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.

Pada analasis termodinamika, membagi bentuk energi menjadi dua kelompok besar akan sangat berguna, yaitu makroskopik (macroscopic) dan mikroskopik (microscopic). Bentuk energi makroskopik pada sistem berhubungan dengan lingkup luar dari sistem, seperti energi kinetik dan energi potensial. Sedangkan bentuk energi mikroskopik berhubungan dengan stuktur molekul dari sistem dan derajat aktivitas dari sistem (tidak terkait dengan lingkup luar sistem). Jumlah dari seluruh energi mikroskopik disebut sebagai energi dalam (internal energy), dilambangkan dengan, U.

Energi makroskopik dari sistem berhubugan dengan gerak dan pengaruh beberapa efek luar, seperti gravitasi, magnetik, listrik, dan beban permukaan. Energi yang dapat dipengaruhi perubahan relatif disebut energi kinetik (kinetic energy). Apabila semua bagian sistem bergerak dengan kecepatan yang sama, energi kinetik dapat dituliskan (dimana V adalah kecepatan dan m adalah massa) :

Untuk benda yang berputar, juga terdapat energi kinetik yang dituliskan dengan persamaan (dimana I adalah momen inersia dari benda dan omega adalah percepatan sudut) :

Energi yang dipengaruhi oleh hasil perbedaan ketinggian pada medan gravitasi disebut energi potensial, dapat dituliskan dengan (dimana g adalah percepatan gravitasi dan z adalah perbedaan ketinggian) :

Energi-energi penyusun energi makroskopik, seperti magnetik, listrik, dan beban permukaan merupakan hal-hal yang jarang terjadi dan dapat diabaikan. Dengan memasukkan semua energi mikroskopik ke dalam energi dalam (U), maka diperoleh persamaan energi total :

Sebagian besar sistem tertutup memiliki energi kinetik dan potensial yang relatif stabil. Sistem tertutup yang kecepatan dan perubahan ketinggian terhadap medan gravitasi konstan disebut sistem stasioner (stationary system). Perubahan energi total dari sistem stasioner terjadi karena perubahan energi dalam dari sistem.

Pada kontrol volume, terdapat istilah mass flow rate, yang didefinisikan sebagai jumlah massa yang memasuki sistem per satuan waktu. Hal ini berhubungan dengan volume flow rate, sehingga dapat dituliskan persamaan berikut :

Penjelasan : mass flow rate adalah perkalian dari massa jenis (rapat massa) dengan volume flow rate.

Selain mass flow rate, terdapat istilah energy flow rate, yang dirumuskan :