Kekekalan energi: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k Bot: Perubahan kosmetika |
Add 1 book for Wikipedia:Pemastian (20240209)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot |
||
| (47 revisi perantara oleh 10 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
Dalam
Secara klasik, kekekalan energi berbeda dengan [[kekekalan massa]]; Namun, [[relativitas khusus]] menunjukkan bahwa massa berhubungan dengan energi dan sebaliknya dengan ''E = mc<sup>2</sup>'', dan sains sekarang berpandangan bahwa massa-energi secara keseluruhan kekal. Secara teoritis, ini menyiratkan bahwa setiap objek bermassa dapat dengan sendirinya diubah menjadi energi murni, dan sebaliknya, meskipun diyakini hanya mungkin dalam kondisi fisik yang paling ekstrim, seperti yang mungkin ada di alam semesta [[Zaman penyatuan besar|tidak lama setelah Big Bang]]. atau saat [[lubang hitam]] memancarkan [[radiasi Hawking]].
Konsekuensi dari hukum kekekalan energi adalah bahwa [[Gerakan abadi#Klasifikasi|mesin gerak abadi jenis pertama]] tidak dapat ada, dengan kata lain, tidak ada sistem tanpa suplai energi eksternal yang dapat mengirimkan energi dalam jumlah tak terbatas ke sekelilingnya. Untuk sistem yang tidak memiliki [[simetri translasi waktu]], mungkin tidak mungkin untuk mendefinisikan ''kekekalan energi''. Contohnya termasuk [[ruang gerak melengkung]] dalam [[relativitas umum]]<ref name="Grossman 2012">{{cite web|last1=Grossman|first1=Lisa|date=18 January 2012|title=Death-defying time crystal could outlast the universe|url=https://www.newscientist.com/article/mg21328484-000-death-defying-time-crystal-could-outlast-the-universe/|website=newscientist.com|publisher=New Scientist|archiveurl=https://archive.today/20170202104619/https://www.newscientist.com/article/mg21328484-000-death-defying-time-crystal-could-outlast-the-universe/|archivedate=2017-02-02|url-status=dead}}</ref> atau [[kristal waktu]] dalam [[fisika benda terkondensasi]].<ref>{{Cite web|date=2017-02-02|title=Death-defying time crystal could outlast the universe {{!}} New Scientist|url=https://www.newscientist.com/article/mg21328484-000-death-defying-time-crystal-could-outlast-the-universe/|website=archive.is|access-date=2020-09-07|archive-date=2017-02-02|archive-url=https://archive.today/20170202104619/https://www.newscientist.com/article/mg21328484-000-death-defying-time-crystal-could-outlast-the-universe/|dead-url=unfit}}</ref><ref name="Powell 2013">{{cite journal|last1=Powell|first1=Devin|year=2013|title=Can matter cycle through shapes eternally?|url=http://www.nature.com/news/can-matter-cycle-through-shapes-eternally-1.13657|journal=Nature|doi=10.1038/nature.2013.13657|issn=1476-4687|archiveurl=https://archive.today/20170203080014/http://www.nature.com/news/can-matter-cycle-through-shapes-eternally-1.13657|archivedate=2017-02-03|ref=harv|s2cid=181223762|url-status=dead}}</ref><ref name="Gibney 2017">{{cite journal|last1=Gibney|first1=Elizabeth|year=2017|title=The quest to crystallize time|url=http://www.nature.com/news/the-quest-to-crystallize-time-1.21595|journal=Nature|volume=543|issue=7644|pages=164–166|bibcode=2017Natur.543..164G|doi=10.1038/543164a|issn=0028-0836|pmid=28277535|archiveurl=https://archive.today/20170313115721/http://www.nature.com/news/the-quest-to-crystallize-time-1.21595|archivedate=2017-03-13|ref=harv|url-status=dead|s2cid=4460265}}</ref>
== Hukum pertama termodinamika ==
Untuk [[sistem termodinamika tertutup]], hukum pertama termodinamika dapat dinyatakan sebagai:
: <math>\delta Q = \mathrm{d}U + \delta W</math>, atau setara, <math>\mathrm{d}U = \delta Q - \delta W,</math>
Dimana <math>\delta Q</math> adalah jumlah [[energi]] yang ditambahkan ke sistem melalui proses [[pemanasan]], <math>\delta W</math> adalah kuantitas energi yang hilang oleh sistem karena [[Kerja (termodinamika)|pekerjaan]] yang dilakukan oleh sistem di sekitarnya dan <math>\mathrm{d}U</math> adalah perubahan [[energi internal]] dari sistem.
