbentuk segi empat yang biasanya di gunakan untuk olah
raga paralayang.
Bahan
untuk membuat parasut pertama kali adalah kanvas tetapi saat ini bahan untuk
membuat parasut yang populer adalah nilon karena lebih elastis, lebih tahan,
dan cukup murah.
Sebuah
parasut paralayang terdiri dari dua permukaan paralel yang kuat dan saling
dihubungkan dengan lembaran-lembaran vertikal. Bagian ini disebut ribs. Pada
ribs ada lubang yang disebut crossport. Fungsinya, penyeimbang tekanan dan
memudahkan parasut mengembang.
Ribs membagi tubuh parasut menjadi beberapa sel yang ditandai dengan dua
tali yang menjulur di masing-masing sisinya. Setiap sel punya anak yang
jumlahnya bisa satu, dua, tiga atau lebih, tergantung dari jenis parasut.
Isi depan yang merupakan pintu sel ada leading edge. Sisi belakangnya
disebut trailing edge. Pada permukaan bawah parasut atau intrados terdapat
tali-tali yang menjulur ke bawah. Gabungan dari tali-tali itu disebut riser. Riser
inilah yang akan dihubungkan dengan harness. Ada dua kelompok tali yang
dihubungkan dengan stabilizer, namanya brake atau tali kemudi (control line).
Ujung dari tali kemudi dinamakan togel. Di tangan tali kemudi ini kontrol gerak
parasut dan rem difungsikan. Dan seorang penerbang harus paham betul
bagian-bagian parasut tadi.
4. Energi Udara Pada Model Pesawat
dari Kertas
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Dari pembahasan yang telah dipaparkan, maka dapat diambil kesimpulannya,
antara lain:
1.
Udara
merupakan campuran berbagai gas yg tidak berwarna dan tidak berbau yang
memenuhi ruang di atas bumi
2.
Udara
memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a.
Udara berbentuk gas
b.
Udara menempati ruang
c.
Udara memiliki massa
d.
Udara mempunyai tekanan
e.
Udara memuai jika dipanaskan
f.
Udara menyusut jika didinginkan
g.
Udara berhembus dari tempat yang bertekanan tinggi ke
tempat yang bertekanan rendah.
3.
Pemanfaatan udara dalam kehidupan
sehari-hari dapat dijumpai dalam penggunaan turbin angin sebagai pembangkit
listrik dengan mekanisme kerja:
a.
Angin akan meniup bilah kincir angin sehingga bilah bergerak
b.
Bilah kincir angin akan memutar poros didalam nacelle
c.
Poros dihubungkan ke gearbox, di gearbox kecepatan perputaran
poros ditingkatakan dengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox
d.
Gearbox dihubungkan ke generator. generator merubah energi
mekanik menjadi energi listrik dari generator energi listrik menuju transformer
untuk menaikan tegangannya kemudian baru didistribusikan ke konsumen
4.
Penerapan konsep tentang udara juga
dimanfaatkan dalam penggunaan AC dan kapal layang
B. SARAN
Sebagai calon guru Sekolah Dasar mahasiswa hendaknya perlu memahami
pentingnya pemahaman konsep udara dan penerapan serta pemanfaatannya dalam
kehidupan sehari-hari dengan baik untuk menghindari kesalahan konsep (misconception) dalam pembelajaran
tentang materi pokok udara kelak di Sekolah Dasar.
0 komentar:
Posting Komentar