Cara Kerja Air Conditioner (AC)

Sebenarnya, AC maupun kulkas menggunakan prinsip yang sama yaitu saat cairan menguap diperlukan adanya kalor. Dalam proses ‘menghilangkan’ panas, sistem AC juga menghilangkan uap air, guna meningkatkan tingkat kenyamanan orang selama berada di dalam ruangan tersebut.
Filter (penyaring) tambahan digunakan untuk menghilangkan polutan dari udara. AC yang digunakan dalam sebuah gedung biasanya menggunakan AC sentral. Selain itu, jenis AC lainnya yang umum adalah AC ruangan yang terpasang di sebuah jendela.
Kunci utama dari AC adalah refrigerant, yang umumnya adalah fluorocarbon[1], yang mengalir dalam sistem, menjadi cairan dan melepaskan panas saat dipompa (diberi tekanan), dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme berubahnya refrigerant menjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi mejadi dua area.

Sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil (kumparan pendingin) yang ada pada sisi ruangan dan sebuah kompresor (pompa), condenser coil (kumparan penukar panas), dan kipas pada jendela luar.

Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan refrigerant yang dingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis/kisi-kisi kembali ke dalam ruangan. Pada kompresor, gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara pengompresan. Pada condenser coil, refrigerant melepaskan panas dan menjadi cairan, yang tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostat[2] mengontrol motor kompresor untuk mengatur suhu ruangan.

Gedung-gedung besar menggunakan unit pendingin di mana udara segar diambil kemudian bercampur dengan udara ruangan. Campuran ini disaring dan didinginkan saat melalui sebuah unit pendingin (cooling coils). Bila udara kering, uap air ditambah. Pada akhirnya, udara dingin masuk ke dalam gedung. Willis Carrier, penemu berkebangsaan Amerika, merancang sistem/mekanisme AC pada tahun 1911. Tak lama setelah itu, AC mulai digunakan bukan hanya di pabrik, tapi digunakan juga di dalam gedung, ruangan, bus, kereta api, dan mobil.

Untuk lebih jelasnya, berikut adalah penjelasan lebih mendetail sehubungan dengan mekanisme AC.

Sebelumnya, kita perlu mengenal bagian-bagian dari AC agar kita dapat memahami sistem kerja AC. Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.
Berikut ini adalah penjelasan mengenai bagian-bagian AC:
Kompresor
Kompresor adalah power unit dari sistem sebuah AC. Ketika AC dijalankan, kompresor mengubah fluida kerja/refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.
Kondensor
Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah/mendinginkan gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi.Cairan lalu dialirkan ke orifice tube.
Orifice Tube
Dimana cairan bertekanan tinggi diturunkan tekanan dan suhunya menjadi cairan dingin bertekanan rendah. Dalam beberapa sistem, selain memasang sebuah orifice tube, dipasang juga katup ekspansi.
Katup ekspansi
Katup ekspansi, merupakan komponen terpenting dari sistem. Ini dirancang untuk mengontrol aliran cairan pendingin melalui katup orifice yang merubah wujud cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator/pendingin
Evaporator/pendingin
refrigent menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas evaporator meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigent dalam evaporator mulai berubah kembali menjadi uap bertekanan rendah, tapi masih mengandung sedikit cairan. Campuran refrigent kemudian masuk ke akumulator / pengering. Ini juga dapat berlaku seperti mulut/orifice kedua bagi cairan yang berubah menjadi uap bertekanan rendah yang murni, sebelum melalui kompresor untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi. Biasanya, evaporator dipasangi silikon yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigent.

Jadi, sistem kerja AC dapat diuraikan sebagai berkut :
Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke condenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.

Pada kondensor tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondenser relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.

Setelah refrigent lewat kondenser dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian
rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.

Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.

Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada di dalam substansi yang akan didinginkan.

Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka enthalpi[3] substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya enthalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan.

Dengan adanya mesin pendingin listrik ini maka untuk mendinginkan atau menurunkan temperatur suatu substansi dapat dengan mudah dilakukan.
[1]. Fluorocarbon adalah senyawa organik yang mengandung 1 atau lebih atom Fluorine. Lebih dari 100 fluorocarbon yang telah ditemukan. Kelompok Freon dari fluorocarbon terdiri dari Freon-11 (CCl3F) yang digunakan sebagai bahan aerosol, dan Freon-12 (CCl2F2), umumnya digunakan sebagai bahan refrigerant. Saat ini, freon dianggap sebagai salah satu penyebab lapisan Ozon Bumi menajdi lubang dan menyebabkan sinar UV masuk. Walaupun, hal tersebut belum terbukti sepenuhnya, produksi fluorocarbon mulai dikurangi.