δ's sebelum istilah panas dan kerja digunakan untuk menunjukkan bahwa keduanya menggambarkan peningkatan energi yang diinterpretasikan agak berbeda dari <math>\mathrm{d}U</math> peningkatan energi internal (lihat [[Diferensial tidak tepat]]). Kerja dan panas mengacu pada jenis proses yang menambah atau mengurangi energi ke atau dari suatu sistem, sedangkan energi internal <math>U</math> adalah properti dari keadaan tertentu dari sistem ketika berada dalam kesetimbangan termodinamika yang tidak berubah. Demikian istilah "energi panas" untuk <math>\delta Q</math> berarti "jumlah energi yang ditambahkan sebagai hasil pemanasan" daripada mengacu pada bentuk energi tertentu.
Begitu juga dengan istilah "tenaga kerja" untuk <math>\delta W</math> berarti "jumlah energi yang hilang akibat kerja". Dengan demikian seseorang dapat menyatakan jumlah energi internal yang dimiliki oleh sistem termodinamika yang diketahuinya saat ini dalam keadaan tertentu, tetapi ia tidak dapat mengatakan, hanya dari pengetahuan tentang keadaan sekarang yang diberikan, berapa banyak energi di masa lalu yang mengalir masuk atau keluar dari. sistem sebagai akibat dari dipanaskan atau didinginkan, atau sebagai hasil dari pekerjaan yang dilakukan pada atau oleh sistem.
[[Entropi (termodinamika klasik)|Entropi]] adalah fungsi keadaan suatu sistem yang menceritakan tentang batasan kemungkinan konversi panas menjadi kerja.
Untuk sistem kompresibel sederhana, pekerjaan yang dilakukan oleh sistem dapat ditulis:
: <math>\delta W = P\,\mathrm{d}V,</math>
Dimana <math>P</math> adalah [[tekanan]] dan <math>dV</math> adalah perubahan kecil dalam [[volume]] sistem, yang masing-masing merupakan variabel sistem. Dalam kasus fiktif di mana proses diidealkan dan sangat lambat, sehingga disebut ''kuasi-statis'', dan dianggap sebagai reversibel, panas dipindahkan dari sumber dengan suhu yang sangat jauh di atas suhu sistem, maka energi panas dapat ditulis.
: <math>\delta Q = T\,\mathrm{d}S,</math>
Dimana <math>T</math> adalah suhu dan <math>\mathrm{d}S</math>adalah perubahan kecil dalam entropi sistem. Suhu dan entropi adalah variabel keadaan suatu sistem.
Jika sebuah sistem terbuka (di mana massa dapat dipertukarkan dengan lingkungan) memiliki beberapa dinding sedemikian rupa sehingga perpindahan massa melalui dinding kaku terpisah dari perpindahan panas dan kerja, maka hukum pertama dapat ditulis:<ref>[[Max Born|Born, M.]] (1949). ''Natural Philosophy of Cause and Chance'', Oxford University Press, London, [https://archive.org/stream/naturalphilosoph032159mbp#page/n157/mode/2up pp. 146–147].</ref>
: <math>\mathrm{d}U = \delta Q - \delta W + u'\,dM,\,</math>
Dimana <math>dM</math> adalah massa tambahan dan <math>u'</math>adalah energi internal per satuan massa dari massa yang ditambahkan, diukur di sekelilingnya sebelum proses.
== Teorema Noether ==
{{main|Teorema Noether}}
[[Berkas:Noether.jpg|al=|jmpl|305x305px|[[Emmy Noether]] (1882-1935) adalah seorang [[matematikawan]] berpengaruh yang dikenal karena kontribusinya yang inovatif pada [[aljabar abstrak]] dan [[fisika teoretis]].]]
