energi kerja

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, F_L. Kerja yang dilakukan oleh sistem tersebut dirumuskan sebagai berikut.

            w = -F_L (l₂ –l₁)                         (4)

dalam proses ekspansi, l₂ lebih besar dari pada l₁, gaya F_L 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 , P_L, yang melawan ekspansi gas, maka persamaan (5) menjadi

            w =  - P_L ΔV (tekanan dari luar)         (6)

jika P_L bergantung pada V, kerja yang dihasilkan berubah-ubah sesuai dengan perubahan volume. Untuk mengetahui kerja yang dilakukan pada setiap perubahan dengan bentuk integrasi berikut.

            W_1.2 =

Dengan W_1.2 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.