Fisika, mempelajari sistem dan objek untuk mengukur suhu, gerakan, dan karakteristik fisik lainnya. Ini dapat diterapkan pada apa saja, mulai dari organisme bersel tunggal hingga sistem mekanis hingga galaksi, bintang, dan planet, serta proses yang mengaturnya. Dalam fisika, termodinamika adalah cabang yang berhubungan dengan hubungan antara energi panas dan bentuk energi lainnya. Ini menjelaskan bagaimana energi panas diubah menjadi bentuk energi lain dan bagaimana hal itu mempengaruhi materi.
Apa itu Proses isotermal?
Proses isotermal adalah proses termodinamika dimana suhu suatu sistem tetap. Perpindahan panas ke dalam atau ke luar sistem terjadi sangat lambat sehingga kesetimbangan termal dipertahankan. Pada suhu konstan tertentu, perubahan suatu zat, benda atau sistem dikenal sebagai Proses Isothermal.
Biasanya, ada dua fenomena di mana proses ini dapat terjadi. Jika suatu sistem bersentuhan dengan reservoir termal dari luar, maka, untuk mempertahankan kesetimbangan termal, sistem secara perlahan menyesuaikan diri dengan suhu reservoir melalui pertukaran panas. Sebaliknya, dalam fenomena lain, tidak ada perpindahan panas yang terjadi antara sistem dan sekitarnya. Dalam proses ini, suhu sistem diubah untuk menjaga agar panas tetap konstan. Proses ini dikenal sebagai Proses Adiabatik.
Perbedaan Antara Proses Isotermal dan Adiabatik
Proses isotermal adalah proses yang terjadi di bawah suhu konstan tetapi parameter lain dari sistem dapat diubah sesuai dengan itu. Di sisi lain, dalam proses adiabatik, perpindahan panas terjadi untuk menjaga suhu tetap konstan. Perbedaan utama antara proses isotermal dan adiabatik adalah proses isotermal terjadi pada suhu konstan, sedangkan proses adiabatik terjadi pada suhu yang bervariasi. Usaha yang dilakukan dalam proses isotermal disebabkan oleh perubahan kandungan kalor bersih sistem. Sedangkan usaha yang dilakukan pada proses adiabatik disebabkan oleh perubahan energi dalam.
Contoh Proses Isotermal
Proses isotermal terjadi dalam sistem yang memiliki beberapa cara untuk mengatur suhu. Proses ini terjadi dalam sistem mulai dari mesin yang sangat terstruktur hingga sel hidup. Beberapa contoh proses isotermal diberikan di bawah ini.
- Perubahan wujud atau perubahan fasa zat cair yang berbeda melalui proses peleburan dan penguapan merupakan contoh proses isotermal.
- Salah satu contoh aplikasi industri proses isotermal adalah mesin Carnot. Dalam mesin ini, beberapa bagian dari siklus dilakukan secara isotermal.
- Kulkas bekerja secara isotermal. Serangkaian perubahan terjadi dalam mekanisme lemari es tetapi suhu di dalamnya tetap konstan. Di sini, energi panas dihilangkan dan ditransmisikan ke lingkungan sekitarnya.
- Contoh lain dari proses isotermal adalah pompa kalor. Panas dikeluarkan dari rumah dan dibuang ke luar atau panas dibawa ke dalam rumah dari luar untuk menghangatkan rumah. Dalam kedua kasus, tujuannya adalah untuk menjaga rumah pada pengaturan suhu yang diinginkan.
Apa itu Hukum Boyle?
Proses isotermal sangat menarik untuk gas ideal. Gas ideal adalah gas hipotetis yang molekul-molekulnya tidak berinteraksi dan menghadapi tumbukan elastis satu sama lain. Hukum kedua Joule menyatakan bahwa energi internal sejumlah tetap gas ideal hanya bergantung pada suhu. Jadi, energi internal gas ideal dalam proses isotermal adalah konstan.
Dalam kondisi isotermal, untuk gas ideal, produk dari Tekanan dan Volume (PV) adalah konstan. Ini dikenal sebagai hukum Boyle. Fisikawan dan kimiawan Robert Boyle menerbitkan hukum ini pada tahun 1662. Hukum Boyle sering disebut sebagai hukum Boyle–Mariotte, atau hukum Mariotte karena fisikawan Prancis Edme Mariotte secara independen menemukan hukum yang sama pada tahun 1679.
Persamaan Hukum Boyle
Tekanan mutlak yang diberikan oleh suatu benda gas ideal berbanding terbalik dengan volume yang ditempatinya jika suhu dan jumlah gas tetap tidak berubah dalam sistem tertutup.
Ada beberapa cara di mana hukum yang disebutkan di atas dapat diungkapkan. Cara paling dasar diberikan sebagai berikut:
PV = k
dimana P adalah tekanan, V adalah volume dan k adalah konstanta.
Hukum juga dapat digunakan untuk mencari volume dan tekanan suatu sistem ketika suhu dipertahankan konstan dalam suatu sistem sebagai berikut:
P i V i = P f V f
dimana,
- P i adalah tekanan awal
- P f adalah tekanan akhir
- V i adalah volume awal
- V f adalah volume akhir
Cara orang bernapas dan menghembuskan udara keluar dari paru-paru dapat dijelaskan oleh Hukum Boyle. Ketika diafragma berkontraksi dan mengembang, volume paru-paru menurun dan meningkat masing-masing, mengubah tekanan udara di dalamnya. Perbedaan tekanan antara bagian dalam paru-paru dan udara luar menghasilkan inhalasi atau ekspirasi.
