Energi termal adalah energi yang merupakan zat atau sistem karena suhunya, yaitu energi molekul yang bergerak atau bergetar, menurut situs web Pendidikan Energi dari Texas Education Agency. Termodinamika melibatkan pengukuran energi ini, yang bisa "sangat rumit," menurut David McKee, seorang profesor fisika di Missouri Southern State University. "Sistem yang kita pelajari dalam termodinamika ... terdiri dari sejumlah besar atom atau molekul yang berinteraksi dengan cara yang rumit. Tetapi, jika sistem ini memenuhi kriteria yang tepat, yang kita sebut ekuilibrium, mereka dapat digambarkan dengan sejumlah kecil pengukuran atau nomor Seringkali ini diidealkan sebagai massa sistem, tekanan sistem, dan volume sistem, atau beberapa bilangan bulat lainnya yang setara. Tiga angka menggambarkan 1026 atau 1030 variabel independen nominal. "
Panas
Termodinamika, kemudian, berkaitan dengan beberapa sifat materi; Yang paling utama di antaranya adalah panas. Panas adalah energi yang ditransfer antara zat atau sistem karena perbedaan suhu di antara keduanya, menurut Pendidikan Energi. Sebagai bentuk energi, panas dilestarikan, yaitu, tidak dapat diciptakan atau dihancurkan. Namun, bisa dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain. Panas juga bisa dikonversi ke dan dari bentuk energi lainnya. Misalnya, turbin uap dapat mengubah panas menjadi energi kinetik untuk menjalankan generator yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Bola lampu bisa mengubah energi listrik ini menjadi radiasi elektromagnetik (cahaya), yang bila diserap oleh permukaan, diubah kembali menjadi panas.
Suhu
Jumlah panas yang ditransfer oleh zat tergantung pada kecepatan dan jumlah atom atau molekul yang bergerak, menurut Pendidikan Energi. Semakin cepat atom atau molekul bergerak, semakin tinggi suhu, dan semakin banyak atom atau molekul yang bergerak, semakin besar jumlah panas yang mereka transfer.
Suhu adalah "ukuran energi kinetik rata-rata partikel dalam sampel materi, yang dinyatakan dalam satuan atau derajat yang ditentukan pada skala standar," menurut American Heritage Dictionary. Skala suhu yang paling umum digunakan adalah Celcius, yang didasarkan pada titik beku dan titik didih air, memberikan nilai masing-masing 0 derajat C dan 100 derajat C. Skala Fahrenheit juga didasarkan pada titik beku dan titik didih air yang telah ditetapkan. masing masing 32 F dan 212 F.
Para ilmuwan di seluruh dunia, bagaimanapun, menggunakan skala Kelvin (K tanpa tanda titik), dinamai menurut William Thomson, 1st Baron Kelvin, karena bekerja dalam perhitungan. Skala ini menggunakan kenaikan yang sama dengan skala Celcius, yaitu perubahan suhu 1 C sama dengan 1 K. Namun, skala Kelvin dimulai pada nol mutlak, suhu di mana tidak ada total energi panas dan semua molekul. gerakan berhenti Suhu 0 K sama dengan minus 459,67 F atau minus 273,15 C.
Panas spesifik
Jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu massa suatu zat tertentu dengan jumlah tertentu disebut panas spesifik, atau kapasitas panas spesifik, menurut Wolfram Research. Unit konvensional untuk ini adalah kalori per gram per kelvin. Kalori didefinisikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air pada suhu 4 C sampai 1 derajat.
Panas spesifik suatu logam hampir bergantung pada jumlah atom dalam sampel, bukan massanya. Misalnya, kilogram aluminium bisa menyerap sekitar tujuh kali lebih banyak panas dari satu kilogram timbal. Namun, atom timah hanya bisa menyerap sekitar 8 persen lebih banyak panas dari pada jumlah atom aluminium yang sama. Sebuah massa air yang diberikan, bagaimanapun, dapat menyerap hampir lima kali lebih banyak panas sebagai massa aluminium yang sama. Panas spesifik gas lebih kompleks dan bergantung pada apakah diukur pada tekanan konstan atau volume konstan.
Konduktivitas termal
Konduktivitas termal (k) adalah "tingkat di mana panas melewati material tertentu, dinyatakan sebagai jumlah panas yang mengalir per satuan waktu melalui area unit dengan gradien suhu satu derajat per satuan jarak," menurut Oxford Dictionary . Unit untuk k adalah watt (W) per meter (m) per kelvin (K). Nilai k untuk logam seperti tembaga dan perak relatif tinggi masing-masing pada 401 dan 428 W / m · K. Properti ini membuat bahan ini berguna untuk radiator mobil dan sirip pendingin untuk keripik komputer karena bisa membawa panas dengan cepat dan menukarkannya dengan lingkungan. Nilai k tertinggi untuk bahan alami adalah berlian pada 2.200 W / m · K.