[2]. Thermostat pada AC beroperasi dengan menggunakanlempeng bimetal yang peka terhadap perubahan suhu ruangan. Lempeng ini terbuat dari 2 metal yang memiliki koefisien pemuaian yang berbeda. Ketika temperatur naik, metal terluar memuai lebih dahulu, sehingga lempeng membengkok dan akhirnya menyentuh sirkuit listrik yang menyebabkan motor AC aktif/jalan.

Prinsip Kerja Termos

Termos Vacuum Flash adalah alat bantu komponen yang mempunyai fungsi untuk menyimpan air, di sini menyimpan air tidak hanya menyimpan air biasa tetapi juga menjaga suhu air agar tetap. Contohnya bila diisi air panas maka suhu air dalam termos akan tetap tinggi karena panas tidak bisa merambat pada dinding termos.

Penemuan vacuum flask (tabung hampa udara) oleh Sir James Dewar di Oxford University menjadi cikal bakal penemuan termos tempat menyimpan air panas dan dingin untuk minuman. Penemuan yang di ciptakan secara tidak sengaja ini menjadi produk hotter atau cooler bagi produk minuman di dunia. James Dewar lahir pada tanggal 20 September 1842 di Kincardineon-Fourth, Scotlandia. Ia dibesarkan dari keluarga berprofesi sebagai pedagang anggur. Semenjak kecil dan dewasa ia tinggal di kota kelahirannya. Setelah lulus dari bangku sekolah, ia melanjutkan pendidikan ke Universitas Edonburgh dan m,enjadi murid ilmuan kimia Lyon Playfair.

Menurut Teori Pertukaran dari Henry Prevost Babbage (1824 – 1918) bahwa benda yang lebih dingin selalu menyerap gelombang panas dari benda yang lain sampai keduanya mempunyai temperatur yang sama. Didasarkan pada teori ini maka teh yang panas ataupun dingin dalam termos akan kehilangan panas atau menyerap panas dari tempatnya. Namun, termos sudah didesain agar bisa menghambat ketiga cara panas berpindah: konduksi, konveksi, dan radiasi.

Lalu Bagaimana Prinsip Kerja Termos?

Prinsip kerja termos itu sederhana. Termos menggunakan bahan yang bersifat adiabatik. Bahan adiabatik secara ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem dengan lingkungan.

Kalau tidak ada interaksi antara sistem dan lingkungan, maka tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur.

Dengan menggunakan bahan adiabatik ini termos mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya. Air panas yang udah masuk termos tidak cepat dingin.

Mesin Carnot

Diagram asli mesin Carnot, 1824

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.

Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A dan B, yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas".[1] Carnot lalu menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.

Diagram modern

Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya dimodelkan dalam pembahasan modern


Diagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhu tinggi TH melalui "fluida kerja", menuju reservoir dingin TC, dan menyebabkan fluida kerja memberikan usaha mekanis kepada lingkungan, melalui siklus penyusutan (kontraksi) dan pemuaian (ekspansi).

Dalam diagram tersebut, sistem ("fluida kerja"), dapat berupa benda fluida atau uap apapun yang dapat menerima dan memancarkan kalor Q, untuk menghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat berupa zat apapun yang dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap alkohol, uap raksa, gas permanen, udara, dll. Sekalipun begitu, pada tahun-tahun awal, mesin-mesin kalor biasanya memiliki beberapa konfigurasi khusus, yaitu QH disuplai oleh pendidih, di mana air didihkan pada sebuah tungku, QC biasanya adalah aliran air dingin dalam bentuk embun yang terletak di berbagai bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya adalah gerakan piston yang digunakan untuk memutar sebuah engkol, yang selanjutnya digunakan untuk memutar sebuah katrol. Penggunaannya biasanya untuk mengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot sendiri mendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat melalui sebuah ketinggian".

Teorema Carnot

Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur and tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.
 

Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair ( lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata.

Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,


Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula.

Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.

