Proses adiabatik adalah proses termodinamika di mana tidak ada pertukaran panas antara sistem dengan sekitarnya. Dalam proses ini, energi panas tidak masuk atau keluar dari sistem, sehingga perubahan energi yang terjadi sepenuhnya disebabkan oleh perubahan energi dalam sistem itu sendiri.
Salah satu contoh umum dari proses adiabatik adalah ekspansi atau kompresi gas ideal yang tidak melibatkan pertukaran panas dengan lingkungan. Ketika gas ideal diperluas secara adiabatik, gas tersebut melakukan kerja pada sekitarnya tanpa adanya pertukaran panas dengan lingkungan sekitarnya. Sebaliknya, ketika gas ideal dikompresi secara adiabatik, energi kerja diberikan pada gas tersebut tanpa adanya pertukaran panas.
Dalam proses adiabatik, terjadi perubahan dalam suhu, tekanan, dan volume sistem. Hubungan antara ketiga parameter ini dapat dijelaskan oleh Hukum Adiabatik. Terdapat dua bentuk hukum adiabatik, yaitu hukum adiabatik untuk gas ideal dan hukum adiabatik umum.
Hukum adiabatik untuk gas ideal menggambarkan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas ideal dalam proses adiabatik. Hukum ini dinyatakan dalam persamaan: P * V^γ = konstan, di mana P adalah tekanan, V adalah volume, dan γ adalah rasio panas spesifik.
Hukum adiabatik umum memberikan hubungan antara perubahan suhu dan tekanan sistem dalam proses adiabatik. Hukum ini dinyatakan dalam persamaan: δQ = C * dT, di mana δQ adalah perubahan panas, C adalah kapasitas panas sistem, dan dT adalah perubahan suhu.
Proses adiabatik memiliki aplikasi yang luas dalam berbagai bidang, termasuk industri, mesin, dan meteorologi. Contohnya, dalam mesin pembakaran dalam, proses adiabatik terjadi saat udara dikompresi oleh piston, menghasilkan peningkatan suhu yang tinggi dan energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Di bidang meteorologi, proses adiabatik terlibat dalam perubahan suhu dan tekanan saat udara naik atau turun dalam atmosfer, yang berkontribusi pada pembentukan awan, hujan, dan fenomena cuaca lainnya.
Dalam kesimpulan, proses adiabatik adalah proses termodinamika di mana tidak ada pertukaran panas dengan sekitarnya. Dalam proses ini, perubahan energi terjadi hanya karena perubahan energi dalam sistem itu sendiri. Proses adiabatik dapat diterapkan pada berbagai situasi, dan hukum adiabatik digunakan untuk menjelaskan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu dalam proses adiabatik. Memahami proses adiabatik penting dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.
Pengertian Proses Adiabatik
Dalam dunia fisika, tentunya kita akan kenal dan sangat akrab dengan istilah adiabatik. Bagaimana tidak? Proses adibiatik merupakan salah satu proses dalam dunia fisika yang mana dalam proses ini bisa mengubah lingkungan yang tadinya dingin menjadi hangat dan begitu juga sebaliknya, yang bisa mengubah udara panas menjadi dingin.
Dalam melakukan aktivitas tersebut, tentunya ada proses dan tahapan yang harus dilalui. Lalu apa saja tahapan dan bagaimana proses yang harus dilalui sehingga adiabatik bisa mengubah suhu udara dari panas menjadi dingin dan begitu juga sebaliknya? Daripada penasaran, langsung saja simak ulasan serta penjelasannya di bawah ini.
Proses Fisika dari Adiabatik
Dalam melakukan suatu aktifitas merubah suhu dan juga udara tersebut, tentunya adiabatik juga melibatkan berbagai molekul atau unsur yang berhubungan. Diantaranya adalah gas. Molekul atau unsur gas sangat penting dalam proses perubahan suhu dan tekanan tanpa mempengaruhi lingkungan di sekitarnya. Proses adiabatik merupakan salah satu proses yang tidak bisa terelakan dan pasti terjadi dalam setiap ruangan.
Selain gas, proses adiabatik juga melibatkan udara dan atmosfer. Kedua unsur ini juga menyebabkan pemanasan sementara dan meluaskan udara dingin. Jadi bisa dikatakan bahwa proses adiabatik ini mengubah mesin menjadi sistem cuaca yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan dan selaera. Perubahan suhu dan cuaca tersebut merupakan sebuah usaha untuk mengubahnya dengan melibatkan berbagai komponen dan unsur-unsur lainnya.
Proses Adiabatik
Sehingga anda bisa mendapakan suhu dan cuaca yang anda inginkan sesuai dengan selera dan kebutuhan anda tanpa harus anda mengubah lingkungan sekitar anda. Inilah sedikit ulasan dan penjelasan mengenai proses fisika dari adiabatik yang mana bisa mengubah suhu dan udara menjadi panas yang mana semula adalah dingin. Begitu juga sebaliknya, yang mana bisa mengubah keadaan ruangan menjadi dingin yang semula panas.
Dengan proses perubahan suhu dan cuaca tersebut pun tidak mengubah kondisi lingkungan di sekitar ruangan tersebut. Bagaimana? tersinpirasi dengan teknolgi yang canggih ini? Semoga dengan adanya ulasan serta penjelasan di atas bisa bermanfaat dan menambah informasi serta pengetahuan anda.
