Jenis dan Contoh Proses Termodinamik



itu proses termodinamika mereka adalah fenomena fisik atau kimia yang melibatkan aliran panas (energi) atau kerja antara suatu sistem dan lingkungannya. Ketika berbicara tentang panas, secara rasional muncul gambaran tentang api, yang merupakan manifestasi par excellence dari suatu proses yang melepaskan banyak energi panas.

Sistem ini dapat berupa makroskopik (kereta api, roket, gunung berapi) dan mikroskopis (atom, bakteri, molekul, titik kuantum, dll.). Ini dipisahkan dari sisa alam semesta untuk mempertimbangkan panas atau pekerjaan yang memasuki atau meninggalkan ini.

Namun, tidak hanya aliran panas yang ada, tetapi sistem juga dapat menghasilkan perubahan pada beberapa variabel lingkungan mereka dalam menanggapi fenomena yang dipertimbangkan. Menurut hukum termodinamika, harus ada kompensasi antara respons dan panas sehingga materi dan energi selalu terjaga.

Di atas berlaku untuk sistem makroskopik dan mikroskopis. Perbedaan antara yang pertama dan yang terakhir adalah variabel yang dianggap menentukan keadaan energinya (pada intinya, awal dan akhir).

Namun, model termodinamika bertujuan untuk menghubungkan kedua dunia dengan mengendalikan variabel seperti tekanan, volume dan suhu sistem, menjaga beberapa konstanta ini untuk mempelajari efek dari yang lain..

Model pertama yang memungkinkan perkiraan ini adalah gas ideal (PV = nRT), di mana n adalah jumlah mol, yang ketika membagi antara volume V volume molar diperoleh.

Kemudian, mengekspresikan perubahan antara sistem-sekitar tergantung pada variabel-variabel ini, yang lain dapat didefinisikan sebagai kerja (PV = W), sangat diperlukan untuk mesin dan proses industri.

Di sisi lain, tipe lain dari variabel termodinamika lebih menarik untuk fenomena kimia. Ini secara langsung berkaitan dengan pelepasan atau penyerapan energi, dan tergantung pada sifat intrinsik dari molekul: pembentukan dan jenis hubungan.

Indeks

  • 1 Sistem dan fenomena dalam proses termodinamika
    • 1.1 Fenomena fisik dan kimia
    • 1.2 Contoh fenomena fisik
    • 1.3 Contoh fenomena kimia
  • 2 Jenis dan contoh proses termodinamika
    • 2.1 Proses adiabatik
    • 2.2 Proses isotermal
    • 2.3 Proses isobarik
    • 2.4 Proses isokorik
  • 3 Referensi

Sistem dan fenomena dalam proses termodinamika

Pada gambar di atas, tiga jenis sistem diwakili: tertutup, terbuka dan adiabatik.

Dalam sistem tertutup tidak ada transfer materi antara itu dan sekitarnya, sehingga tidak ada masalah yang bisa masuk atau keluar; Namun, energi dapat melintasi batas kotak. Dengan kata lain: Fenomena dapat melepaskan atau menyerap energi, sehingga memodifikasi apa yang ada di luar kotak.

Di sisi lain, dalam sistem terbuka, cakrawala sistem memiliki garis putus-putusnya, yang berarti bahwa energi dan materi dapat datang dan pergi antara ini dan sekitarnya.

Akhirnya, dalam sistem yang terisolasi, pertukaran materi dan energi antara itu dan lingkungannya adalah nol; untuk alasan ini, pada gambar kotak ketiga tertutup dalam gelembung. Penting untuk mengklarifikasi bahwa lingkungan dapat menjadi bagian dari alam semesta, dan bahwa studi ini adalah yang menentukan seberapa jauh untuk mempertimbangkan ruang lingkup sistem.

Fenomena fisik dan kimia

Apa yang secara khusus fenomena F? Diindikasikan oleh huruf F dan dalam lingkaran kuning, fenomena tersebut adalah perubahan yang terjadi dan dapat berupa modifikasi fisik materi, atau transformasinya..

Apa bedanya? Singkatnya: yang pertama tidak merusak atau membuat tautan baru, sedangkan yang kedua tidak.

Dengan demikian, proses termodinamika dapat dipertimbangkan sesuai dengan apakah fenomena tersebut bersifat fisik atau kimia. Namun, keduanya memiliki kesamaan dalam beberapa properti molekul atau atom.

Contoh fenomena fisik

Pemanasan air dalam pot menyebabkan peningkatan tabrakan antara molekul-molekulnya, ke titik di mana tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfer, dan kemudian perubahan fasa dari cair ke gas terjadi. Dengan kata lain: air menguap.

Di sini molekul air tidak memutus ikatan apa pun, tetapi mereka memang mengalami perubahan energi; atau apa yang sama, energi internal air diubah.

Apa variabel termodinamika untuk kasus ini? Tekanan atmosfer Psebelumnya, suhu yang dihasilkan oleh pembakaran gas memasak dan volume air.

Tekanan atmosfer konstan, tetapi suhu air tidak, karena dipanaskan; atau volumenya, karena molekulnya mengembang di angkasa. Ini adalah contoh dari fenomena fisik dalam proses isobarik; yaitu, sistem termodinamika pada tekanan konstan.

Bagaimana jika Anda menaruh air dengan kacang di dalam panci bertekanan? Dalam hal ini, volumenya tetap konstan (selama tekanan tidak dilepaskan saat memasak biji-bijian), tetapi tekanan dan suhu berubah.

