Pengertian Proses Isotermal dan manfaatnya

Ilmu fisika mempelajari benda dan sistem untuk mengukur gerakan, suhu, dan karakteristik fisik lainnya. Ia dapat diterapkan pada apa saja mulai dari organisme bersel tunggal hingga sistem mekanis hingga planet, bintang, dan galaksi serta proses yang mengaturnya. Dalam fisika, termodinamika adalah cabang yang berkonsentrasi pada perubahan energi (panas) dalam sifat-sifat suatu sistem selama setiap reaksi fisik atau kimia.

“Proses isotermal”, yaitu proses termodinamika di mana suhu sistem tetap konstan. Pemindahan panas ke dalam atau keluar dari sistem terjadi sangat lambat sehingga keseimbangan termal dipertahankan. “Thermal” adalah istilah yang menggambarkan panas suatu sistem. “Iso” berarti “sama”, jadi “isotermal” berarti “panas yang sama”, yang mendefinisikan kesetimbangan termal.

Ketika mengambil kuliah fisika dasar pertama Anda, Anda akan diperkenalkan dengan berbagai proses termodinamika. Salah satu yang penting adalah proses isotermal. Termodinamika adalah cabang fisika yang melibatkan studi tentang perubahan energi, dan terutama berfokus pada hubungan antara kalor dan usaha mekanik. Ini berkaitan dengan variasi variabel makroskopik dari suatu sistem, yang meliputi suhu, volume, tekanan, dan entropi.

Apa itu Proses Isotermal

Secara umum, selama proses isotermal ada perubahan energi internal, energi kalor, dan usaha, meskipun suhunya tetap sama. Sesuatu dalam sistem berfungsi untuk mempertahankan suhu yang sama itu. Salah satu contoh ideal sederhana adalah Siklus Carnot, yang pada dasarnya menggambarkan cara kerja mesin kalor dengan memasok panas ke gas. Akibatnya, gas mengembang dalam sebuah silinder, dan itu mendorong piston untuk melakukan beberapa usaha. Kalor atau gas kemudian harus didorong keluar dari silinder (atau dibuang) sehingga siklus panas / ekspansi berikutnya dapat terjadi. Inilah yang terjadi di dalam mesin mobil, misalnya. Jika siklus ini benar-benar efisien, prosesnya adalah isotermal karena suhu dijaga konstan sementara tekanan berubah.

Untuk memahami dasar-dasar proses isotermal, pertimbangkan aksi gas dalam suatu sistem. Energi internal gas ideal hanya bergantung pada suhu, sehingga perubahan energi internal selama proses isotermal untuk gas ideal juga 0. Dalam sistem seperti itu, semua panas yang ditambahkan ke sistem (gas) melakukan usaha untuk mempertahankan proses isotermal, selama tekanan tetap konstan. Pada dasarnya, ketika mempertimbangkan gas yang ideal, pekerjaan yang dilakukan pada sistem untuk mempertahankan suhu berarti bahwa volume gas harus menurun ketika tekanan pada sistem meningkat.

Pengertian Proses Isotermal

Setiap proses termodinamika ditandai oleh perubahan variabel termodinamika makroskopik yang terkait dengannya. Sebuah proses isotermal adalah saat di mana semua perkembangan terjadi pada suhu konstan.

Dalam bahasa termodinamika, itu adalah proses yang ditandai dengan ΔT = 0. Ini dapat terjadi karena kontak dengan reservoir termal. Pertukaran kalor sistem dan perubahan keadaan perlahan-lahan (ΔQ ≠ 0), sambil mempertahankan suhu, yang sama dengan suhu reservoir.

Hukum gas ideal dinyatakan sebagai: PV = nRT, dimana P adalah tekanan, V adalah volume, dan T adalah suhu sistem, sedangkan ‘n’ adalah jumlah mol gas. Selama proses isotermal, ‘nRT’ menjadi konstan dan persamaan keadaan untuk gas dapat ditulis sebagai:

PV = Konstan

Penjelasan Pengertian Proses Isotermal
Penjelasan Pengertian Proses Isotermal

Ini adalah Hukum Boyle dalam termodinamika, yang menggambarkan variasi volume dan tekanan, dalam kondisi isotermal. Jika grafik perubahan tekanan dan volume yang dihasilkan, untuk suhu konstan, berbagai variasi tekanan dan volume akan memenuhi persamaan tersebut. Sebuah grafik dapat dihasilkan, yang menampilkan perkembangan dari sistem, di bawah kondisi isotermal.