Hubungan Termodinamika Dengan Mekanika Statistik

Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.
Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2".
Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1):
S = k log w
dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.
Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):
W1 = c V
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3):
w = w1N = (cV)N.
Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.
Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan. Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.

Tokoh Ilmuwan Penemu Termodinamika

1. Benjamin Thompson
Benjamin Thompson atau 'Count Rumford' (1753 – 1814) adalah penemu, ilmuwan, negarawan, dan tentara terkenal kelahiran Amerika. Benjamin Thompson dilahirkan di Woburn Utara, Massachusetts pada tanggal 26 Maret 1753 beragama Anglican. Ayahnya adalah seorang petani dan meninggal ketika Benjamin Thompson berumur 2 tahun. Ibunya, Ruth Simonds menikah lagi dengan Josiah Pierce pada bulan Maret 1976. Di masa kecilnya, Benjamin Thompson memiliki keterbatasan untuk sekolah sehingga dia lebih banyak belajar sendiri dan kemudian mendapat banyak pengetahuan dari teman dan kenalannya. Pada usia 13 tahun, Benjamin Thompson mulai melakukan beberapa pekerjaan seperti menjadi juru tulis seorang importer, pedagang bahan kering dan kemudian magang di Doctor John Hay of Woburn, dimana Thompson mendapatkan banyak pengetahuan tentang ilmu medis. Bakat Thompson dalam bekerja dengan alat mekanis dan kemampuan bahasanya yang sangat baik membuat John Fowle, salah satu guru lulusan Harvard, membantunya untuk belajar dengan Professor John Winthrop di Harvard.
Pada tahun 1772, Thompson meninggalkan kota kelahirannya dan mengajar di salah satu sekolah di Bradford, Massachusetts sambil mempelajari ilmu pengetahuan pada Samuel Williams. Tidak beberapa lama kemudian, Thompson berpindah mengajar di Concord, New Hampshire atas undangan dari Timothy Walker. Di sana Benjamin Thompson hidup menumpang dan kemudian menikahi anak dari tuan rumahnya, Sarah Walker Rolfe yang merupakan janda kaya di daerah Concord. Istrinyalah yang memperkenalkan Thompson pada Gubernur Wentworth dari New Hampshire dan mengangkatnya menjadi mayor di New Hampshire Militia.
Pada saat revolusi Amerika meledak, Thompson diajak bergabung dengan Amerika untuk melawan Inggis karena dia memiliki hubungan penting dengan pemerintah Inggris namun dia menolak. Benjamin Thompson meninggalkan keluarganya di Amerika pada tahun 1974 dan bergabung dengan pemerintah Britania Raya (Inggris) sebagai penasihat Jenderal Thomas Gage. Pada tahun 1776, Thompson bekerja sebagai juru tulis di Sekretariat Negara kemudian jabatannya terus naik menjadi Sekretaris Provinsi Georgia, dan pada tahun 1779 Benjamin Thompson menjadi salah satu anggota Royal Society.
Selain politik, dunia militer juga digeluti oleh Benjamin Thompson. Benjamin Thompson pernah menjabat sebagai letnan kolonel pasukan Britania Raya dan mendapatkan gelar kesatrian dari Raja George III. Pada tahun 1785, Benjamin Thompson bergabung bersama pasukan Austria untuk melawan Turki dan di sana dia berkenalan dengan Pangeran Maximillian dari Bavaria yang mengundangnya untuk tinggal Bavaria. Thompson tinggal di Bavaria selama beberapa tahun untuk memimpin pasukan Bavaria yang kurang mendapatkan perhatian dan penghidupan yang layak, kemudian membuat perubahan besar di daerah tersebut. Para tentara diberi bayaran lebih tinggi, dibuatkan sarana rekreasi, dan diberikan pendidikan gratis baik untuk tentara maupun anak-anak mereka. Benjamin Thompson juga memberikan penghasilan kepada pengemis jalanan dengan mempekerjakan mereka untuk menjahit pakaian tentara Bavaria yang kurang layak pakai. Pada tahun 1971, Benjamin Thompson dianugerahi gelar Count of the Holy Roman Empire.
Di samping mengurusi masalah politik dan militer, Thompson juga aktif meneliti berbagai hal, terutama bidang Fisika. Sekitar tahun 1975, Benjamin Thompson meneliti tentang gaya pada bubuk mesiu dan membangun sistem sinyal kelautan yang baru bagi tentara Inggris. Kontribusinya yang terbesar pada dunia Fisika adalah pemikirannya tentang teori kalor. Pada akhir abad ke-18, teori kalori yang dipercaya adalah bahwa kalor merupakan fluida yang dapat mengalir ke dalam tubuh ketika dipanaskan dan mengalir keluar ketika didinginkan.
Saat meneliti tentang bubuk mesiu, Benjamin Thompson menemukan adanya penyimpangan atau anomali yang tidak dapat dijelaskan dengan teori kalori. Di dalam laporannya kepada Royal Society yang berjudul "An Experimental Enquiry concerning the Source of Heat excited by Friction" (1798), Benjamin Thompson mengajukan suatu teori baru yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor tersebut merupakan suatu bentuk gerak. Teori tersebut berhasil memberikan penjelasan mengapa panas yang dihasilkan dari gesekan peluru meriam (bubuk mesiu) tidak akan pernah habis. Peristiwa itu tak dapat dijelaskan dengan teori kalori terdahulu.
Di dalam laporan tersebut terdapat perhitungan jumlah kuantitas kalor yang diproduksi oleh energi mekanis. Teori yang dikemukakan Thompson bertentangan dengan teori kalori yang terdahulu dan banyak orang pada saat itu yang tidak yakin dengan Thompson hingga James Maxwell mengemukakan teori kinetik kalor pada tahun 1871. Penemuan-penemuan Thompson lainnya adalah kompor, oven, ketel ganda, dan pakaian penahan panas, serta mengembangkan cerobong asap dan tungku perapian yang ada.
Pada tahun 1804, Thompson menetap di Paris dan menikah dengan Madame Lavoisier, janda seorang ahli kimia Perancis, Antoine Lavoisier. Pernikahan tersebut hanya bertahan beberapa tahun dan pada 1807 Benjamin Thompson pensiun dan menetap di desa Auteuil dekat Paris. Thompson menjadi anggota Institusi Nasional Perancis sebagai dan secara rutin berkontribusi dalam berbagai pertemuan dan debat ilmu pengetahuan.
Penghargaan yang pernah diraihnya adalah Copley Medal. Setelah perceraiannya, Thompson dirawat oleh anak perempuannya hingga pada tanggal 21 Agustus 1814, Benjamin Thompson meninggal di Auteuil, Paris pada usia 61 tahun. Dibangun Monumen Benjamin Thompson di English Garden.