Ini karena gas yang dihasilkan tidak bisa lepas dan berputar di dinding pot dan permukaan cairan. Kita berbicara tentang fenomena fisik lain tetapi dalam proses isokorik.

Contoh fenomena kimia

Disebutkan bahwa ada variabel termodinamika yang melekat pada faktor mikroskopis, seperti struktur molekul atau atom. Apa variabel-variabel ini? Entalpi (H), entropi (S), energi internal (U) dan energi bebas Gibbs (S).

Variabel intrinsik materi ini didefinisikan dan dinyatakan dalam variabel termodinamika makroskopik (P, T dan V), sesuai dengan model matematika yang dipilih (umumnya model gas ideal). Berkat studi termodinamika ini dapat dibuat untuk fenomena kimia.

Sebagai contoh, kami ingin mempelajari reaksi kimia tipe A + B => C, tetapi reaksi hanya terjadi pada suhu 70 ° C. Selain itu, pada suhu di atas 100 ° C, alih-alih menghasilkan C, D dihasilkan.

Dalam kondisi ini, reaktor (rakitan tempat reaksi dilakukan) harus menjamin suhu konstan sekitar 70 ° C, sehingga prosesnya adalah isotermal..

Jenis dan contoh proses termodinamika

Proses adiabatik

Mereka adalah orang-orang di mana tidak ada transfer bersih antara sistem dan lingkungannya. Ini dalam jangka panjang dijamin oleh sistem yang terisolasi (kotak di dalam gelembung).

Contohnya

Contohnya adalah kalorimeter, yang menentukan jumlah panas yang dilepaskan atau diserap dari reaksi kimia (pembakaran, pembubaran, oksidasi, dll.).

Dalam fenomena fisik adalah gerakan yang menghasilkan gas panas karena tekanan yang diberikan pada piston. Demikian juga, ketika arus udara menekan permukaan terestrial, suhunya meningkat karena dipaksa untuk mengembang.

Di sisi lain, jika permukaan lain berbentuk gas dan memiliki kepadatan lebih rendah, suhunya akan menurun ketika merasakan tekanan yang lebih tinggi, memaksa partikel-partikelnya mengembun..

Proses adiabatik ideal untuk banyak proses industri, di mana kehilangan panas yang lebih rendah menyiratkan kinerja yang lebih rendah yang tercermin dalam biaya. Untuk menganggapnya demikian, aliran panas harus nol atau jumlah panas yang masuk harus sama dengan jumlah yang masuk ke sistem..

Proses isotermal

Proses isotermal adalah semua proses di mana suhu sistem tetap konstan. Ini dilakukan dengan melakukan pekerjaan, sehingga variabel lain (P dan V) bervariasi sesuai waktu.

Contohnya

Contoh dari jenis proses termodinamika tidak terhitung. Intinya, banyak aktivitas seluler terjadi pada suhu konstan (pertukaran ion dan air melalui membran sel). Dalam reaksi kimia, semua yang membentuk kesetimbangan termal dianggap sebagai proses isotermal.

Metabolisme manusia berhasil mempertahankan suhu tubuh yang konstan (sekitar 37 ° C) melalui berbagai reaksi kimia. Ini tercapai berkat energi yang diperoleh dari makanan.

Perubahan fase juga merupakan proses isotermal. Misalnya, ketika cairan membeku melepaskan panas, mencegah suhu menurun hingga benar-benar dalam fase padat. Setelah ini terjadi, suhu dapat terus menurun, karena padatan tidak lagi melepaskan energi.

Dalam sistem yang melibatkan gas ideal, perubahan energi internal U adalah nol, sehingga semua panas digunakan untuk melakukan pekerjaan.

Proses isobarik

Dalam proses ini tekanan dalam sistem tetap konstan, memvariasikan volume dan suhunya. Secara umum, mereka dapat terjadi dalam sistem yang terbuka ke atmosfer, atau dalam sistem tertutup yang batasnya dapat dideformasi oleh peningkatan volume, untuk menangkal peningkatan tekanan..

Contohnya

Di dalam silinder di dalam mesin, ketika gas dipanaskan, ia mendorong piston, yang memodifikasi volume sistem.

Jika ini tidak terjadi, tekanan akan meningkat, karena sistem tidak memiliki cara untuk mengurangi tabrakan spesies gas di dinding silinder..

Proses isokorik

Dalam proses isokorik volume tetap konstan. Itu juga dapat dianggap sebagai sistem yang tidak menghasilkan kerja (W = 0).

Pada dasarnya, mereka adalah fenomena fisik atau kimia yang dipelajari di dalam wadah apa pun, apakah dengan agitasi atau tidak.

Contohnya

Contoh dari proses ini adalah memasak makanan, persiapan kopi, pendinginan botol es krim, kristalisasi gula, pembubaran endapan yang sedikit larut, kromatografi penukar ion, dan lain-lain..

Referensi

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17 September 2016). Apa itu Proses Termodinamika? Diambil dari: thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Proses termodinamika. [PDF] Diambil dari: courses.washington.edu
  3. Studi (9 Agustus 2016). Proses Termodinamika: Isobarik, Isochoric, Isothermal & Adiabatic. Diambil dari: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018). Apa Beberapa Contoh Sehari-Hari dari Hukum Termodinamika Pertama & Kedua? Hearst Seattle Media, LLC. Diambil dari: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Hukum Termodinamika Kedua. Diambil dari: entropysite.oxy.edu
  6. 15 Termodinamika. [PDF] Diambil dari: wright.edu