Percobaan Joule

Antara tahun 1843-1848, Joule melaksanakan percobaan yang merupakan langkah-langkah pertama dalam analisis kuantitatif sistem termodinamik dan yang mengarah ke Hukum Pertama Termodinamika. Dalam sistem yang beliau kaji, energi dalam bentuk kerja dipindahkan ke fluida dengan bantuan roda aduk. Perpindahan kerja ini menyebabkan kenaikan temperatur fluida dan jumlah perpindahan kalor dari system sama dengan peningkatan energy air.Aliran kalor atau kerja (usaha) yang dialami oleh suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut memperoleh atau kehilangan energi, tetapi secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi tersebut hanya mengalami perubahan. Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika.Berdasarkan hukum kekekalan energitersebut, hukum I termodinamika dirumuskan sebagai berikut:

"Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi, Q – W, sama dengan perubahan energi dalam            U dari sistem" :

             

         ΔU = U₂ - U₁ = Q - W atau Q = ΔU + W  .....................(14.8)

Perjanjian tanda untuk Q dan W (Gambar 14.7) adalah sebagai

berikut :

 Jika sistem melakukan usaha,

 nilai W bertanda positif,

- Jika sistem menerima usaha,

nilai W bertanda negatif

Jikasistem menerima kalor, nilai

Q bertanda positif,

- Jika sistem melepas kalor, nilai Q

bertanda negatif.

     Hukum pertama Termodinamika ini tidak dapat dibuktikan secara analitik, tetapi bukti-bukti dari percobaan telah berulang kali membenarkan kesahihannya, dan karena tidak ada fenomena yang telah ditunjukan yang sebagai hukum alam. Dapat ditegaskan lagi disini bahwa tidak ada kekangan diberikan yang membatasi hukum pertama termodinamika ini pada transformasi energi yang reversibel. Jadi, hukum pertama termodinamika ini berlaku untuk transformasi yang reversibel dan ireversibel.

      Untuk proses yang non-siklus, dibutuhkan perumusan hukum pertama yang lebih umum sifatnya. Paham atau konsep energi telah terpenuhi kebutuhan ini.