Semua kurva ini dikenal sebagai ‘Isotermal’. Dalam kasus gas ideal, selama proses isotermal, energi internal tetap tidak berubah, karena suhu tetap (ΔU = 0) konstan. Namun, karena hukum pertama termodinamika, dalam hal ini menyatakan bahwa ΔU = ΔQ + ΔW, kita sampai pada kesimpulan bahwa ΔQ = – ΔW. Ini berarti bahwa semua masukan kalor dari sistem tersebut digunakan untuk melakukan usaha.

Apa Usaya yang Dilakukan dalam Proses Isotermal?

Mari kita melihat apa yang usaha lakukan dalam proses isotermal. Untuk proses reversibel, ekspresi untuk usaha yang dilakukan, diberikan oleh persamaan berikut:

Wiso = – nRT ln (Vfinal / Vinitial)

Dalam persamaan ini, Wiso adalah usaha yang dilakukan dalam proses isotermal, Vfinal adalah volume akhir, dan Vinitial adalah volume awal dari sistem, yang mengalami perubahan isotermal. Jika gas akan dikompresi, karena sistem ini mengalami proses isotermal (Vfinal – Vinitial <0), maka menurut persamaan di atas, usaha yang dilakukan akan menjadi positif. Itu berarti usaha yang positif telah dilakukan oleh lingkungan, pada sistem.

Sedangkan, jika gas mengembang karena sistem berjalan melalui proses isotermal (Vfinal – Vinitial> 0), usaha yang dilakukan adalah negatif. Dalam hal ini, usaha dilakukan oleh sistem, untuk ekspansi.

Ini adalah proses termodinamika yang penting untuk dipelajari, yang memiliki aplikasi luas dalam bidang sains dan teknik. Hal ini penting ketika mempelajari siklus Carnot, yang merupakan salah satu proses yang paling penting dalam termodinamika teknik.

Contoh Proses Isotermal dan Kondisi Benda

Proses isotermal banyak dan beragam. Penguapan air ke udara adalah satu, seperti halnya pendidihan air pada titik didih tertentu. Ada juga banyak reaksi kimia yang mempertahankan kesetimbangan termal, dan dalam biologi, interaksi sel dengan sel-sel di sekitarnya (atau materi lainnya) dikatakan sebagai proses isotermal.

Penguapan, peleburan, dan pendidihan, juga merupakan “perubahan fase”. Yaitu, mereka berubah menjadi air (atau cairan atau gas lain) yang terjadi pada suhu dan tekanan konstan.

Memetakan Proses Isotermal

Dalam fisika, memetakan reaksi dan proses tersebut dilakukan dengan menggunakan diagram (grafik). Dalam diagram fase, proses isotermal dipetakan dengan mengikuti garis vertikal (atau bidang, dalam diagram fase 3D) di sepanjang suhu konstan. Tekanan dan volume dapat berubah untuk menjaga suhu sistem.

Ketika mereka berubah, adalah mungkin bagi suatu zat untuk mengubah keadaan materi bahkan ketika suhunya tetap konstan. Dengan demikian, penguapan air saat mendidih berarti bahwa suhu tetap sama dengan sistem mengubah tekanan dan volume. Ini kemudian dipetakan dengan konstanta temperating tetap di sepanjang diagram.

Apa manfaat Proses Isotermal

Ketika para ilmuwan mempelajari proses isotermal dalam sistem, mereka benar-benar memeriksa kalor dan energi dan hubungan antara mereka dan energi mekanik yang diperlukan untuk mengubah atau mempertahankan suhu suatu sistem. Pemahaman seperti itu membantu ahli biologi mempelajari bagaimana makhluk hidup mengatur suhu mereka. Ini juga berperan dalam rekayasa, ilmu luar angkasa, ilmu keplanetan, geologi, dan banyak cabang ilmu pengetahuan lainnya. Siklus daya termodinamika (dan dengan demikian proses isotermal) adalah ide dasar di balik mesin panas. Manusia menggunakan perangkat ini untuk menyalakan pembangkit listrik dan, seperti disebutkan di atas, mobil, truk, pesawat, dan kendaraan lainnya. Selain itu, sistem seperti itu ada di roket dan pesawat ruang angkasa. Insinyur menerapkan prinsip-prinsip manajemen termal (dengan kata lain, manajemen suhu) untuk meningkatkan efisiensi sistem dan proses ini.

Related Posts