Energi panas mengacu pada energi yang terkandung dalam suatu sistem yang bertanggung jawab atas suhunya. Panas adalah aliran energi panas. Seluruh cabang fisika, termodinamika , berkaitan dengan bagaimana panas ditransfer antara sistem yang berbeda dan bagaimana pekerjaan dilakukan dalam proses (lihat 1ˢᵗ hukum termodinamika ).

Dalam konteks masalah mekanika, kita biasanya tertarik pada peran energi termal dalam menjamin konservasi energi . Hampir setiap transfer energi yang terjadi dalam sistem fisik dunia nyata melakukannya dengan efisiensi kurang dari 100% dan menghasilkan sejumlah energi panas. Energi ini biasanya dalam bentuk energi panas tingkat rendah . Di sini, tingkat rendah berarti bahwa suhu yang terkait dengan energi termal mendekati suhu lingkungan. Hanya dimungkinkan untuk mengekstraksi kerja ketika ada perbedaan suhu, sehingga energi panas tingkat rendah mewakili ‘ujung jalan’ transfer energi. Tidak ada pekerjaan bermanfaat lebih lanjut yang mungkin; energi sekarang ‘hilang ke lingkungan’.

Perhatikan contoh seorang pria mendorong kotak di lantai kasar pada kecepatan konstan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Karena gaya gesekan adalah non-konservatif , yang pekerjaan dilakukan tidak disimpan sebagai energi potensial. Semua pekerjaan yang dilakukan oleh gaya gesek menghasilkan transfer energi menjadi energi termal dari sistem box-floor. Energi panas ini mengalir sebagai panas di dalam kotak dan lantai, yang pada akhirnya meningkatkan suhu kedua benda ini.

Menemukan perubahan total energi termal \ Delta E_TΔ ETdelta, E, mulai subscript, T, end subscriptdari sistem kotak-lantai dapat dilakukan dengan menemukan total pekerjaan yang dilakukan oleh gesekan saat orang mendorong kotak. Ingatlah bahwa kotak itu bergerak dengan kecepatan konstan; ini berarti bahwa gaya gesek dan gaya yang diberikan besarnya sama. Karena itu, kerja yang dilakukan oleh kedua kekuatan ini juga sama.

Menggunakan definisi kerja yang dilakukan oleh gaya yang sejajar dengan gerakan suatu benda bergerak melalui jarak$d$d:

Jika koefisien gesekan kinetik adalah\ mu_kμkmu, mulai subskrip, k, akhiri subskrip maka ini juga dapat ditulis sebagai

Latihan 1a: Misalkan orang yang ditunjukkan pada Gambar 1 mendorong kotak, mempertahankan kecepatan konstan. Kotak itu memiliki massa$100\mathrm{k}\mathrm{g}$dan bergerak melalui jarak $100\mathrm{m}$. Koefisien gesekan kinetik antara kotak dan lantai adalah\ mu_k = 0,3μk=0 . 3mu, mulai subskrip, k, subskrip akhir, sama dengan, 0, titik, 3. Berapa banyak energi panas yang akan ditransfer ke sistem kotak-lantai?

Latihan 1b: Saat orang mendorong kotak, mereka bergantung pada gesekan antara sol sepatu dan lantai. Apakah ada perubahan dalam energi termal dari sepatu orang karena mendorong pada kotak?

Kekuatan tarik pada objek bergerak karena fluida seperti udara atau air adalah contoh lain dari gaya non-konservatif.

Ketika suatu benda bergerak melalui fluida, beberapa momentum ditransfer dan fluida itu diatur dalam gerakan. Jika benda itu berhenti bergerak masih akan ada sisa gerak fluida. Ini akan mereda setelah beberapa waktu. Apa yang terjadi di sini adalah bahwa gerakan besar-besaran fluida akhirnya didistribusikan kembali ke banyak gerakan acak yang lebih kecil dari molekul-molekul dalam fluida. Gerakan ini mewakili peningkatan energi panas dalam sistem.

Gambar 2 menunjukkan suatu sistem di mana tangki air yang terisolasi secara termal memiliki poros yang ditangguhkan di dalamnya. Dua dayung melekat pada poros yang diatur untuk memutar pada porosnya. Dalam sistem ini, setiap pekerjaan yang dilakukan dalam memutar poros menghasilkan transfer energi kinetik ke air. Jika kekuatan penggerak dilepas dari poros setelah beberapa waktu, masih akan ada beberapa gerakan sisa. Namun, gerakan pada akhirnya akan mereda dan menghasilkan peningkatan energi termal air.

Menariknya, sistem yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar 2 digunakan oleh James Prescott Joule (1818 – 1889), untuk siapa unit energi SItersebut dinamai. Menggunakan roda dayung yang terendam dalam tangki minyak ikan paus dan digerakkan oleh bobot yang jatuh ia mampu menentukan hubungan antara energi mekanik dan panas. Ini mengarah pada hukum kekekalan energi dan hukum termodinamika 1ics .

Latihan 2a: Misalkan roda dayung yang digambarkan dalam Gambar 2 diputar oleh motor listrik yang diberi nilai daya keluaran 10 W selama 30 menit. Berapa banyak energi panas yang ditransfer ke air?

Latihan 2b (ekstensi): Jika tangki awalnya berisi$1\mathrm{L}$ air di 10 ^ \ circ \ mathrm {C}1 0∘ C lalu berapakah suhu air setelah motor berhenti dan air berhenti mengalir?