Bagaimana Kerja Mekanis dan Panas Dapat Dipertukarkan
Dalam artikel ini, kita akan menjelajahi konsep setara mekanis dari panas, yang menyatakan bahwa kerja mekanis dan panas dapat diubah satu sama lain. Kita juga akan mempelajari tentang percobaan dan penemuan yang mengarah pada ide ini dan bagaimana hal itu membantu menetapkan ilmu termodinamika.
Apa Itu Setara Mekanis Dari Panas?
Setara mekanis dari panas adalah istilah yang menggambarkan hubungan antara kerja mekanis dan panas.
Ini didefinisikan sebagai jumlah kerja yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah unit panas dalam sistem. Simbol untuk setara mekanis dari panas adalah J, dan juga dikenal sebagai konstanta Joule atau setara mekanis Joule dari panas setelah ilmuwan yang pertama kali mengukurnya.
Rumus untuk setara mekanis dari panas adalah:
di mana W adalah kerja yang dilakukan pada sistem, dan Q adalah panas yang dihasilkan dalam sistem.
Satuan untuk setara mekanis dari panas adalah joule per kalori (J/cal), yang berarti bahwa satu joule kerja menghasilkan satu kalori panas. Satu kalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu satu gram air sebesar satu derajat Celsius.
Bagaimana Setara Mekanis Dari Panas Ditemukan?
Ide bahwa kerja mekanis dan panas dapat dipertukarkan pertama kali disarankan oleh Benjamin Thompson, juga dikenal sebagai Count Rumford, pada tahun 1798. Dia mengamati bahwa sejumlah besar panas dihasilkan oleh gesekan saat membosankan laras meriam di sebuah arsenal di Munich. Dia menyimpulkan bahwa panas bukanlah zat, seperti yang sebelumnya dipikirkan, tetapi bentuk gerakan.
Namun, Rumford tidak memberikan nilai numerik untuk setara mekanis dari panas, dan dia juga tidak melakukan percobaan terkontrol untuk mengukurnya. Pengamatannya ditantang oleh pendukung teori kalor, yang menyatakan bahwa panas adalah cairan yang mengalir dari benda panas ke benda dingin.
Orang pertama yang melakukan percobaan presisi untuk menentukan setara mekanis dari panas adalah James Prescott Joule, seorang fisikawan Inggris dan pembuat bir. Pada tahun 1845, dia menerbitkan makalah berjudul “Setara Mekanis Dari Panas,” di mana dia mendeskripsikan alat dan metodenya.
Joule menggunakan kalorimeter tembaga yang diisi dengan air dan mekanisme roda dayung yang terpasang pada beban jatuh.
Saat beban jatuh, mereka memutar roda dayung, yang mengaduk air di dalam kalorimeter. Energi kinetik beban dan roda dayung diubah menjadi energi panas dalam air. Joule mengukur kenaikan suhu air dan menghitung jumlah kerja yang dilakukan oleh beban. Dia mengulangi percobaan ini beberapa kali dengan beban dan ketinggian yang berbeda dan menemukan nilai konsisten untuk J: 778.24 foot-pound-force per derajat Fahrenheit (4.1550 J/cal).
Percobaan Joule membuktikan bahwa kerja dan panas setara dan terkonservasi,
yang berarti bahwa mereka tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Ini adalah terobosan besar dalam pengembangan termodinamika, yang merupakan studi tentang energi dan transformasinya.
Apa Saja Aplikasi Dari Setara Mekanis Dari Panas?
Konsep setara mekanis dari panas memiliki banyak aplikasi dalam sains dan teknik. Misalnya:
Ini menjelaskan bagaimana mesin bekerja dengan mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi mekanis dalam gerakan.
Ini membantu kita menghitung efisiensi mesin dan proses dengan membandingkan kerja input dan panas output.
Ini memungkinkan kita merancang perangkat yang dapat mengubah panas limbah menjadi kerja yang berguna, seperti generator termoelektrik.
Ini memungkinkan kita memahami bagaimana organisme hidup menggunakan energi metabolik untuk melakukan berbagai fungsi.
Setara mekanis dari panas juga terkait dengan konsep-konsep penting lainnya dalam termodinamika, seperti entropi, kapasitas panas spesifik, panas laten, dan ekspansi termal.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kita telah belajar tentang setara mekanis dari panas,
yang merupakan jumlah kerja yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah unit panas dalam sistem. Kita juga telah melihat bagaimana konsep ini ditemukan oleh Rumford dan Joule melalui percobaan pada gesekan dan mengaduk air. Akhirnya, kita telah membahas beberapa aplikasi dan implikasi dari konsep ini dalam sains dan teknik.
Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk dihapus.
