Proses Isotermal dalam Fisika
Ilmu fisika mempelajari objek dan sistem untuk mengukur gerakan, suhu, dan karakteristik fisik lainnya. Ini dapat diterapkan pada apa saja mulai dari organisme bersel tunggal hingga sistem mekanis hingga planet, bintang, dan galaksi dan proses yang mengaturnya. Dalam fisika, termodinamika adalah cabang yang berkonsentrasi pada perubahan energi (panas) dalam sifat sistem selama reaksi fisik atau kimia.
"Proses isotermal", yaitu proses termodinamika dimana suhu suatu sistem tetap konstan. Transfer panas ke dalam atau keluar dari sistem terjadi begitu lambat bahwa kesetimbangan termal dipertahankan. "Thermal" adalah istilah yang menggambarkan kalor suatu sistem. "Iso" berarti "sama", jadi "isotermal" berarti "panas yang sama", yang mendefinisikan kesetimbangan termal.
Secara umum, selama proses isotermal terjadi perubahan energi dalam, energi panas, dan kerja, meskipun suhunya tetap sama. Sesuatu dalam sistem bekerja untuk mempertahankan suhu yang sama. Salah satu contoh ideal sederhana adalah Siklus Carnot, yang pada dasarnya menggambarkan bagaimana mesin kalor bekerja dengan menyuplai panas ke gas. Akibatnya, gas mengembang dalam silinder, dan itu mendorong piston untuk melakukan beberapa pekerjaan. Panas atau gas kemudian harus didorong keluar dari silinder (atau dibuang) sehingga siklus panas/ekspansi berikutnya dapat berlangsung. Inilah yang terjadi di dalam mesin mobil, misalnya. Jika siklus ini benar-benar efisien, prosesnya bersifat isotermal karena suhu dijaga agar tetap konstan saat 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) bekerja untuk mempertahankan proses isotermal, selama tekanan tetap konstan. Intinya, ketika mempertimbangkan gas ideal, pekerjaan yang dilakukan pada sistem untuk menjaga suhu berarti volume gas harus berkurang seiring dengan peningkatan tekanan pada sistem.
Proses Isotermal dan Status Materi
Proses isotermal banyak dan beragam. Penguapan air ke udara adalah satu, seperti halnya air didih pada titik didih tertentu. Ada juga banyak reaksi kimia yang mempertahankan kesetimbangan termal, dan dalam biologi, interaksi sel dengan sel di sekitarnya (atau materi lain) disebut sebagai proses isotermal.
Penguapan, peleburan, dan pendidihan, juga merupakan "perubahan fase". Artinya, mereka adalah perubahan pada air (atau fluida atau gas lain) yang terjadi pada suhu dan tekanan konstan.
Memetakan Proses Isotermal
Dalam fisika, memetakan reaksi dan proses semacam itu 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.
Saat mereka berubah, zat mungkin saja mengubah wujud materi meskipun suhunya tetap konstan. Jadi, penguapan air saat mendidih berarti suhunya tetap sama saat sistem mengubah tekanan dan volume. Ini kemudian dipetakan dengan temperating tetap konstan sepanjang diagram.
Apa Artinya Semua
Ketika para ilmuwan mempelajari proses isotermal dalam sistem, mereka benar-benar memeriksa panas 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. Ia juga berperan dalam bidang teknik, ilmu ruang angkasa, ilmu planet, geologi, dan banyak cabang ilmu lainnya. Siklus daya termodinamika (dan dengan demikian proses isotermal) adalah ide dasar di balik mesin panas. Manusia menggunakan perangkat ini untuk menggerakkan pembangkit listrik dan, seperti yang disebutkan di atas, mobil, truk, pesawat, dan kendaraan lain. Selain itu, sistem seperti itu ada pada roket dan pesawat ruang angkasa. Insinyur menerapkan prinsip-prinsip manajemen termal (dengan kata lain, manajemen suhu) untuk meningkatkan efisiensi sistem dan proses ini.