Membuat Salju

Banyak fenomena dalam kehidupan sehari-hari dapat dijelaskan dengan hukum pertama termodinamika. Di sini kita akan membahas dua contoh menarik bagi pecinta alam.

Membuat Salju
Jika Anda adalah seorang pemain ski, Anda mungkin telah meluncur di atas salju buatan. Bagaimana hal ini dibuat dalam jumlah yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan pemain ski pada hari-hari tidak bersalju? Rahasia snowmaking dalam persamaan ΔE = q + w. Sebuah mesin snowmaking berisi campuran udara terkompresi dan uap air pada sekitar 20 atm. Karena perbedaan besar dalam tekanan antara tangki dan suasana luar, ketika campuran disemprotkan ke dalam atmosfer mengembang begitu cepat sehingga, sebagai pendekatan yang baik, tidak ada pertukaran panas terjadi antara sistem (udara dan air) dan lingkungan sekitarnya; yaitu, q = 0. (Dalam termodinamika, proses seperti ini disebut proses adiabatik.) Dengan demikian, kita menulis

ΔE = q + w = w

Karena sistem tidak bekerja pada lingkungan, w adalah kuantitas negatif, dan ada penurunan energi sistem.

Energi kinetik adalah bagian dari total energi dari sistem. Dalam Bagian 5.7 kita melihat bahwa energi kinetik rata-rata gas berbanding lurus dengan suhu mutlak [Persamaan (5.15)]. Ini mengikuti, karena itu, bahwa perubahan energi ΔE diberikan oleh

ΔE = C ΔT

di mana C adalah konstanta proporsionalitas. Karena ΔE negatif, ΔT juga harus negatif, dan inilah efek pendinginan (atau penurunan energi kinetik dari molekul air) yang bertanggung jawab untuk pembentukan salju. Meskipun kita hanya perlu air untuk membentuk salju, adanya udara, yang juga mendinginkan ekspansi, membantu menurunkan suhu uap air.

Gambar 13. Mesin snowmaking sedang beroperasi.