Kekekalan energi adalah ciri umum dalam banyak teori fisika. Dari sudut pandang matematika, ini dipahami sebagai konsekuensi dari [[teorema Noether]], yang dikembangkan oleh [[Emmy Noether]] pada tahun 1915 dan pertama kali diterbitkan pada tahun 1918. Teorema menyatakan setiap kesimetrian kontinu dari teori fisika memiliki kuantitas kekal terkait; jika simetri teori adalah invarian waktu maka besaran kekekalan disebut "energi". Hukum kekekalan energi adalah konsekuensi dari pergeseran [[Simetri (fisika)|simetri]] waktu; Kekekalan energi tersirat oleh fakta empiris bahwa [[hukum fisika]] tidak berubah dengan waktu itu sendiri. Secara filosofis ini dapat dinyatakan sebagai "tidak ada yang bergantung pada waktu itu sendiri". Dengan kata lain, jika sistem fisik adalah invarian di bawah [[Simetri terus menerus|kesimetrian berkelanjutan]] [[penerjemahan waktu]] maka energinya (yang merupakan [[kuantitas konjugasi]] kanonik ke waktu) dilestarikan.
== Relativitas ==
Dengan penemuan [[relativitas khusus]] oleh [[Henri Poincaré]] dan [[Albert Einstein]], energi diusulkan menjadi salah satu komponen [[Empat momentum|vektor energi-momentum 4]]. Masing-masing dari empat komponen (satu energi dan tiga momentum) vektor ini dikonservasi secara terpisah sepanjang waktu, dalam sistem tertutup mana pun, seperti yang terlihat dari [[kerangka acuan inersia]] mana pun.
Energi relativistik sebuah partikel [[Massa|masif]] mengandung istilah yang berkaitan dengan [[Massa dalam relativitas khusus|massa diam]] di samping energi kinetik geraknya. Dalam batas nol energi kinetik (atau ekuivalen dalam [[kerangka diam]]) sebuah partikel masif, atau di [[Bingkai pusat momentum|tengah bingkai momentum]] untuk benda atau sistem yang mempertahankan energi kinetik, [[energi total]] partikel atau benda (termasuk energi kinetik internal dalam sistem) terkait dengan [[massa diam]] atau [[massa invarian]]<nowiki/>nya melalui persamaan terkenal <math>E=mc^2</math>.
Jadi, aturan [[Massa dalam relativitas khusus|''kekekalan energi dari waktu ke waktu'' dalam relativitas khusus]] tetap berlaku, selama [[kerangka acuan]] pengamat tidak berubah. Ini berlaku untuk energi total sistem, meskipun pengamat yang berbeda tidak setuju dengan nilai energi. Juga kekekalan, dan invarian bagi semua pengamat, adalah [[massa invarian]], yang merupakan massa dan energi sistem minimal yang dapat dilihat oleh pengamat mana pun, dan yang ditentukan oleh [[relasi energi-momentum]].
== Teori kuantum ==
Dalam [[mekanika kuantum]], energi sistem kuantum dijelaskan oleh operator [[Perhitungan self-adjoint|self-adjoint]] (atau Hermitian) yang disebut [[Hamiltonian (mekanika kuantum)|Hamiltonian]], yang bekerja pada [[ruang Hilbert]] (atau ruang [[fungsi gelombang]]) sistem. Jika Hamiltonian adalah operator waktu-independen, probabilitas kemunculan hasil pengukuran tidak berubah seiring waktu selama evolusi sistem. Jadi nilai ekspektasi energi juga tidak bergantung pada waktu. Kekekalan energi lokal dalam teori medan kuantum dipastikan oleh [[teorema Noether]] kuantum untuk operator tensor momentum-energi. Karena kurangnya operator waktu (universal) dalam teori kuantum, hubungan ketidakpastian untuk waktu dan energi tidak fundamental dalam kontras dengan prinsip ketidakpastian posisi-momentum, dan hanya berlaku dalam kasus tertentu (lihat [[prinsip Ketidakpastian]]). Energi pada setiap waktu tetap pada prinsipnya dapat diukur secara tepat tanpa trade-off dalam presisi yang dipaksakan oleh hubungan ketidakpastian waktu-energi. Jadi kekekalan energi dalam waktu adalah konsep yang didefinisikan dengan baik bahkan dalam mekanika kuantum.
