Kalor dan kerja
merupakan besaran yang berdimensi sama tetapi sifat berbeda. Kerja adalah usaha
dari suatu gaya eksternal untuk mengubah keadaan sistem sedangkan kalor adalah
suatu metode peralihan energi secara rambatan atau aliran energi. Kedua besaran
tersebut memiliki dimensi yang sama yaitu energi. Hukum pertama termodinamika
menjembatankan hubungan kerja yang dilakukan terhadap sistem dan kalor yang
ditransfer kedalam sistem. Untuk memahami hukum ini harus memehami bagaimana
kalor dan kerja diukur.
Menurut kondep
mekanika, kerja adalak hasil perkalian antara gaya luar yang bekerja pada benda
dengan jarak yang ditempuh oleh benda ketika gaya itu ditetapkan. Jika bneda
bergerak lurus dari titik s1 ketitik S2, dengan gaya F yang ditetapkan konstan sepanjang
jalan itu, maka kerja yang dilakukan pada benda adalah:
w = FΔS (1)
pada persamaan (1),
kerja mengandung makna bahwa energi sistem mekanik diubah dari satu keadaan ke
keadaan lain.
Untuk membuktikan bahwa
kerja merupakan suatu usaha mengubah keadaan energi sistem dapat dikaji dengan
cara berikut.
Tinjau sauatu partikel
yang massanya m bergerak dengan
percepatan a sejauah (s2 – s1), kerja
yang dilakukan partikel adalah
w = ma (s2
– s1) (2)
oleh karena (s2
– s1) = t
dengan adalah kecepatan rata-rata sepanjang (s2 – s1);
dan t adalah waktu yang ditempuh sepanjang jarak itu. Disamping itu (v2 – v1) =
at sehingga
w
= ma (s2 – s1)
= m t
= (3)
Ruas kanan persamaan
(3) menunjukan perubahan energi kinetik, yakni energi kinetik akhir partikel
dikurangi dengan energi kinetik awal. Jadi kerja yang dilakukan sistem mekanik
sederhana tiada lain adalah perubahan energi sistem.
Bentuk kerja lain yang
penting untuk diketahui adalah kerja yang berkaitan dengan perubahan
tekanan-volume. Misalnya suatu gas yang dibatasi oleh piston yang dikembangkan
(berekspansi) untuk melawan gaya luar yang tetap, FL. Kerja yang
dilakukan oleh sistem tersebut dirumuskan sebagai berikut.
w = -FL (l2
–l1) (4)
dalam proses ekspansi,
l2 lebih besar dari pada l1, gaya FL selalu
diambil positif agar w benilai negatif. Tanda negatif menunjukan bahwa sistem
(gas) melakukan kerja terhadap lingkungan. Untuk menunjukan kerja yang
berkaitan dengan tekanan-volume dalam suatu sillender dapat dilakukan melalui
luas penampang piston, A sehingga persamaan(4) dapat diubah menjadi
w
= A(l2 – l1) (5)
oleh karena A(l2
– l1) = ΔV, yakni perubahan
volume gas =, dan adalah gaya persatuan luas atau tekanan luar ,
PL, yang melawan ekspansi gas, maka persamaan (5) menjadi
w = - PL
ΔV (tekanan dari luar) (6)
jika PL
bergantung pada V, kerja yang dihasilkan berubah-ubah sesuai dengan perubahan
volume. Untuk mengetahui kerja yang dilakukan pada setiap perubahan dengan
bentuk integrasi berikut.
W1.2 =
Dengan W1.2 menyatakan
bahwa kerja bukan fungsi keadaan, sebab bergantung pada proses perubahan
sistem.
Untuk mengetahui
ekspansi ΔV > 0 sehingga nilai w > 0. Ini artinya sistem melakukan kerja
terhadap lingkungan. Sebaliknya, jika gas dimampatkan dengan membuat tekanan
luar lebih besar daripada tekanan gas,
maka ΔV < 0 dan w < 0. Ini berarti lingkungan melakukan kerja
terhadap sistem. Jika tidak terjadi perubahan volume, ΔV = 0, maka sistem tidak
melakukan kerja dan/atau sistem dibebani kerja oleh lingkungan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar