Perkembangan Awal Termodinamika

1. Thomas Newcomen (Mesin Uap)


Pada abad ke-18, sebagian energi yang dipakai dalam masa Revolusi Industri diperoleh dari energi uap. Pada tahun 1712, Thomas Newcomen asal Inggris mengembangkan mesin uap praktis yang pertama dengan memompa air dari saluran. Pada tahun 1765, seorang insinyur Skotlandia, James Watt, menyempurnakan mesin uap Newcomen menjadi mesin uap yang lebih efisien. Segera setelah itu, mesin uap mulai dipakai untuk menjalankan mesin-mesin pabrik dan kereta api, seperti lokomotif Rocket yang dibuat oleh insinyur dari Inggris George Stephenson, pada tahun 1829.

Dalam mesin uap, api dipakai untuk memanaskan air yang kemudian menghasilkan uap bertekanan tinggi. Pertambahan uap mendorong piston ke depan dan ke belakang didalam silinder, atau menggerakkan turbin, yaitu roda raksasa berbentuk seperti baling-baling kipas angin. Gerakkan inilah yang menjalankan mesin. Sampai kini, banyak generator pembangkit listrik masih memakai turbin uap.

2. Benjamin Thompson (Sifat Panas)


Para ilmuwan zaman dahulu mempunyai gagasan yang aneh tentang sifat kalor. Mereka menganggapnya sebagai zat cair yang mereka sebut “kalorik”. Semua zat ini dianggap mempunyai kalorik sampai jumlah tertentu, bergantung pada seberapa panasnya. Kalorik ini dipertahankan sehingga apabila suatu benda dipanaskan oleh benda lain berarti bahwa kalorik dipindahkan dari benda yang lebih panas. Seandainya ide ini dibenarkan oleh kenyataan bahwa kalau bahan bakar terbakar, bobotnya berkurang. Namun, ketika para ilmuwan berusahan menentukan perubahan bobot pada zat yang dibakar, mereka menemukan bahwa hasilnya membingungkan dan sering bertentangan. Hal ini tidak menyebabkan mereka membuang teori kalorik. Mereka hanya memperbaiki teorinya sedikit dengan menyatakan bahwa kalorik adalah zat cair yang tak berbobot.

Pengamatan pertamakali yang jelas yang menunjukkan bahwa kalorik tak dapat dikonservasikan dibuat pada akhir abad ke delapanbelas oleh Benjamin Thompson, seorang Amerika yang bermigrasi ke Eropa, menjadi direktur gudang senjata Bavaria, dan diberi gelar Count Rumford. Thompson mengawasi pemboran meriam untuk Bavaria. Karena panas yang ditimbulkan oleh alat pengebor, air digunakan untuk pendinginan. Air harus diganti terus menerus karena air mendidih selama pengeboran. Menurut teori kalorik, karena logam dari mata bor terpotong menjadi serpihan-serpihan kecil, kemampuannya untuk menahan kalorik berkurang. Karena itu mata bor melepaskan kalorik ke air, memanaskannya dan menyebabkannya mendidih. Namun Thompson mengamati, bahwa walaupun mata bor terlalu tumpul untuk memotong logam, air tetap mendidih selama mata bor berputar. Jelaslah, panas diproduksi semata–mata karena gesekan dan dapat dihasilkan tanpa batas. Berdasarkan pengamatan ini, Thompson menyatakan bahwa panas bukan yang dikonservasika tetapi lebih merupakan bentuk tertentu dari gerakan yang diteruskan dari mata bor ke air. Sebenarnya, Thompson menunjukkan bahwa panas yang diproduksi mendekati sebanding dengan usaha yang dilakukan oleh alat pengebor.

3. Sadi Carnot


Kita telah mengetahui bahwa tidak ada mesin yang bekerja secara siklik yang memiliki efisiensi 100%. Pertanyaan berikut adalah bagaimana kita bisa memiliki mesin dengan efisiensi maksimum? Seorang ahli mesin sekaligus salah seorang penggagas Termodinamika Sadi Carnot (1796-1832) menjawab pertanyaan ini dengan memperkenalkan sebuah siklus yang dinamakan siklus Carnot. Siklus Carnot dan teoremanya sebetulnya digagas bahkan sebelum hukum-hukum Termodinamikan dirumuskanoleh para ahli Fisika.