== Lihat pula ==
* [[Kualitas energi]]
* [[Transformasi energi]]
* [[Keabadian dunia]]
* [[Hukum termodinamika]]
* [[Prinsip energik]]
* [[Mekanika Lagrangian|Lagrangian]]
* [[Alam semesta tanpa-energi]]
== Referensi ==
{{reflist|30em}}
== Daftar pustaka ==
=== Sumber modern ===
* Goldstein, Martin, and Inge F., (1993). ''The Refrigerator and the Universe''. Harvard Univ. Press. A gentle introduction.
* {{cite book |author1=Kroemer, Herbert |author2=Kittel, Charles | title=Thermal Physics (2nd ed.) |url=https://archive.org/details/thermalphysics0000kitt | publisher=W. H. Freeman Company | year=1980 | isbn=978-0-7167-1088-2 }}
* {{cite book | author=Nolan, Peter J. | title=Fundamentals of College Physics, 2nd ed. | publisher=William C. Brown Publishers | year=1996 | id=}}
* {{cite book | author=Oxtoby & Nachtrieb | title=Principles of Modern Chemistry,'' 3rd ed. | publisher=Saunders College Publishing | year=1996 | id=}}
* {{cite book | author=Papineau, D. | title=Thinking about Consciousness | url=https://archive.org/details/thinkingaboutcon0000papi | location=Oxford | publisher=Oxford University Press | year=2002 | id=}}
* {{cite book |author1=Serway, Raymond A. |author2=Jewett, John W. | title=Physics for Scientists and Engineers (6th ed.) | publisher=Brooks/Cole | year=2004 | isbn=978-0-534-40842-8 }}
* Stenger, Victor J. (2000). ''Timeless Reality''. Prometheus Books. Especially chpt. 12. Nontechnical.
* {{cite book | author=Tipler, Paul | title=Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics (5th ed.) | url=https://archive.org/details/physicsforscient0002tipl | publisher=W. H. Freeman | year=2004 | isbn=978-0-7167-0809-4}}
* {{cite book | author=[[Lanczos]], Cornelius | title=The Variational Principles of Mechanics | location= Toronto | publisher=University of Toronto Press | year=1970 | isbn=978-0-8020-1743-7}}
===
* {{cite journal | author=Brown, T.M. | title=Resource letter EEC-1 on the evolution of energy concepts from Galileo to Helmholtz | journal=American Journal of Physics | year=1965 | volume=33 | pages=759–765 | doi = 10.1119/1.1970980|bibcode = 1965AmJPh..33..759B | issue=10 }}
* {{cite book | author=Cardwell, D.S.L. | title=From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age | location=London | publisher=Heinemann | year=1971 | isbn=978-0-435-54150-7 }}
Baris 28 ⟶ 83:
* {{cite book | author=Smith, C. | title=The Science of Energy: Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain | location=London | publisher=Heinemann | year=1998 | isbn=978-0-485-11431-7 }}
* {{cite book | author=[[Ernst Mach|Mach, E.]] | title=History and Root of the Principles of the Conservation of Energy | publisher=Open Court Pub. Co., Illinois | year=1872 | url=https://archive.org/details/historyandrootp00machgoog}}
* {{cite book | author=[[Henri Poincaré|Poincaré, H.]] | title=Science and Hypothesis | url=https://archive.org/details/scienceandhypoth00poinuoft| publisher=Walter Scott Publishing Co. Ltd; Dover reprint, 1952 | year=1905 | isbn=978-0-486-60221-9 }}, Chapter 8, "Energy and Thermo-dynamics"
== Pranala luar ==
* [http://www.physnet.org/modules/pdf_modules/m158.pdf <small>MISN-0-158</>§small> ''The First Law of Thermodynamics''</small>] ([[Portable Document Format|file PDF]]) oleh Jerzy Borysowicz untuk [http://www.physnet.org Proyek PHYSNET].
{{Authority control}}
[[Kategori:
[[Kategori:Energi]]
[[Kategori:Sejarah fisika]]
[[Kategori:Hukum termodinamika]]
[[Kategori:Hukum kekekalan]]
| |||