Bahan lainnya berguna karena konduktor panasnya sangat buruk; Properti ini disebut sebagai tahanan termal, atau nilai R, yang menggambarkan laju di mana panas ditransmisikan melalui material. Bahan-bahan ini, seperti wol batu, angsa bawah dan styrofoam, digunakan untuk isolasi di dinding bangunan eksterior, mantel musim dingin dan mangkuk kopi termal. Nilai R diberikan dalam satuan kaki persegi kali derajat Fahrenheit pada jam per satuan panas Inggris (ft2 ° f · h / Btu) untuk lempengan setebal 1 inci.
Hukum Pendinginan Newton
Pada tahun 1701, Sir Isaac Newton pertama-tama menyatakan Hukum Pendinginannya dalam sebuah artikel pendek berjudul "Calvin Scala" ("Skala Gelombang Panas") dalam Transaksi Filosofis Royal Society. Pernyataan Newton tentang hukum diterjemahkan dari bahasa Latin asli sebagai, "kelebihan derajat panas ... berada dalam perkembangan geometris ketika waktunya dalam perkembangan aritmatika." Worcester Polytechnic Institute memberikan versi hukum yang lebih modern karena "laju perubahan suhu sebanding dengan perbedaan antara suhu objek dan lingkungan sekitarnya."
Hal ini menyebabkan pembusukan eksponensial dalam perbedaan suhu. Misalnya, jika benda hangat ditempatkan di bak mandi dingin, dalam jangka waktu tertentu, perbedaan suhu akan turun setengahnya. Kemudian dalam waktu yang sama, selisih yang tersisa akan turun lagi setengahnya. Ini mengalikan separuh dari perbedaan suhu akan berlanjut pada interval waktu yang sama sampai menjadi terlalu kecil untuk diukur.
Perpindahan panas
Panas dapat ditransfer dari satu tubuh ke tubuh lainnya atau antara tubuh dan lingkungan dengan tiga cara yang berbeda: konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi adalah transfer energi melalui bahan padat. Konduksi antar tubuh terjadi saat kontak langsung, dan molekul mentransfer energi mereka ke seluruh antarmuka.
Konveksi adalah perpindahan panas ke atau dari medium fluida. Molekul dalam gas atau cairan yang kontak dengan tubuh padat mengirimkan atau menyerap panas ke atau dari tubuh itu dan kemudian menjauh, membiarkan molekul lain bergerak ke tempatnya dan mengulangi prosesnya. Efisiensi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan luas permukaan yang akan dipanaskan atau didinginkan, seperti dengan radiator, dan dengan memaksa cairan bergerak di atas permukaan, seperti kipas angin.
Radiasi adalah emisi energi elektromagnetik (EM), terutama foton inframerah yang membawa energi panas. Semua materi memancarkan dan menyerap beberapa radiasi EM, jumlah netto yang menentukan apakah ini menyebabkan hilangnya atau kenaikan panas.
Siklus Carnot
Pada tahun 1824, Nicolas Léonard Sadi Carnot mengajukan model untuk mesin panas berdasarkan apa yang kemudian dikenal sebagai siklus Carnot. Siklus ini mengeksploitasi hubungan antara tekanan, volume dan suhu gas dan bagaimana masukan energi dapat berubah bentuk dan bekerja di luar sistem.
Mengkompresi gas meningkatkan suhunya sehingga menjadi lebih panas dari lingkungannya. Panas kemudian bisa dikeluarkan dari gas panas menggunakan heat exchanger. Kemudian, membiarkannya berkembang menyebabkannya mendingin. Ini adalah prinsip dasar di balik pompa panas yang digunakan untuk pemanasan, penyejuk udara dan pendinginan.
Sebaliknya, memanaskan gas meningkatkan tekanannya, menyebabkannya melebar. Tekanan ekspansif kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan piston, sehingga mengubah energi panas menjadi energi kinetik. Inilah prinsip dasar dibalik mesin panas.
Entropi
Semua sistem termodinamika menghasilkan panas buangan. Limbah ini menghasilkan peningkatan entropi, yang untuk sistem tertutup adalah "ukuran kuantitatif dari jumlah energi panas yang tidak tersedia untuk dikerjakan," menurut American Heritage Dictionary. Entropi dalam sistem tertutup selalu meningkat; itu tidak pernah berkurang Selain itu, bagian yang bergerak menghasilkan panas buangan akibat gesekan, dan panas radiasi pasti bocor dari sistem.
Ini membuat apa yang disebut mesin gerak abadi tidak mungkin dilakukan. Siabal Mitra, seorang profesor fisika di Missouri State University, menjelaskan, "Anda tidak dapat membangun mesin yang 100 persen efisien, yang berarti Anda tidak dapat membangun mesin gerak terus-menerus. Namun, ada banyak orang di luar sana yang masih belum memiliki Saya percaya, dan ada orang yang masih berusaha membangun mesin gerak terus-menerus
0 Response to "TERMODINAMIKA"
Post a Comment