2. Jacobus Henricus van 't Hoff
Jacobus Henricus van 't Hoff adalah kimiawan fisika dan organik Belanda dan pemenang Penghargaan Nobel dalam Kimia pada 1901 Penelitiannya pada kinetika kimia, kesetimbangan kimia, tekanan osmotik dan kristalografi diakui sebagai hasil karya utamanya. Jacobus juga mendirikan bidang ilmu kimia fisika, ia juga dianggap sebagai salah satu kimiawan terbesar sepanjang masa bersama kimiawan Perancis Antoine Lavoisier, Louis Pasteur dan ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler. Ia lahir di Rotterdam, Belanda 30 Agustus 1852, anak ke-3 dari 7 bersaudara Jacobus Henricus van 't Hoff, seorang dokter dan Alida Jacoba Kolff. Pada 1869 memasuki Universitas Teknologi Delft dan menerima gelar diploma dalam teknologi pada 1871.
Setelah menghabiskan masa setahun di Leiden, terutama untuk matematika, ia pindah ke Bonn untuk bekerja dengan Kekule von Stradonitz 1872 - 1873; lalu dilanjutkan di Paris dengan C.A. Wurtz, saat ia menempuh sebagian besar kurikulum antara 1873-1874. Ia kembali ke Belanda pada 1874 mendapat gelar doktor bersama E. Mulder di Utrecht. Pada 1876 ia menjadi dosen di Fakultas Kedokteran Hewan di Utrecht dan meninggalkan kedudukan ini untuk jabatan yang sama di Universitas Amsterdam tahun berikutnya. Pada 1878 menjadi Guru Besar Kimia, Mineralogi, dan Geologi. Setelah menjabat selama 18 tahun ia menerima undangan ke Berlin sebagai Profesor Kehormatan dan keanggotaan di Akademi Ilmu Pengertahuan Kerajaan Prusia.
Alasan perubahan ini ialah karena ia terlalu dibebani dengan kewajiban memberi kuliah dasar dan menguji banyak mahasiswa, termasuk juga propaedeutika medis malah, membuat waktu untuk risetnya jadi berkurang. Ia adalah penasihat yang rajin untuk pembentukan pembagian khusus pekerja ilmiah. Ia tetap dalam kedudukan ini hingga akhir hayatnya. Pada 1878 ia menikahi Johanna Francina Mees. Mereka memiliki 2 putri, Johanna Francina (l. 1880) dan Aleida Jacoba (l. 1882) dan 2 putra, Jacobus Hendricus (l. 1883) dan Govert Jacob (l. 1889).
Van 't Hoff terkenal karena terbitannya membuka zaman baru. Tesis kedoktorannya (1874) berjudul Bijdrage tot de Kennis van Cyaanazijnzuren en Malonzuur (Sumbangan pada Pengetahuan Asam Sianoasetat dan Malonat). Beberapa bulan sebelumnya ia telah menerbitkan Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte (Usulan untuk Pengembangan Rumus Struktur Kimia Tiga Dimensi). Selebaran kecil ini, terdiri atas 12 halaman teks dan 1 halaman diagram mendorong perkembangan stereokimia. Konsep "atom karbon asimetris", yang berhubungan dengan naskah ini mendukung penjelasan pembentukan sejumlah isomer yang tak bisa dijelaskan rumus struktur saat itu. Ia menekankan perhatian pada hubungan aktivitas optik dan kehadiran atom karbon asimetris.
Gagasan revolusionernya ini baru diakui setelah karyanya pada 1875 Chimie dans l'Espace-nya (Kimia dalam Ruang) terbit setelah terjemahan Jermannya muncul, dengan pasal pendahuluan dari J. Wislicenus. Melalui Dix Années dans l'Histoire d'une Théorie (Sepuluh Tahun perjalanan Sejarah Sebuah Teori) ia dihargai walau di saat yang sama Joseph Le Bel telah mengemukakan gagasan ini, meski dalam bentuk yang lebih abstrak. Pada 1884, sejak terbitnya Études de Dynamique chimique (Kajian mengenai Dinamika Kimia), ia memasuki bidang kimia fisika untuk pertama kali.
