Apa itu Proses Isotermal dalam Fisika?

Ilmu fisika mempelajari objek 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. Itu perpindahan panas masuk atau keluar dari sistem terjadi begitu lambat sehingga kesetimbangan termal dipertahankan. "Thermal" adalah istilah yang menggambarkan panas suatu sistem. "Iso" berarti "sama", jadi "isotermal" berarti "panas yang sama", yang mendefinisikan kesetimbangan termal.

Secara umum, selama proses isotermal ada perubahan internal energi, energi panas, dan kerja, meskipun suhunya tetap sama. Sesuatu dalam sistem berfungsi untuk mempertahankan suhu yang sama itu. Salah satu contoh ideal sederhana adalah Carnot Cycle, yang pada dasarnya menggambarkan cara kerja mesin panas dengan memasok panas ke gas. Akibatnya, gas mengembang dalam sebuah 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 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 suatu gas ideal hanya bergantung pada suhu, sehingga perubahan energi internal selama proses isotermal untuk suatu gas ideal juga 0. Dalam sistem seperti itu, semua panas yang ditambahkan ke sistem (gas) melakukan pekerjaan 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.

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 lain) 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.

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

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

Ketika para ilmuwan mempelajari proses isotermal dalam sistem, mereka benar-benar memeriksa panas dan energi dan energi hubungan antara mereka dan energi mekanik yang diperlukan untuk mengubah atau mempertahankan suhu a 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 yang 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.

Diedit dan diperbarui oleh Carolyn Collins Petersen.