James Prescott Joule - Penemu Hukum Kekekalan Energi

James Prescott Joule - Penemu Hukum Kekekalan Energi 

Pada kesempatan ini saya akan menyajikan secara singkat Biografi dan Hasil Penemuan Tokoh Dunia yaitu James Prescott Joule - Penemu Hukum Kekekalan Energi. 

A. Biografi James Prescott Joule

Bagi mereka yang sangat menyukai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam, terutama Fisika, nama James Prescott Joule tentu sudah tidak asing lagi. James Prescott Joule merupakan seorang Tokoh IPA yang namanya kemudian diabadikan menjadi satuan energi. 

 

James Prescott Joule, ilmuwan yang namanya diabadikan menjadi satuan energi Joule ini lahir di Salford, Lancashire, Inggris pada tanggal 24 Desember 1818. Setelah berusia 17 tahun Joule baru bersekolah dan masuk ke Universitas Manchester dengan bimbingan John Dalton.

Joule dikenal sebagai siswa yang rajin belajar, suka bereksperimen, dan menulis buku. Bukunya tentang panas yang dihasilkan oleh listrik terbit pada tahun 1840. Pada tahun 1843 bukunya mengenai ekuivalen mekanik panas terbit. Lalu, empat tahun berikutnya (1847) Joule juga menerbitkan buku mengenai hubungan dan kekekalan energi.

Joule bekerja sama dengan Thomson dan menemukan efek Joule-Thomson. Efek tersebut merupakan prinsip yang kemudian dikembangkan dalam pembuatan lemari es. Efek tersebut menyatakan bahwa apabila gas dibiarkan berkembang tanpa melakukan kerja ke luar, maka suhu gas itu akan turun.

Selain itu, Joule juga menemukan hukum kekekalan energi bersama dengan dua orang ahli fisika dari Jerman, yaitu Hermann von Helmholtz dan Julius Von Mayer. Hukum kekekalan energi yang mereka temukan menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi hanya dapat berubah bentuk menjadi energi listrik, mekanik, atau kalor.

B. Penemuan James Prescott Joule

1. Hukum Joule

Tahun 1839, Joule memulai serangkaian eksperimen yang menyangkut kerja mekanik, listrik, serta panas. Tahun 1840, dia mengirim karya tulisnya yang berjudul "On the Production of Heat by Voltaic Electricity" kepada Royal Society di London. Dalam karya tulis ini, dia menunjukkan bahwa jumlah panas yang dikeluarkan setiap detik dalam kawat yang menghantar arus listrik, sama dengan arus (I) kuadrat dikalikan dengan hambatan (R) dari kawat tersebut. Panas yang ditimbulkan adalah daya listrik yang hilang (P) (sehingga P=I2R.) Hubungan ini dikenal sebagai Hukum Joule. Tapi Royal Society tidak begitu tertarik terhadap tulisan Joule dan hanya menerbitkan ringkasan temuan itu.

Tahun 1843, Joule menghitung jumlah kerja mekanik yang diperlukan untuk menghasilkan jumlah panas yang setara. Jumlah ini disebut "ekivalen mekanik dari panas". Sekali lagi dia mengirim karya tulis mengenai temuannya, kali ini kepada Asosiasi Inggris untuk kemajuan ilmu. Tapi lembaga ini pun memberikan tanggapan yang kurang bergairah. Beberapa jurnal terkemuka juga menolak tulisan Joule.

Banyak ilmuwan Inggris ragu-ragu menerima karyanya, tapi Joule tetap mempertahankan temuannya. Gagasan baru memang membutuhkan waktu untuk diterima, terutama jika dikemukakan oleh seorang amatir. Apalagi temuan Joule menyaingi teori kalori panas yang dianut oleh kebanyakan ahli fisika waktu itu. Menurut teori kalori, panas adalah fluida.