Sumbangan besarnya ialah mengenai pengembangan hukum termodinamika umum pada hubungan antara perubahan tekanan dan pemindahan kesetimbangan sebagai akibat variasi suhu. Pada volume tetap kesetimbangan dalam sebuah sistem akan cenderung berubah dalam arah untuk melawan perubahan suhu yang ditentukan pada sistem ini. Penurunan suhu menyebabkan lepasnya panas dan menaikkan suhu menyebabkan penyerapan panas. Asas kesetimbangan bergerak ini digeneralisasi 1885 oleh Henri Louis le Chatelier yang memperluas dengan perubahan volume untuk perubahan tekanan yang dipaksakan; ini dikenal sebagai asas van 't Hoff-Le Chatelier.
Di tahun 1885 L'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué (Kesetimbangan Kimia dalam Sistem Gas atau Larutan yang Ditambah Air). Di sinilah ia menunjukkan bahwa "tekanan osmotik" dalam larutan yang dicairkan secukupnya sebanding terhadap konsentrasi dan temperatur penuh agar tekanan ini bisa diwakili dengan rumus yang hanya menyimpang dari rumus tersebut untuk tekanan gas yang dilambangkan dengan i. Ia menentukan nilai i dengan sejumlah cara, sebagai contoh dengan menggunakan tekanan uap dan hukum Raoult pada penurunan titik beku. Demikian van 't Hoff bisa membuktikan bahwa hukum termodinamika tak hanya sah buat gas, namun juga buat larutan cair. Hukum tekanannya, yang diberikan keabsahan umum oleh teori disosiasi elektrolisis Arrhenius (1884-1887). Orang asing pertama yang datang untuk bekerja dengannya di Amsterdam (1888) – dianggap sebagai yang terlengkap dan terpenting dalam bidang Ilmu Pengetahuan Alam.
Pada saat di Berlin 1896 - 1905 ia sibuk pada masalah asal endapan samudera, dengan rujukan khusus yang dibentuk di Stassfurt. Pada kerja yang lebih luas ia dibantu khususnya oleh W. Meyerhoffer, yang sebelumnya telah bekerja dengannya di Amsterdam. Kemungkinan ialah orang pertama yang menerapkan hasil skala kecil di laboratorium, pada fenomena yang terjadi pada skala besar di alam. Hasil penyelidikan ini kebanyakan diterbitkan di Laporan Akademi Ilmiah Kerajaan Prusia, diringkaskan dalam karya 2 jilid Zur Bildung ozeanischer Salzablagerungen, 1905-1909. van 't Hoff amat menghargai kekuatan imajinasi dalam kerja ilmiah, sebagaimana nyata dalam pidato pelantikannya pada pengambilan jabatan profesornya di Amsterdam: Verbeeldingskracht in de Wetenschap (Kekuatan Imajinasi dalam Sains), ia tiba pada kesimpulan bahwa para ilmuwan yang menonjol telah memiliki kualitas tingkat tinggi ini. Wilhelm Ostwald, membuat Zeitschrift für physikalische Chemie dengannya di Leipzig, bisa dianggap sebagai pendiri kimia fisika.
Hadiah Nobel Kimia (1901) titik kulminasi karirnya. Pada 1885 diangkat sebagai anggota Akademi Ilmiah Kerajaan Belanda, setelah nominasinya tak dimasukkan pada 1880. Di antara medalinya yang lain ialah gelar doktor kehormatan dari Harvard dan Yale (1901), Universitas Victoria Manchester (1903), Heidelberg (1908); Medali Davy dari Royal Society (1893), Medali Helmholtz dari Akademi Ilmiah Kerajaan Prusia (1911); ia juga diangkat sebagai Chevalier de la Legion d'Honneur (1894), Senator der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (1911). Ia juga anggota kehormatan Chemical Society, London (1898), Akademi Ilmiah Kerajaan, Gottingen (1892), American Chemical Society (1898), Académie des Sciences, Paris (1905).
Van 't Hoff pecinta alam, sebagai mahasiswa di Leiden ia sering ikut dalam perjalanan botanis dan kemudian di Bonn ia benar-benar menikmati pegunungan di sekitarnya, berjalan panjang sendiri atau bersama-sama. Deskripsi perjalanannya ke AS, berasal dari undangan ceramah ke Universitas Chicago, menunjukkan cintanya pada perjalanan. Penerimaannya pada filsafat dan kegemarannya pada puisi juga nyata pada awal-awal ia bersekolah di Lord Byron ialah pujaannya. van 't Hoff meninggal di Steglitz dekat Berlin pada 1 Maret 1911.

