Dimensi dan Satuan pada Termodinamika Setiap kuantitas fisik dapat diukur dengan dimensi. Besarnya ukuran dimensi disebut unit. Beberapa dimensi dasar sebagai dimensi primer atau dimensi fundamentaldimensi massa m unitnya adalah kilogram Kgdimensi panjang L unitnya adalah meter mdimensi waktu t unitnya adalah detik/sekon s dimensi suhu T unitnya adalah Kelvin K sedangkan yang lain disebut dimensi sekunder, atau dimensi turunan kecepatan v energi Evolume V Sejumlah sistem satuan telah dikembangkan selama bertahun-tahun. Meskipun upaya kuat dalam komunitas ilmiah dan teknik untuk menyatukan dunia dengan sistem satuan, dua set satuan masih sama digunakan sampai hari ini sistem British Unit, yang juga dikenal sebagai Sistem Satuan Amerika Serikat USCS, dan metrik SI dari Le Système International d’ Unités, yang juga dikenal sebagai Sistem Internasional SI. SI adalah sistem sederhana dan logis berdasarkan hubungan desimal antara berbagai unit, dan sistem ini digunakan untuk pekerjaan ilmiah dan rekayasa di sebagian besar negara industri, termasuk Inggris. Sistem British Unit, tidak memiliki basis numerik sistematis yang jelas, dan berbagai unit dalam sistem ini terkait satu sama lain kurang bisa dipastikan nilainya 12 in 5 1 ft,1 mil 5 5280 ft, 4 qt 5 1 gal, dll., yang membuatnya sulit untuk mendapatkan nilai validnya. Upaya sistematis untuk mengembangkan sistem yang dapat diterima secara universal unit . Pada tahun 1790 ketika Majelis Nasional Prancis memberikan tanggung jawab kepada Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis untuk membuat sistem satuan metric yang lebih jelas dan valid. Awal versi sistem metrik segera dikembangkan di Prancis, dan mulai banyak diimplementasikan secara universal hingga 1875 ketika The Metric Convention Treaty disusun dan ditandatangani oleh 17 negara, termasuk Amerika Serikat. Di dalam perjanjian internasional, meter dan gram ditetapkan sebagai satuan metric untuk panjang dan massa, masing-masing, dan General Conference of Weights and Practice CGPM didirikan, dan mengadakan pertemuan setiap enam tahun sekali. Pada tahun 1960, CGPM menghasilkan SI, yang didasarkan pada enam dimensi dasar besaran, dan satuannya diadopsi pada tahun 1954 pada Konferensi Umum Berat dan Ukuran Kesepuluh dengan detail dimensi metric sebagai berikut meter m untuk panjang, kilogram kg untuk massa, detik s untuk waktu, ampere A untuk arus listrik, derajat Kelvin°K untuk suhu, dan candela cd untuk intensitas cahaya. Pada tahun 1971, CGPM menambahkan kuantitas dan unit dasar ketujuh yaitu mol mol untuk jumlah materi. Berdasarkan skema notasi yang diperkenalkan pada tahun 1967, simbol derajat secara resmi dijatuhkan dari unit suhu absolut, dan semua unit nama harus ditulis tanpa huruf besar bahkan jika itu berasal dari nama yang tepat Tabel 1-1. Namun, singkatan dari unit adalah dikapitalisasi jika unit itu berasal dari nama yang tepat. Sebagai contoh, satuan SI untuk gaya, yang dinamai Sir Isaac Newton 1647-1723, adalah newton bukan Newton, dan disingkat N. Juga, nama lengkap suatu satuannya bisa jamak, tapi singkatannya tidak bisa. Misalnya panjang sebuah benda bisa 5 m atau 5 meter, bukan 5 ms atau 5 meter. Akhirnya, tidak ada periode digunakan dalam singkatan satuan kecuali jika muncul di akhir kalimat. Misalnya, singkatan meteran yang tepat adalah m bukan M. Akhir-akhir ini sistem metrik di Amerika Serikat telah dimulai pada tahun 1968 ketika Kongres, sebagai tanggapan atas apa yang terjadi di seluruh dunia, meloloskan Metric Study Act. Kongres dilanjutkan untuk mempromosikan peralihan sistem metrik dari model British Unit ke sistem metrik SI melalui Metrik Undang-Undang Konversi pada tahun 1975. Sebuah RUU perdagangan yang disahkan oleh Kongres pada tahun 1988 menetapkan Batas waktu September 1992 bagi semua agen federal untuk mengonversi ke metric sistem SI. Namun, tenggat waktu dilonggarkan kemudian tanpa rencana yang jelas untuk masa depan. Industri yang banyak terlibat dalam perdagangan internasional seperti otomotif, minuman ringan, dan industri minuman keras telah cepat dalam mengkonversi ke sistem metrik untuk alasan ekonomi memiliki satu di seluruh dunia desain, ukuran lebih sedikit, inventaris lebih kecil, dll.. Hari ini, hampir semua mobil diproduksi di Amerika Serikat telah menggunakan sistem metrik. Sebagian besar pemilik mobil mungkin tidak menyadari