Kompresi Isotermal: Pekerjaan Dilakukan pada Suhu Konstan
1 · Memprediksi
Suatu gas dikompresi menjadi volume yang lebih kecil sementara suhunya dijaga konstan (isotermal). Apakah diperlukan lebih banyak pekerjaan untuk mengompresnya lebih jauh?
- Mengompresi ke volume akhir yang lebih kecil membutuhkan lebih sedikit usaha.
- Mengompresi ke volume akhir yang lebih kecil memerlukan kerja yang lebih besar (Wgas yang lebih negatif).
- Usaha yang diperlukan tetap sama berapa pun volume akhirnya.
2 · Pengaturan
- Buka preset kompresi isotermal dan tekan Reset. 1 mol gas dimulai pada 49,9 L, 300 K.
- Aktifkan pembacaan usaha pada gas.
- Tetapkan volume target (akhir) untuk setiap percobaan dan catat usaha yang dilakukan oleh gas.
3 · Kumpulkan Data
| Jilid akhir V₂ (L) | Usaha yang dilakukan oleh gas W_gas (J) |
|---|---|
| 24.94 | |
| 16.63 | |
| 12.47 |
Plot W_gas (sumbu y) terhadap ln(V₂/V₁) (sumbu x) untuk ketiga percobaan Anda, menggunakan V₁ = 49.9 L.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) menggunakan n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Bandingkan dengan tabel.
- W_gas negatif di setiap percobaan. Jelaskan arti nilai negatif secara fisik untuk gas yang dikompresi, dan mengapa kompresi ke V₂ yang lebih kecil menjadikan W_gas lebih negatif.
5 · Perluas
- Sejak ΔU = 0 untuk setiap proses isotermal (suhu tidak berubah), hukum pertama mengatakan Q = W_gas di sini juga. Apakah panas mengalir masuk atau keluar gas selama kompresi ini? Jelaskan menggunakan konvensi tanda Anda.
- Untuk menjaga gas pada suhu konstan saat dikompresi, eksperimen nyata memerlukan reservoir panas yang bersentuhan dengan silinder. Jelaskan mengapa kompresi akan memanaskan gas jika reservoir tersebut tidak ada.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Hukum Pertama Termodinamika
Perubahan energi dalam sama dengan penambahan kalor dikurangi usaha yang dilakukan oleh gas: ΔU = Q − W. Untuk proses gas ideal isotermal, ΔU = 0, sehingga seluruh usaha yang dilakukan pada gas meninggalkan panas.