3. Rudolf Julius Emanuel Clausius
Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888) adalah ahli fisika matematik Jerman, penemu Hukum Termodinamika II, penemu entropi, penemu teori elektorolisis, doktor, guru besar, dan pengarang. Ia lahir di Koslin, Prusia, sekarang di Koszalin, Polandia, pada tanggal 2 Januari 1922 dan meninggal di Bonn tanggal 24 Agustus 1888, sekarang di Jerman pada umur 66 tahun. Ia kuliah di Unervisitas Berlin dan mendapat doktor dari Halle pada tahun 1848 ketika berumur 26 tahun. Dua tahun kemudian (1850) ia diangkat menjadi guru besar fisika di sekolah mesin dan artileri di Berlin, pada tahun 1867 ia jadi guru bedar fisika di Unirvesitas Wurzburg sampai tahun 1869. Kemudian ia mengajar di Universitas Bonn.
Clausius adalah ahli fisika teori atau fisika murni. Ia tidak mengadakan experimen. Ia menerapkan matematika untuk membuat teori yang dapat menjelaskan. Hasil pengamatan dan exprimen orang lain. Pada tahun 1850 ia membuat karya tulis yang mengungkapkan penemuannya, ialah hukum termodinamika II dan entropi termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari energi dan semua bentuk perubahanya terutama menganai hubungan panas dan kerja. Hukum termodinamika II berbunyi “Panas tidak dapat dengan sendirinya berpindah dari badan yang lebih dingin ke badan yang lebih panas”. Di alam semesta terjadi decara terus – menerus perpindahan panas atau energi dari badan angkasa yang panas ke badan angkasa yang dingin. Maka berabad-abad kemudian semua panas atau energi akan terbagi merata keseluruh bagian alam semesta. Keadaan seimbang ini disebut entropi. Ini berati dunia kiamat, karena semua gerak dan kehidupan berhenti.
Clasius juga mengemukakan teori elektrolisis atau elektrolisa, ialah penguraian zat cair denga aliran listrik searah. Para ilmuan sebelumnya berpendapat bahwa dalam entrolisis, air terurai menjadi hidrogen dan oksigen karena gaya listrik. Tapi Clasius berpendapat bahwa atom-atom molekul selalu bertukar. Gaya listrik hanya megarahkan pertukaran itu.