Menurunkan Persamaan Adiabatik
Hubungan adiabatik antara P dan V
Menurut hukum pertama termodinamika:
dQ = dU + dW….(1)
Untuk satu mol gas, persamaannya adalah:
dW = PdV
dU = nCVdT, dan CV = dU/dT => dU = nCVdT = CVdT (sebagai n=1)
Juga, untuk proses adiabatik, dQ = 0;
Menurut persamaan gas ideal:
PV= RT…..(2) (n =1)
Sekarang masukkan nilai dU dan dW ke dalam persamaan (1):
0 = CVdT + PdV…..(3)
Diferensialkan kedua ruas pada persamaan (2), kita peroleh:
PdV + VdP = RdT
dT= (PdV + VdP)/ R
Menempatkan nilai dT di q..(3)
CV (PdV + VdP)/ R + PdV = 0
CV (VdP) + CV + R (PdV)…(4)
Seperti yang kita ketahui bahwa CP = CV + R memasukkannya ke dalam persamaan..(4)
CV (VdP) + CP (PdV) = 0
Membagi kedua ruas dengan CVPV, kita peroleh:
dP/P + (Cp/Cv)* dV/V = 0
Kita tahu bahwa Cp / Cv = r
dP/P + r* dV/V = 0…….(5)
Integralkan kedua ruas pada persamaan…(5)
= dP/P + r dV/V = C (∵ C, konstanta integral)
= Log e P + r Logₑ V = C
= Log e PV r = C
= PV r = ec
= PV r = G
Hubungan Adiabatik Antara P dan T
Kita sudah tahu bahwa untuk gas ideal, persamaan diberikan oleh,
PV = RT ( untuk satu mol gas)
V = RT/P…(1)
Menempatkan nilai persamaan (1)….dalam persamaan PVr= K
P(RT/P) r = G
= P (1 – r) Tr = G (Konstanta)
Hubungan Adiabatik Antara V dan T
Untuk satu mol gas, PV = RT
P =RT/V
Menempatkan PV r = G, kita mendapatkan
RT/V * Vr = G atau T*V(r – 1) = G/ R
= TV(r – 1) = G (Konstanta)
Persamaan ini menggambarkan hubungan adiabatik antara V dan T untuk gas ideal.
Kompresi dan Ekspansi Adiabatik
Kompresi adiabatik
Tekanan ( P) > Volume (V)
T, S, dan U meningkat selama kompresi.
Dalam silinder mobil, kompresi campuran gas-udara terjadi dalam waktu singkat sehingga dapat terjadi pertukaran panas di antara keduanya.
Ekspansi Adiabatik
Usaha yang dilakukan oleh gas dalam memperbesar volume dan terjadi penurunan suhu.
Mari kita ambil contoh di sini,
(gambar akan segera diupload)
Pada gambar 1, molekul gas terikat erat segera setelah membran tertusuk, volume gas memuai menjadi Volume dV, dan penurunan suhu sebesar dT.
Dalam hal ini, usaha yang dilakukan oleh gas W = PdV dan dQ = 0.
Untuk Proses Adiabatik untuk gas ideal diberikan oleh:
PV r = Konstanta
Adiabatik – Proses yang dapat dibalik dan tidak dapat diubah
Proses Adiabatik yang Dapat Dibalik
Proses adiabatik reversibel pada dasarnya adalah proses isentropik.
Apa itu Proses Isentropik?
Karena dalam proses adiabatik, perpindahan panas adalah nol yang berarti perubahan entropi juga nol. Itu sebabnya proses dikatakan isentropik oleh alam.
Sebagai, S (entropi) =dQ/ dT
dQ akan menjadi nol karena tidak ada perpindahan panas, dQ/ dT = 0
d(S) = 0
Mari Pertimbangkan Beberapa Contoh Kehidupan Nyata:
- Ekspansi uap di turbin uap.
- Gas dalam turbin gas
- Kompresi udara dalam kompresor
PVr konstan sepanjang proses adiabatik reversibel.
Ringkasan
Proses Irreversible tidak bisa berada dalam keadaan quasi-static (proses yang terjadi secara perlahan untuk menjaganya agar tetap dalam keadaan setimbang)
Proses reversibel adalah proses kuasi-statis.
Pertanyaan berbasis aplikasi
1. Mari kita ambil contoh kegiatan sehari-hari, memompa udara di dalam ban sepeda menggunakan pompa tangan. Di sini, kita akan menganggap udara di dalam pompa adalah sistem termodinamika yang memiliki Volume V pada tekanan atmosfer P, dan suhu ruangan, 30°C. Misalkan nosel ban tersumbat dan Anda mendorong pompa hingga volume V. Hitung suhu akhir udara di dalam pompa.
Solusi: Karena nosel ban tersumbat, udara tidak akan mengalir, kita akan menganggap ini sebagai Proses Adiabatik
Ti Vi (r -1) = Tf Vf (r – 1)
Ti = 30°C = (273 + 30) K = 303 K
Vi = V , jadi Vf = V/5
Tf = Ti *(Vi / Vf)(r -1)
= 303 K* 5(1.4 -1)
= 303K * 50.4
= 303 * 1.90365
Tf = 576,81 K
Karena suhu T sangat tinggi, sangat berbahaya untuk menyentuh nosel.
Q2: Dua silinder A dan B dengan ukuran yang sama (keduanya dilengkapi dengan piston) diisi dengan jumlah yang sama dari gas ideal pada suhu kamar. Di dalam silinder A piston bebas bergerak, sedangkan di B piston tetap. Ketika sejumlah kalor ditambahkan ke silinder A naik 30 K. Berapakah kenaikan suhu gas di silinder B?
Solusi: Untuk gas dalam silinder A,
Q (kalor) = nx CpdT 1 , dan untuk silinder B =
nx CvdT 2
Jadi, dT 2 = Cp/Cv x dT 1
= 7/5×30.
(Disini, Cp/Cv = 7/5)
dT 2 = 42 K (dT 2 = Kenaikan suhu di silinder B).