Diagram P-V. Karakteristik gas ideal dapat dengan mudah ditinjau secara makro dari tiga variabel yakni P, V dan T. Ketiga variable ini memiliki hubungan saling berpengaruh satu sama lain sehingga dapat disajikan dalam diagram PVT yang analog dengan xyz pada koordinat kartesian. Dengan demikian PVT pada termodinamika dapat diasumsikan sebagai koordinat.
Hal yang membuat berbeda dengan kartesian, xyz pada kartesian dapat berdiri sendiri tanpa saling mempengaruhi pada gas ideal. Koordinat PVT harus menghubungkan paling sedikit dua variabel yang saling berpengaruh satu sama lain atau hanya boleh ada satu variabel yang konstan. Dengan demikian solusi matematis hubungan keduanya dapat dihitung dengan Persamaan Diferensial Parsial.
Alat bantu dalam analisis matematis ini disebut sebagai Teorema Matematis Koordinat PVT.
Daftar Isi
A. Diagram P-V
Misalkan sejumlah gas dimasukkan ke dalam sebuah piston dengan piston yang dapat bergerak. Ketika (1) piston diberi gaya dari luar yang dikonversi menjadi tekanan oleh permukaan piston atau (2) dipanaskan maka volume dari gas langsung berubah. Perubahan keadaan dari gas ini dapat berpengaruh pada variabel Tekanan (P) dan Volume (V) dari gas.
Cara paling mudah memvisualisasikan perubahan tekanan (P) dan volume (V) yakni dengan menyajikan pada diagram Volume-Tekanan atau lazim disebut diagram PV. Setiap titik pada diagram PV menunjukkan keadaan gas yang berbeda dengan volume pada sumbu horizontal dan tekanan pada sumbu vertikal.
Setiap titik pada diagram PV mewakili keadaan gas yang berbeda. Saat gas melewati proses termodinamika, keadaan gas akan bergeser di sekitar diagram PV, menelusuri jalur saat bergerak (seperti yang ditunjukkan pada diagram di bawah).
Kemampuan membaca informasi pada diagram PV akan membuat kita bisa membuat kesimpulan tentang perubahan internal energi (ΔU), transfer kalor (Q), dan kerja gas (W).
B. Analisis Diagram P-V
Misalkan sejumlah gas dimasukkan ke dalam sebuah silinder dengan penutup piston. Keadaan Gas di dalam silinder tersebut diilustrasikan pada diagram P-V.
Ketika piston ditekan, maka volume dalam piston akan berkurang. Dengan demikian titik awal dari gas yang tadinya ada di Vi kana bergeser ke titik sebelah kiri. Karena diberikan gaya dari luar maka gas di dalam tabung mendapatkan usaha bernilai positif (+W)
Hal sebaliknya juga terjadi pada saat piston di tarik ke luar, maka volume dalam piston akan membesar. Dengan demikian titik awal ini akan bergeser ke kanan. Karena gaya ini ditarik keluar, maka usaha yang dilakukan bernilai negatif karena keluar dari gas (-W).
C. Kerja Gas (W)
Kerja terjadi selama proses termodinamika meliputi seluruh luas yang berada di bawah garis. Hal ini dapat diilustrasikan pada diagram di bawah!
Besar Usaha (kerja termodinamika) ini adalah :
W=F.ds
karena F = PA, maka
W=PA.ds = PdV
Berdasarkan persamaan ini, maka persamaan ini akan berlaku untuk semua grafik yang terbentuk pada diagram P-V, tidak peduli bagaimanapun bentuk grafiknya. Hal ini juga berlaku pada garis-garis kurvatik seperti proses isotermal dan adiabatik.