Sejarah Perkembangan Termodinamika

Peristiwa-Peristiwa Penting Termodinamika

Pada dasarnya, termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang panas sebagai energi yang mengalir. Oleh karena itu, sejarah berkembangnya ilmu termodinamika berawal sejak manusia mulai “memikirkan” tentang panas. Orang yang pertama kali melakukannya adalah Aristoteles (350 SM). Dia mengatakan bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas.
Penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles diteruskan oleh Galileo Galilei (1593) yang menganggap bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur dengan penemuannya berupa termometer air. Beberapa abad setelahnya Sir Humphrey Davy dan Count Rumford (1799) menegaskan bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer, tapi membantah pernyataan Aristoteles. Seharusnya hukum ke-nol termodinamika dirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka belum terpikirkan oleh para ilmuwan. “dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”.
Pada tahun 1778, Thomas Alfa Edison memperkenalkan mesin uap pertama yang mengkonvesi panas menjadi kerja mekanik. Mesin tersebut disempurnakan oleh Sardi Carnot (1824). Saat itu, dia 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.
Pada tahun 1845, James P. Joule menyimpulkan bahwa panas dan kerja adalah dua bentuk energi yang satu sama lain dapat dikonversi. Kesimpulan ini didukung pula oleh Rudolf Clausius, Lord Kelvin (William Thomson), Helmhozt, dan Robert Mayer. Selanjutnya, para ilmuwan ini merumuskan hukum pertama termodinamika (1850). Setahun sebelumnya, Lord Kelvin telah memperkenalkan istilah termodinamika melalui makalahnya: An Account of Carnot’s Theory of the Motive Power of Heat. Buku pertama tentang termodinamika ditulis oleh William Rankine pada tahun 1859.
“perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi panas yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem”
∆U = Q + W
Setelah mempelajari mesin Carnot, Lord Kelvin, Planck, dan menyimpulkan bahwa pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja, selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin. Hal ini karena adalah sifat sistem yang selalu menuju ketidakteraturan, entropi (S) meningkat. Saat itu hukum kedua termodinamika diperkenalkan (1860). Menurut Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada temperatur tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah :
“total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya”
Selama tahun 1873-1976, fisikawan matematika Amerika Josiah Willard Gibbs menerbitkan tiga makalah, salah satunya adalah On the Equilibrium of Heterogeneous Substances. Makalah tersebut menunjukkan bahwa proses termodinamika dapat dijelaskan secara matematis, dengan mempelajari energi, entropi, volume, temperatur dan tekanan sistem, sedemikian rupa untuk menentukan apakah suatu proses akan terjadi secara spontan. Pada awal abad ke-20, ahli kimia seperti Gilbert N. Lewis, Merle Randall, dan EA Guggenheim mulai menerapkan metode matematis Gibbs tersebut untuk analisis proses kimia yang disebut termodinamika kimia.
Pada tahun 1885, Boltzman menyatakan bahwa energi dalam dan entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Pernyataan ini mengawali berkembangnya termodinamika statistik, yaitu pendekatan mikroskopis tentang sifat termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel yang menyusunnya. Dasar-dasar termodinamika statistik ditetapkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell, W. Nernst, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J. Willard Gibbs .Willard Gibbs. Pada tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga termodinamika.
“pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum”
Pada tahun 1911, Einstein menyatakan bahwa massa merupakan perwujudan dari energi (E=mc2). Hal ini kemudian dibenarkan oleh ilmuwan mekanika kuantum (1900-1940) bahwa radiasi sebagai bentuk energi bisa bersifat sebagai partikel. Pernyataan ini seakan-akan membenarkan penalaran Aristoteles sebelumnya bahwa materi = energi.
Pada tahun 1950, para ilmuwan, seperti Carl Anderson menemukan adanya partikel antimateri yang bisa memusnahkan materi.