BENTUK-BENTUK ENERGI (1) : Pendahuluan

Energy dapat hadir dalam beberapa bentuk, seperti energi panas, energi mekanik, energi kinetik, energi potensial, energi listrik, energi magnetik, energi kimia, dan nuklir. Jumlah dari seluruh energi itu disebu energi total, E, dari sistem. Energi total dari sistem pada sebuah massa dilambangkan dengan e dan dituliskan sebagai 

Termodinamika tidak memberikan informasi tentang nilai multak dari total energi. Nilai yang diketahui oleh manusia adalah perubahan dari total energi, yang menjadi suatu permasalahan di dunia engineering. Jadi, energi total dapat ditulis sebagai 0 (E=0), untuk energi total referensi. Perubahan dari energi total ini tergantung dari titik referensi yang ditentukan. Untuk lebih mudah dalam memahami konsep ini, bayangkan sebuah batu yang jatuh dari puncak sebuah gunung dengan ketinggian 500 meter. Batu itu dapat dikatakan jatuh sejauh 500 meter, apabila titik referensinya adalah puncak gunung. Batu itu juga dapat dikatakan hanya jatu sejauh 300 meter, jika titik referensinya adalah 200 meter dari puncak gunung.

Teknik Menyelesaikan Permasalahan Termodinamika

Langkah pertama dalam mempelajari sebuah ilmu adalah mengerti dasar dan merasakan ‘sensasi’ dari ilmu itu. Langkah berikutnya adalah memperkuat dasar dengan cara melakukan tes pada ilmu tersebut, hal ini dilakukan dengan menyelesaikan permasalahan-permasalahan yang ada dalam dunia nyata.

Menyelesaikan sebuah masalah, terutama masalah yang spesifik, membutuhkan pendekatan secara sistematis. Dengan melakukan pendekatan langkah demi langkah, seorang engineer dapat mengurangi tingkat kesulitas permasalahan tersebut. Ketika anda menyelesaikan suatu permasalahan, sebaiknya anda menyelesaikannya dengan langkah-langkah yang tersusun dan dapat dilakukan. Berikut ini adalah langkah-langkah yang dapat anda lakukan :

Keadaan (State) dan Kesetimbangan (Equilibrium) Sistem

Ketika sistem memiliki sifat-sifat yang dapat diukur atau dihitung secara menyeluruh, yang kemudian dapat mendefinisikan kondisi sistem tersebut secara lengkap, maka kondisi itu disebut keadaan (state). Termodinamika sangat berhubungan dengan keadaan setimbang (equilibrium). Kata setimbang erat kaitannya dengan keseimbangan (balance), namun berbeda cara penggunaan. Pada keadaan setimbang, tidak ada potensi ketidak seimbangan pada sistem. Secara praktek, sistem dikatakan setimbang ketika sistem tersebut diisolasikan terhadap lingkungannya.

Rapat Massa (Density) dan Gravitasi Spesifik (Specific Gravity)

 Rapat massa (density) didefinisikan sebagai massa per satuan volume. Sedangkan volume spesifik (specific Volume) adalah volume dibagi satuan massa.

Untuk nilai yang sangat kecil, rapat massa (density) dapat dirumuskan menjadi :

Secara umum, rapat massa (density) bergantung pada suhu dan tekanan. Rapat massa dari kebanyakan gas adalah sebanding dengan tekanan dan berbanding dengan suhu. Terkadang rapat massa suatu zat harus dibandingkan dengan rapat massa benda lain, perbandingan ini disebut gravitasi spesifik (specific gravity) atau rapat massa relatif (relative density). Definisi lebih jelas dari gravitasi spesifik adalah rasio dari rapat massa suatu substansi terhadap rapat massa substansi standar pada suhu tertentu (biasanya 4 derajat Celcius).

Sifat - Sifat Sistem Termodinamika

Setiap karakteristik dari sebuah sistem disebut sifat (property). Beberapa sifat yang sering diketahui adalah tekanan (pressure), suhu (temperature), volum (volume), dan massa (mass). Beberapa sifat tersebut dapat diturunkan menjadi beberapa sifat lain, yaitu viskositas, konduktivitas termal, modulus elastisitas, koefisien ekspansi termal, resistansi elektrik, kecepatan, dan elevasi.

Sifat-sifat dari sistem dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu intensif (intensive) dan ekstensif (extensive). Sifat intensif adalah sifat dari sistem yang bergantung pada massa, seperti : suhu, tekanan dan rapat massa (density). Sifat ekstensif adalah sifat sistem yang tidak –hanya- bergantung pada massa, tapi bergantung pada ukuran sistem. Total massa, total momentum, total volume adalah beberapa contoh dari sifat ekstensif. Cara mudah untuk menentukan sebuah sifat sistem termasuk intensif atau ekstensif adalah dengan membagi sistem kedalam beberapa bagian, apabila sifat itu berubah nilainya, maka sifat itu termasuk ke dalam sifat intensif. Sedangkan apabila nilai dari sifat itu berubah, maka sifat itu termasuk ke dalam sifat ekstensif.

Sistem Terbuka dan Tertutup

Sistem (system) didefinisikan sebagai sesuatu yang diperhatikan atau dipelajari. Daerah di luar sistem disebut lingkungan (surrounding), sedangkan batas antara sistem dan lingkungan disebut batas sistem (system boundary). Sistem dapat dibedakan menjadi sistem tertutup (close system) dan sistem terbuka (open system).

Sistem tertutup atau biasa dikenal sebagai kontrol massa, terdiri dari sejumlah massa dan tidak ada massa yang melewati batas sistem (system boundary). Meskipun tidak ada perpindahan massa yang masuk dan keluar sistem, tetapi panas atau kerja masih dapat keluar-masuk sistem. Apabila terdapat kondisi sistem tertutup yang tidak mengijinkan energi atau panas untuk keluar-masuk sistem, sistem itu disebut sistem terisolasi (isolated system). Contoh dari sistem tertutup adalah piston pada sepeda motor.

Sekilas Tentang Termodinamika dan Energi

Termodinamika dapat didefinisikan sebagai ilmu dari energi. Sedangkan energi dapat dikatakan sebagai segala sesuatu yang menyebabkan perubahan. Nama termodinamika sendiri diambil dari Bahasa yunani, dari kata therme (panas) dan dynamis (daya), sehingga dapat diartikan sebagai sesuatu yang dapat mengkonversi panas menjadi daya.

Salah satu hukum dasar alam adalah prinsip konservasi energi. Hukum ini menyebutkan bahwa energi dapat berubah-ubah bentuknya, tetapi jumlah dari energi adalah tetap, sehingga energi tidak dapat dihancurkan atau diciptakan. Sebagai contoh, sebuah batu yang berada di atas jurang (tidak bergerak) akan memiliki energi potensial yang besar dan tidak memiliki energi kinetik. Akan tetapi, apabila batu itu dijatukan, energi potensialnya akan berkurang, sedangkan energi kinetiknya bertambah.