Proses isokhorik adalah salah satu dari beberapa proses termodinamika ideal yang menggambarkan bagaimana keadaan gas ideal dapat mengalami perubahan. Ini menggambarkan perilaku gas dalam wadah tertutup pada volume konstan. Dalam situasi ini, ketika energi ditambahkan, hanya suhu gas yang berubah; itu tidak bekerja di sekitarnya. Jadi tidak ada motor yang berputar, tidak ada piston yang bergerak, dan tidak ada keluaran yang berguna.
Apa Itu Proses Isokhorik?
Proses isokhorik, (kadang-kadang disebut proses isovolumetrik atau isometrik) adalah proses termodinamika yang terjadi pada volume konstan. Karena volume tidak berubah, hubungan antara tekanan dan suhu mempertahankan nilai konstan.
Ini dapat dipahami dengan memulai dengan hukum gas ideal:
PV = nRT
Dimana P adalah tekanan mutlak gas, V adalah volume, tidak adalah jumlah gas, R adalah konstanta gas ideal (8,31 J/mol K), dan T adalah suhu.
Ketika volume dipertahankan konstan, hukum ini dapat diatur ulang untuk menunjukkan bahwa rasio P untuk T juga harus konstan:
\frac {P}{T} = \teks {konstan}
Ekspresi matematika dari rasio antara tekanan dan suhu ini dikenal sebagai Hukum Gay-Lussac, dinamakan demikian untuk ahli kimia Prancis yang menemukannya pada awal 1800-an. Hasil lain dari hukum ini, yang kadang-kadang juga disebut hukum tekanan, adalah kemampuan untuk memprediksi suhu dan tekanan untuk gas ideal yang mengalami proses isokhorik menggunakan persamaan berikut:
\frac {P_1}{T_1} = \frac {P_2}{T_2}
Dimana P1 dan T1 adalah tekanan awal dan suhu gas, dan P2 dan T2 adalah nilai akhir.
Pada grafik tekanan versus suhu, atau diagram PV, proses isokhorik diwakili oleh garis vertikal.
Teflon (PTFE), zat non-reaktif, paling licin di planet ini dengan aplikasi di banyak hal industri dari kedirgantaraan hingga memasak, adalah penemuan tidak disengaja yang dihasilkan dari isochoric proses. Pada tahun 1938, ahli kimia DuPont Roy Plunkett telah menyiapkan sekelompok silinder kecil untuk disimpan gas tetrafluoroetilena, untuk digunakan dalam teknologi pendinginan, yang kemudian didinginkan hingga suhu yang sangat tinggi suhu rendah.
Ketika Plunkett membukanya kemudian, tidak ada gas yang keluar, meskipun massa silinder tidak berubah. Dia memotong tabung untuk menyelidiki dan melihat bubuk putih melapisi bagian dalam, yang kemudian terbukti memiliki sifat komersial yang sangat berguna.
Menurut Hukum Gay-Lussac, ketika suhu menurun dengan cepat, begitu pula tekanan untuk memulai perubahan fase dalam gas.
Proses Isochoric dan Hukum Pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa perubahan energi internal suatu sistem sama dengan panas yang ditambahkan ke sistem dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem. (Dengan kata lain, masukan energi dikurangi keluaran energi.)
Usaha yang dilakukan oleh gas ideal didefinisikan sebagai tekanan dikali perubahan volume, atau PΔV (atau PdV). Karena volumenya berubah ΔV, adalah nol dalam proses isokhorik, namun, tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas.
Oleh karena itu, perubahan energi internal gas sama dengan jumlah panas yang ditambahkan.
Contoh dari hampir proses isochoric adalah pressure cooker. Ketika disegel tertutup, volume di dalam tidak dapat berubah, jadi ketika panas ditambahkan, tekanan dan suhu meningkat dengan cepat. Sebenarnya, pressure cooker sedikit mengembang, dan beberapa gas dilepaskan dari katup di atasnya.