Tahun 1824 Sadi Carnot, berupaya menemukan hubungan antara panas yang digunakan dan kerja mekanik yang dihasilkan. Hasil pemikirannya merupakan titik awal perkembangan ilmu termodinamika klasik dan beliau dianggap sebagai Bapak Termodinamika, mempublikasikan Refleksi pada Kekuatan Motif Api, wacana pada efisiensi panas, kekuatan, energi dan mesin. Makalah ini diuraikan hubungan energik dasar antara mesin Carnot, siklus Carnot, dan kekuatan motif. Ini menandai dimulainya termodinamika sebagai ilmu pengetahuan modern

4. James Joule


Teori caloric berlanjut menjadi teori pelopor tentang panas yang bertahan untuk 40 tahun setelah pekerjaan Thompson, namun teori ini melemah sedikit demi sedikit karena makin banyak teramati contoh tentang tidak kekalnya panas. Teori mekanika tentang panas yang modern tidak muncul sampai 1840. Dalam pandangan ini, panas adalah energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain karena beda temperature. (energi internal suatu sistem sering dinyatakan sebagai energi termis. Bila sistem yang panas bersinggungan dengan sistem yang lebih dingin, energi internal ditransfer dari sistem yang panas ke sistem yang dingin dalam bentuk panas). Eksperimen pertama-tama yang paling banyak macamnya dan tepat dalam mendemonstrasikan ini dilakukan, mulai pada 1830-an, oleh James Joule (1818-1889), yang namanya digunakan sebagai satuan SI untuk energi. Joule menunjukkan bahwa munculnya atau hilangnya sejumlah energi termis tertentu selalu diikuti hilangnya atau munculnya sejumlah energi mekanika yang ekivalen. Eksperimen Joule dan lain-lainnya menunjukan bahwa energi termis maupun energi mekanika tidak ada yang kekal secara bebas, tetapi bahwa energi mekanika yang hilang selalu sama dengan energi termis yang dihasilkan. Yang kekal adalah total energi mekanika ditambah energi termis.

5. Helmholtz


Herman Von Helmhotz adalah seorang ahli fisika yang lahir pada tanggal 13 Agustus 1821 di Postdam Jerman Timur dan meninggal pada tanggal 18 September 1894 di Berlin. Setelah lulus dari kedokteran di Berlin, ia menjadi seorang dokter bedah tentara, tetapi tak lama kemudian ia meninggalkan tugas dinasnya untuk mengawali kariernya ynag berhasil secara baik sebagai seorang ilmuan murni di Konigsberg. Selama tiga puluh tahun berikutnya dia menerima penugasan sebagai fisiolog, disusul berikutnya sebagai ahli ilmu fisika di Bonn, Heidelberg, dan Berlin. Selama periode ini dia mngembangkan teorinya yang termashur mengenai pendengaran dan penglihatan, menyajikan latar belakang matematis bagi hukum konservasi energy, menemukan apthalmoscopem dan mengembangkan teorinya yang terkenal tentang Sensation of Tone (1862), dan physiological Optocs (1966). 

6. Robert Mayer


Julius Robert Mayer adalah seorang ilmuwan yang pertama kali mengajukan bahwa kalor atau sering kita ucapkan sebagai panas merupakan salah satu bentuk energi. 

Sekitar tahun 1840,Mayer bekerja sebagai dokter kapal pada Angkatan Laut Hindia Belanda di Surabaya.Mayer mengamati bahwa darah pasien orang-orang di jawa berwarna lebih merah terang dibandingkan dengan pasiennya di eropa.Ini berarti darah penduduk daerah tropis mengandung lebih banyak oksigen. 

Mayer menyimpulkan bahwa di daerah tropis diperlikan lebih sedikit pembakaran makanan untuk menjaga agar tubuh konstan,dan panas dari pembakaran makanan itu lebih banyak dipakai untuk melaksanakan kerja dari individu.Jika ternyata kalor dapat diubah menjadi usaha,hal ini berarti bahwa keduanya merupakan bentuk energi.Mayer mempublikasika pemikirannya itu tatkala ia kembali ke Eropa tahun 1842. 

7. Clausius


Refrigerator pada dasarnya merupakan mesin panas yang bekerja terbalik. Usaha diberikan pada refrigerator untuk menyerap panas dari tendon dingin dan mentransfernya ke tendon panas. Sebanyak mungkin panas QC diinginkan untuk dipindahkan sambil melakukan usaha W sesdikit mungkin. Dari pengalaman didapatkan bahwa sejumlah usaha arus selalu dilakukan. Hasil ini merupakan rumusan Clausius atau Rumusan Hukum Kedua Termodinamika Untuk Refrigerator:

Sebuah refrigerator tak mungkin bekerja secara siklis dengan tak menghasilkan efek lain di luar transfer panas dari benda dingin ke benda panas.

Bila pernyataan ini tak benar, secara prinsip mungkin saja kita mendinginkan rumah kita dimusim panas dengan refrigerator yang memompa panas keluar tanpa menggunakan listrik sama sekali atau energi lain.

Dalam istilah yang lebih sederhana, energi tidak berpindah secara spontan berupa kalor dari benda yang dingin ke benda yang panas. Arah perpindahan energi ini memerlukan masukan energi ke pompa kalor, yang sering kali diperoleh dari listrik.


Untuk mempelajari lebih lanjut sejarah tentang termodinamika silahkan lihat video berikut ini