Kerja, kalor, dan energy
Kerja dilakukan selama proses, jika prose situ dapat digunakan untuk menghasilkan perubahan ketinggian sebuah beban pada suatu tempat di lingkungannya. Misalnya adalah gas yang mendorong keluar pengisap silinder dan menaikkan beban, merenggangkan secarik karet, dan memutar pegas. Mengalirkan arus listrik pada sebuah tahanan juga merupakan contoh kerja karena arus yang sama dapat dialirkan melalui sebuah motor dan digunakan untuk menaikkan beban. Jika kita mengisi baterai dengan arus dari sumber luar, kita melakukan kerja padanya.
Kita bias mengatakan bahwa kerja dilakukan oleh system jika beban sudah dinaikkan di lingkungannya, dan bahwa kerja dilakukan pada system jika beban diturunkan. Jika mengukur kerja, kita gunakan definisinya yaitu gaya x jarak, yang kita bahas di bawah ini.
Energy adalah kapasitas siste untuk melakukan kerja. Jika kita melakukan kerja pada system yang terisolasi (misalnya, dengan memampatkan gas atau d dengan memutar pegas), artinya kita menambah kapassitasnya untuk melakukan kerja, sehingga menambah energinya. Jika system melakukan kerja (waktu pegisap silinder bergerak keluar atau pegas membuka), energinya berkurang karena system itu dapat melakukan kerja lebih sedikit dari sebelumnya.
Eksperimen menunjukkan bahwa energy system (kemampuannya untuk melakukan kerja) dapat diubah dengan cara yang berbeda dengan kerja itu sendiri. Jika energy system berubah sebagai hasil perbedaan antara temperature system dan temperature lingkungannya, kita katakana bahwa energy sudah dipindahkan sebagai kalor. Jika sebuah gelas kimia yang berisi air (system terletak di atas alat pemanas, kapasitas system untuk melakukan kerja bertambah, sehingga energinya bertambah, karena penambahan itu terjadi sebagai hasil perbedaan temperature, energy itu sudah dipindahkan ke system sebagai kalor.
Tidak semua zat memungkinkan pemindahan energy walaupun ada perbedaan temperature antara system dengan lingkungannya. Dinding yang memungkinkan pemindahan energy sebagai kalor (seperti baja dan kaca) disebut diatermik (“dia” adalah kata Yunani yang berarti “melalui”). Dinding yang tidak memungkinkan pemindahan energy sebagai kalor disebut adiabatic. Labu Dewar adalah contoh wadah adiabatik yang baik.
Proses pelepasan energy sebagai kalor disebut ekstronm. Semua reaksi pembakaran adalah endonterm. Contohnya adalah penguapan air. Proses endonterm dalam sebuh wadah adiabatic menghasilkan penurunan temperature system, proses ekstermn menghasilkan kenaikan temperature. Proses endonterm yang berlangsung dalam wadah diatermik pada kondisi isoterm menghasilkan aliran energy ke dalam system sebagai kalor. Proses eksotermn dalam wadah diatermik menghasilkan pembebasan energy sebagai kalor ke dalam lingkungannya.
Dalam istilah molekuler, proses pemanasan adalah pemindahan energy yang menggunakan perbedaan gerakan termal – gerakan molekul yang kacau balau dan acak antara system dan lingkungannya. Gerakan termal yang lebih besar dari molekul – molukel dalam lingkungan yang lebih panas merangsang molekul-molekul yang lebih lambat dalam system yang lebih dingin untuk bergerak lebih energik, dan energy dari system bertambah merangsang gerakan termal molekul-molekul di dalam lingkungan dengan mengorbankan energy system itu sendiri.
Dalam istilah molekuler, kerja adalah pemindahan energy yang menggunakan gerakan tertur. Jika sebuah beban dinaikkan atau diturunkan atom–atomnya bergerak dengan teratur. Atom-atom dalam pegas bergerak dengan teratur; electron-elektron dalam arus listrik bergerak dengan arah yang teratur. Ketika melakukan kerja, system menggerakkan atom-atom atau electron-elektron dalam lingkungannya secara teratur. Demikian juga, bila kita melakukan kerja pada system : kita memindahkan energy pada system tersebut secara teratur, seperti atom-atom dalam sebuh beban diturukan atau arus electron dilewatkan.
Dalam lingkungan, kerja dan kalor harus dibedakan. Jika kita melakukan kerja pada sebuah system, energy meninggalkan lingkungan dengan teratur, tetapi energy tidak selalu sampai kedalam system dengan cara itu. Jadi, kerja yang dilakukan pada pemanas listrik dapat berakhir sebagai gerakan termal. Tidak ada hubungan antara jatuhnya sebuah beban dengan rangsangan gerak termal dalam system : kerja diidentifikasi sebagai pemindahan energvi yang menggunakan gerakan atom-atom yang teratur dalam lingkungannya, sedangkan kalor adalah pemindahan energy yang menggunakan gerakan termal dalam lingkungannnya. Dalam pemampatan gas, misalnya, kerja dilakukan ketika prtikel-partfikel dari beban pemampat turun, tetapi efek dari pengisap silinder yang datang mempercepat gerakan molekul-molekul gas hingga mencapai kecepatan rata-rata yang lebih tinggi karena tabrakan antara molekul-molekul secara cepat mengacak arahnya, gerakan teratur dari beban sebenarnya merangsang gerakan termal dalam gas. Kita mengamatfi beban yang jatuh dan turnnya atom-atomnya secara taratur, yang menyatakan bahwa kerja sedang dilakukan, walaupun ini merangsang gerakan termal.
Kerja, kalor, dan energy adalah konsep dasar termodinamika, dan dari ketiganya, yang paling pokok adalah kerja. Seperti akan kita lihat, semua pengukuran kalor dan perubahan energy menghasilkan pengukuran kerja.