hal ini sampai mereka mencoba kunci inggris soket pada baut metrik. Namun, sebagian besar industri menolak perubahan tersebut, sehingga memperlambat proses konversi. Saat ini Amerika Serikat adalah negara dengan menggunakan sistem metrik ganda British Unit dan SI, dan akan tetap seperti itu sampai transisi ke sistem metrik selesai. Kondisi ini membebani mahasiswa teknik saat ini, karena mereka diharapkan untuk mempertahankan pemahaman mereka tentang sistem British Unit sambil belajar, berpikir, dan bekerja dalam hal SI. Mengingat posisi para insinyur dalam periode transisi, kedua sistem satuan digunakan dalam teks ini, dengan penekanan khusus pada satuan SI. Seperti yang ditunjukkan, SI didasarkan pada hubungan desimal antar unit. Awalan yang digunakan untuk menyatakan kelipatan dari berbagai unit tercantum dalam Tabel 2. Nilai pada tabel 2 adalah standar untuk semua unit. Siswa didorong untuk menghafalkannya karena penggunaannya yang luas Gbr. 1.Beberapa Unit SI dan Unit English Dalam SI, satuan massa, panjang, dan waktu adalah kilogram kg, meter m dan detik s. Unit masing-masing dalam sistem British Unit adalah pound-massa lbm, kaki ft, dan detik s. Simbol pound lb adalah singkatan dari libra, yang merupakan satuan bobot Romawi kuno. Inggris mempertahankan simbol ini bahkan setelah akhir Romawi pendudukan Inggris pada tahun 410. Satuan massa dan panjang dalam dua system berhubungan satu sama lain dengan1 lbm = kg1 kaki = 0,3048 m Dalam sistem bahasa Inggris, gaya biasanya dianggap sebagai salah satu dimensi primer dan diberi unit bukan turunan. Hal ini menyebabkan kebingungan dan kesalahan yang mengharuskan penggunaan dimensi konstanta gc dalam banyak rumus untuk menghindari gangguan ini, kami mempertimbangkan gaya menjadi dimensi sekunder yang satuannya diturunkan dari Newton hukum kedua, yaituForce = Mass Acceleration AtauF = ma 1 Dalam SI, satuan gaya adalah newton N, dan itu didefinisikan sebagai gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat massa 1 kg dengan laju 1 m/s2. Dalam sistem bahasa Inggris, satuan gaya adalah pound-force lbf dan didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk mempercepat massa 32,174 lbm 1 siput pada tingkat 1 ft/s2 Gambar. 2. Itu adalah,1 N = 1 kgm/𝑠^21 pon = 32,174 lbft/𝑠^2Gaya 1 N kira-kira setara dengan berat apel kecil m = 102 g, sedangkan gaya 1 lbf kira-kira setara dengan berat empat apel sedang total 5 454 g, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Kekuatan lain Satuan yang umum digunakan di banyak negara Eropa adalah kilogram-force kgf, yang merupakan berat 1 kg massa di permukaan laut 1 kgf 5 9,807 N. Istilah berat sering salah digunakan untuk menyatakan massa, khususnya oleh “pengamat berat badan”. Tidak seperti massa, berat W adalah gaya. Ini adalah gaya gravitasi yang diterapkan pada suatu benda, dan besarnya ditentukan dari hukum kedua Newton,di mana m adalah massa benda, dan g adalah percepatan gravitasi lokal g adalah 9,807 m/s2 atau 32,174 ft/𝑠^2 di permukaan laut dan garis lintang 45°. Biasa skala kamar mandi mengukur gaya gravitasi yang bekerja pada tubuh. Massa tubuh tetap sama terlepas dari lokasinya disemesta. Namun, bagaimanapun beratnya akan berubah dengan perubahan gravitasi percepatan. Sebuah benda beratnya lebih ringan di puncak gunung karena gravitasi menurun dengan semakin tingginya permukaan dengan permukaan laut. Di permukaan bulan, seorang astronot memiliki berat sekitar seperenam dari berat normalnya di bumi Gambar. 4. Di permukaan laut, massa 1 kg memiliki berat 9,807 N, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 5. Sebuah massa 1 lbm, bagaimanapun, beratnya 1 lbf, yang menyesatkan orang untuk percaya bahwa pound-massa dan pound-force dapat digunakan secara bergantian sebagai pound lb, yang merupakan sumber kesalahan utama dalam sistem English. Perlu dicatat bahwa gaya gravitasi yang bekerja pada suatu massa disebabkan oleh tarik menarik antara massa, dan dengan demikian itu sebanding dengan besaran massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka. Oleh karena itu, percepatan gravitasi g di suatu lokasi tergantung pada kepadatan lokal kerak bumi, jarak ke pusat bumi, dan pada tingkat lebih rendah, posisi bulan dan matahari. Nilai g bervariasi menurut lokasi dari 9,832 m/s2 di kutub 9,789 pada khatulistiwa menjadi 7,322 m/s2 pada 1000 km di atas permukaan