Proses Isochoric di Mesin Panas
Mesin panas adalah perangkat yang memanfaatkan transfer panas untuk melakukan beberapa jenis pekerjaan. Mereka menggunakan sistem siklus untuk mengubah energi panas yang ditambahkan ke mereka menjadi energi mekanik, atau gerak. Contohnya termasuk turbin uap dan mesin otomotif.
Proses isokhorik digunakan di banyak mesin panas umum. Itu Siklus Otto, misalnya, adalah siklus termodinamika pada mesin mobil yang menggambarkan proses perpindahan panas selama pengapian, langkah daya menggerakkan piston mesin untuk membuat mobil berjalan, pelepasan panas, dan langkah kompresi mengembalikan piston ke posisi awal posisi.
Dalam Siklus Otto, langkah pertama dan ketiga, penambahan dan pelepasan panas, dianggap proses isokhorik. Siklus mengasumsikan perubahan panas terjadi seketika, tanpa perubahan volume gas. Dengan demikian, usaha hanya dilakukan pada kendaraan selama fase langkah daya dan langkah kompresi.
Kerja yang dilakukan oleh mesin kalor dengan menggunakan siklus Otto direpresentasikan dengan luas area di bawah kurva pada diagram. Ini adalah nol di mana proses isokhorik penambahan dan pelepasan panas terjadi (garis vertikal).
Proses isokhorik seperti ini umumnya merupakan proses yang ireversibel. Setelah panas ditambahkan, satu-satunya cara untuk mengembalikan sistem ke keadaan semula adalah dengan menghilangkan panas entah bagaimana dengan melakukan pekerjaan.
Proses Termodinamika Lainnya
Proses isokhorik hanyalah salah satu dari beberapa proses termodinamika ideal yang menggambarkan perilaku gas yang berguna bagi para ilmuwan dan insinyur.
Beberapa yang lain dibahas secara lebih rinci di tempat lain di situs ini meliputi:
Proses isobarik: Ini terjadi pada tekanan konstan dan umum terjadi di banyak contoh kehidupan nyata, termasuk merebus air di atas kompor, menyalakan korek api, atau di turbin jet yang bernapas dengan udara. Ini karena, sebagian besar, tekanan atmosfer bumi tidak banyak berubah di area lokal, seperti dapur tempat seseorang membuat pasta. Dengan asumsi hukum gas ideal berlaku, suhu dibagi volume adalah nilai konstan untuk proses isobarik.
Proses isotermal: Ini terjadi pada suhu konstan. Misalnya, selama perubahan fase seperti air mendidih dari bagian atas panci, suhunya stabil. Kulkas juga menggunakan proses isotermal dan aplikasi industri adalah Mesin Carnot. Proses seperti itu lambat karena panas yang ditambahkan harus sama dengan panas yang hilang sebagai kerja untuk menjaga suhu keseluruhan tetap konstan. Dengan asumsi hukum gas ideal berlaku, tekanan kali volume adalah nilai konstan untuk proses isotermal.
Proses adiabatik: Tidak ada pertukaran panas atau material dengan lingkungan karena gas atau cairan berubah volume. Sebaliknya, satu-satunya keluaran dalam proses adiabatik adalah kerja. Ada dua kasus di mana proses adiabatik mungkin terjadi. Entah, prosesnya terjadi terlalu cepat untuk perpindahan panas masuk atau keluar dari keseluruhan sistem, seperti selama during langkah kompresi mesin gas, atau itu terjadi dalam wadah yang terisolasi dengan baik panas tidak dapat melintasi cross penghalang sama sekali.
Seperti proses termodinamika lainnya yang dijelaskan di sini, tidak ada proses yang benar-benar adiabatik, tetapi mendekati ideal ini berguna dalam fisika dan teknik. Misalnya, karakterisasi umum untuk kompresor, turbin, dan mesin termodinamika lainnya adalah adiabatik efisiensi: Rasio kerja aktual yang dikeluarkan mesin dengan berapa banyak kerja yang akan dihasilkan jika mesin itu benar-benar proses adiabatik.