2. Disiplin Ilmu Baru - Termodinamika

Asas penyimpanan tenaga yang dimuat dalam karya Joule melahirkan disiplin ilmu baru yang dikenal sebagai termodinamika. Meskipun Joule bukan ilmuwan pertama yang mengajukan asas ini, tapi dialah orang pertama yang menunjukkan keabsahannya dengan data ilmiah yang cermat melalui berbagai eksperimen. Meskipun Thomson dan sejumlah ilmuwan lain kemudian memberi sumbangan penting kepada termodinamika, Joule tepat sekali diakui sebagai pendiri utama ilmu ini. Dia menunjukkan bahwa "tenaga dapat diubah menjadi panas dengan perbandingan yang tetap dari yang satu terhadap yang lain, dan bahwa panas dapat diubah menjadi tenaga.[3]

Asas Joule mengenai penyimpanan tenaga menjadi dasar Hukum Pertama Termodinamika. Hukum ini menyatakan bahwa tenaga tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tapi dapat diubah dari bentuk yang satu menjadi bentuk lain.

Isaac Asimov, ahli biokimia dan penulis terkemuka Amerika Serikat, menyebut hukum ini sebagai "salah satu generalisasi terpenting dalam sejarah ilmu."[4] Ini berarti bahwa jumlah total tenaga (termasuk zat) dalam alam semesta adalah konstan. Sebagaimana dikatakan penulis S.M. Huse, "Hukum ini dengan tegas mengajarkan bahwa alam semesta tidak menciptakan dirinya sendiri!... Struktur alam semesta yang sekarang adalah hasil konservasi, bukan inovasi, sebagaimana dinyatakan oleh teori evolusi."[5] Sementara ahli evolusi tidak dapat menjelaskan dari mana asalnya jumlah tenaga/zat yang konstan ini, (Teori "bing bang" tidak menjelaskan bagaimana asal-muasal hipotesisnya tentang konsentrasi zat) Alkitab memberikan penjelasan: hanya Allah yang dapat menciptakan sesuatu dari ketiadaan. Alkitab juga mengajarkan bahwa Allah memelihara apa yang telah diciptakan-Nya. Semua perubahan lain, oleh manusia maupun oleh kuasa alam, hanyalah perubahan dari tatanan yang telah ada.

Joule menyadari implikasi temuannya terhadap agama. Dia menulis "Anggapan bahwa daya yang diberikan Allah kepada zat-zat dapat dimusnahkan atau daya dapat diciptakan manusia, sungguh tak masuk akal."[6] Hukum kekekalan tenaga sepenuhnya sesuai dengan Alkitab. Sebaliknya, Joule menganggap bahwa beberapa aspek dari teori kalori tidak sesuai dengan Alkitab.

Pada kesempatan lain, Joule menulis bahwa "gejala alam, baik mekanik, kimiawi, maupun vital, hampir seluruhnya merupakan konversi yang terus-menerus... yang satu berkonversi menjadi yang lain. Demikianlah terjadinya keteraturan dalam alam semesta -- tidak ada yang menyimpang, tidak ada yang hilang, tapi seluruh sistem, bagaimanapun rumitnya, berjalan lancar dan serasi... karena seluruhnya diatur oleh kedaulatan Allah."[7]

  3. Teori Kinetik Gas dan Satuan Standar dalam Ilmu Pengetahuan

Melalui makalah penting yang terbit tahun 1848, Joule menjadi ilmuwan pertama yang menghitung kecepatan molekul gas. Karya awal mengenai teori kinetik gas ini lalu diperluas oleh ahli-ahli lain, terutama pakar fisika Matematika Skotlandia, James Clerk Maxwell.

Joule termasuk ahli pertama yang mengakui perlunya satuan standar untuk listrik dan dia tetap menyokong pendirian tersebut. Standarisasi ini kemudian dilakukan oleh the British Association for the Advancement of Science di bawah pimpinan Maxwell. Joule menjadi presiden asosiasi ini pada tahun 1872 dan 1887.

Sebagai pengakuan atas sumbangan Joule dalam menghubungkan panas dengan gerakan mekanik, maka satuan tenaga (atau kerja) dalam fisika kemudian disebut dengan "joule".