laut. Namun, di ketinggian sampai dengan 30 km, variasi g dari nilai muka air laut sebesar 9,807 m/s2, yaitu kurang dari 1 persen. Oleh karena itu, untuk sebagian besar tujuan praktis, gravitasi percepatan dapat diasumsikan konstan pada 9,807 m/s2, sering dibulatkan menjadi 9,81 m/s2. Sangat menarik untuk dicatat bahwa pada lokasi di bawah permukaan laut, nilai dari g meningkat dengan jarak dari permukaan laut, mencapai maksimum sekitar 4500 m, dan kemudian mulai menurun. Penyebab utama kebingungan antara massa dan berat adalah bahwa massa biasanya diukur secara tidak langsung dengan mengukur gaya gravitasi yang diberikannya. Pendekatan ini juga mengasumsikan bahwa gaya yang diberikan oleh efek lain seperti udara, daya apung dan gerakan fluida dapat diabaikan. Ini seperti mengukur jarak ke bintang dengan mengukur pergeseran garis merahnya, atau mengukur ketinggian suatu pesawat dengan mengukur tekanan barometrik. Keduanya juga tidak langsung pengukuran. Cara langsung yang benar untuk mengukur massa adalah dengan membandingkannya ke massa yang diketahui. Metode ini rumit dan sebagian besar digunakan untuk kalibrasi dan pengukuran logam mulia. Usaha, yang merupakan bentuk energi, secara sederhana dapat didefinisikan sebagai gaya kali jarak; oleh karena itu, ia memiliki satuan “newton-meter Nm”, yang disebut a joule J. Itu adalah, Satuan yang lebih umum untuk energi dalam SI adalah kilojoule 1 kJ = 103 J. Dalam sistem British Unit, satuan energinya adalah Btu British thermal unit, yaitu didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 lbm air pada 68°F kali 1°F. Dalam sistem metrik, jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 g air pada 14,5°C kali 1°C didefinisikan sebagai 1 kalori kal,dan 1 kal 5 4,1868 J. Besaran kilojoule dan Btu hamper identik 1 Btu 5 1,0551 kJ. Cara terbaik untuk merasakan panas satuan Jika Anda menyalakan korek api biasa dan membiarkannya padam, ia menghasilkan sekitar satu Btu atau satu kJ energi Gambar. 6. Satuan untuk laju waktu energi adalah joule per sekon J/s, yang disebut watt W. Dalam kasus usaha, laju energi terhadap waktu disebut daya. Satuan daya yang umum digunakan adalah tenaga kuda hp, yang setara hingga 746 W. Energi listrik biasanya dinyatakan dalam satuan kilowatt-jam kWh, yang setara dengan 3600 kJ. Sebuah alat listrik dengan rating daya 1 kW mengkonsumsi 1 kWh listrik saat berjalan terus menerus selama satu jam. Ketika berhadapan dengan pembangkit tenaga listrik, satuan kW dan kWh sering membingungkan. Perhatikan bahwa kW atau kJ/s adalah satuan daya, sedangkan kWh adalah satuan energi. Oleh karena itu, pernyataan seperti “turbin angin akan menghasilkan 50 kW listrik per tahun” tidak ada artinya dan salah. Pernyataan yang benar seharusnya seperti “turbin angin dengan daya pengenal 50 kW akan menghasilkan kWh listrik per tahun.”Homogenitas Dimensi Dalam teknik, semua persamaan harus homogen secara dimensi. Artinya, setiap suku dalam suatu persamaan harus memiliki satuan yang sama. Jika, pada suatu tahap analisis, kita berada dalam posisi untuk menjumlahkan dua besaran yang memiliki satuan berbeda, ini merupakan indikasi yang jelas. Bahwa kami telah melakukan kesalahan pada tahap sebelumnya. Jadi memeriksa dimensi bisa berfungsi sebagai alat yang berharga untuk menemukan kesalahan. Anda harus ingat bahwa rumus yang tidak homogen secara dimensional pasti salah Gbr. 7, tetapi homogen secara dimensional rumus belum tentu Conversion Ratios Sama seperti semua dimensi non-primer dapat dibentuk dengan kombinasi yang sesuai dari dimensi primer, semua unit non-primer unit sekunder dapat dibentuk oleh kombinasi unit-unit primer. Satuan gaya, misalnya, dapat berupa diekspresikan sebagaiMereka juga dapat dinyatakan lebih mudah sebagai rasio konversi kesatuan sebagai Rasio konversi kesatuan identik sama dengan 1 dan tidak memiliki satuan, dan dengan demikian rasio tersebut atau kebalikannya dapat dimasukkan dengan mudah ke dalam perhitungan untuk mengkonversi unit dengan benar Gambar. 8. Anda didorong untuk selalu gunakan rasio konversi kesatuan seperti yang diberikan di sini saat mengonversi unit. Beberapa buku teks memasukkan konstanta gravitasi kuno gc yang didefinisikan sebagai g_c = 32,174 lbmft/lbfs2 = 1 kgm/Ns2 = 1 ke dalam persamaan untuk memaksa unit untuk mencocokkan. Kami menyarankan Anda untuk menggunakan rasio konversi kesatuan.