Usaha dan Bentuk-bentuk Mekanis Usaha

Dalam termodinamika, Usaha (work) adalah suatu bentuk energi yang disebabkan adanya gaya yang bekerja melalui suatu jarak tertentu. Artinya, dalam hal ini bisa dikatakan bahwa kalau ada sesuatu yang berpindah akibat aksi suatu gaya, maka ada usaha yang terjadi, bila tidak ada yang berpindah, maka sebesar apapun gaya yang diberikan tetap tidak ada usaha yang terjadi.

Dalam sistem termodinamika, usaha merupakan salah satu dari dua bentuk energi yang dapat melintasi batas sistem (system boundary), bentuk energi lainnya adalah kalor.

Usaha memiliki satuan kJ (kilo Joule). Usaha yang dilakukan selama terjadinya proses antara state 1 dan 2 di simbolkan dengan W12 atau dapat juga ditulis dengan hurup W saja.

Usaha yang dilakukan persatuan massa di simbolkan dengan w dan didefinisikan dengan :

Besarnya usaha yang dilakukan selama selang waktu tertentu dikenal dengan istilah daya (power) disimbolkan dengan   

Satuan untuk daya (power) adalah kJ/s (kilo Joule per detik) atau kW (kilo Watt)

Suatu sistem termodinamika pada umumnya ditujukan untuk memproduksi usaha, sehingga dalam sistem termodinamika produksi usaha ini merupakan hal yang positif dan diberi tanda positif (+). Konsumsi usaha merupakan hal yang negatif dan diberi tanda negatif (-).

Produksi usaha dapat digambarkan dengan usaha keluar sistem (out) sementera konsumsi usaha digambarkan dengan usaha yang masuk kedalam sistem (in)

Perpindahan usaha dan perpindahan kalor merupakan interaksi antara sistem dengan lingkungan yang dibatasi dengan batas sistem. Keduanya memilik beberapa kemiripan antara lain:

1. Keduanya dikenali pada batas sistem
2. Sistem menyimpan energi, tetapi panas dan usaha tidak menyimpan energi
3. Panas dan usaha diasosiasikan dengan suatu proses bukan state.  Artinya, usaha dan panas tidak ada maknanya bila diketahui nilainya pada satu state saja. Misalnya kalor pada state 1 nilai nya A, nilai ini tidak ada maknanya bila tidak diketahui dari proses seperti apa nilai ini berasal. Hal ini berbeda dengan properti, misalnya properti pada satu state memiliki makna apakah nilai P, atau T atau v pada state tersebut dapat saling menjelaskan satu sama lainya.
4. Keduanya merupakan fungsi alur (path function) dimana besarnya nilai  perubahan usaha atau panas dari suatu sistem tergantung pada alur mana yang dilalui dari  keadaan (state) 1 ke state 2 atau sebaliknya.

Path function merupakan diferensial inexact yang ditandai dengan simbol

Itulah sebabnya, maka nilai diferensial untuk panas dan usaha di simbolkan dengan

               dan  

Sebagai contoh, besarnya perubahan usaha dari state 1 ke state 2 ditulis dengan Dimana nilai total perubahan usaha tersebut diperoleh dengan mengikuti alur proses dan menambahkan besar diferensial usaha sepanjang alur tersebut. Sehingga integralnya bukan W2-W1.

Sementara properti adalah fungsi titik yang nilainya hanya tergantung pada (keadaan) state saja dan merupakan fungsi diferensial, fungsi diferensialnya ditandai dengan simbol d.

Sebagai contoh, nilai diferensial perubahan volume ditandai dengan dV. Untuk menghitung total nilai perubahan volume dari state 1 ke state 2 tidak perlu mengikuti alur proses, yang penting bila diketahui nilai volume di state 1 dan di state 2, maka total nilai perubahan volumenya adalah V2 – V1.

Bentuk Mekanis Usaha

Rumusan dasar untuk usaha diberikan dengan rumus:

W=F.s         (kJ)

Jika gaya yang bekerja sepanjang perpindahan s tersebut tidak konstan, maka besarnya usaha diperoleh dengan mengintegrasikan hasil perkalian gaya dengan diferensial jarak yakni

Ada dua syarat bagi terjadinya usaha antara sistem dengan lingkungannya yakni:

1. Adanya gaya yang bekerja pada batas sistem

2. Terjadi perpindahan pada batas sistem.

Bentuk-Bentuk mekanis dari usaha adalah sebagai berikut:

1. Usaha batas sistem yang bergerak (Moving Boundary Work)

2. Usaha Pegas (Spring Work)

3. Usaha poros (Shaft work)

Bentuk bentuk non mekanis dari usaha adalah sebagai berikut:

1. Usaha listrik (Electrical work)

2. Usaha magnetis (Magnetic work)