Proses Isotermal, Isobarik, Isokhorik & Adiabatik — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa membedakan empat proses gas (isotermal, isobarik, isokhorik, adiabatik) dari besaran yang tetap dan bentuk kurvanya di diagram P-V.

Pompa ban sepeda memanas saat dipompa cepat; udara dalam kaleng tertutup mengembang saat dipanaskan; piston mesin mengembang saat bensin dibakar. Semua itu “perubahan keadaan gas”, tapi masing-masing berbeda: ada yang suhunya tetap, ada yang tekanannya tetap, ada yang volumenya tetap, ada yang tanpa pertukaran kalor. Empat kemungkinan inilah yang membedakan perilaku gas — dan diagram P-V membaca keempatnya dalam satu pandangan. Coba lihat sendiri di bawah.

Geser titik akhir volume pada gas isotermal, lalu amati kurva hiperbola dan luas arsiran yang menyatakan usaha.

Empat proses: empat besaran yang tetap

Setiap kali gas berubah dari satu keadaan ke keadaan lain, satu besaran sering dipertahankan konstan — dan besaran inilah yang memberi nama prosesnya. Isotermal: suhu tetap. Isobarik: tekanan tetap. Isokhorik: volume tetap. Adiabatik: tanpa pertukaran kalor. Tabel di bawah merangkum keempatnya.

Proses	Yang tetap	Bentuk kurva di P-V	Usaha $W$
Isotermal	$T$	Hiperbola $PV = \text{konst.}$	$nRT\ln(V_2/V_1)$
Isobarik	$P$	Garis horizontal	$P\,\Delta V$
Isokhorik	$V$	Garis vertikal	$0$
Adiabatik	$Q = 0$	Hiperbola lebih curam	$-\Delta U$

Kunci membaca diagram P-V: luas di bawah kurva = usaha yang dilakukan gas. Makin luas daerah itu, makin besar usahanya. Inilah mengapa bentuk kurva tiap proses penting — ia menentukan berapa kerja yang bisa dihasilkan atau diterima gas.

Isotermal: suhu tetap, kurva hiperbola

Pada proses isotermal, gas berada dalam kontak termal dengan reservoir suhu konstan — kalor mengalir masuk-keluar supaya suhu tetap. Karena $T$ konstan, hukum gas ideal memberi $PV = nRT = \text{konstan}$ , sehingga $P$ berbanding terbalik dengan $V$ . Kurva P-V berbentuk hiperbola, dan usahanya $W = nRT\ln(V_2/V_1)$ .

Pada alat widget-utama tadi, kamu sudah melihat kurva hiperbola itu. Coba geser titik akhir volume — perhatikan bagaimana tekanan menurun justru saat volume membesar, sementara suhu tak berubah sama sekali.

Isobarik & isokhorik: garis lurus

Pada proses isobarik, tekanan dipertahankan konstan — misalnya piston bebas bergerak dengan beban tetap di atasnya. Kurva P-V berupa garis horizontal, dan usahanya paling mudah: $W = P\,\Delta V$ , yaitu luas persegi panjang di bawah garis. Pada alat di bawah, geser titik akhir volume dan amati luas arsiran (usaha) yang tumbuh sebagai persegi panjang.

Sebaliknya, pada proses isokhorik volume dipertahankan konstan — gas berada dalam wadah kaku yang tak bisa memuai/menyusut. Kurva P-V berupa garis vertikal, tidak ada luas, jadi usaha $W = 0$ . Inilah satu-satunya proses di mana gas tidak melakukan kerja: $W = 0$ . Pada alat di bawah, geser titik akhir tekanan dan perhatikan tidak ada luas arsiran — usaha nol betapapun tekanan berubah.

Adiabatik: kurva lebih curam dari isotermal

Pada proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk-keluar — wadah terisolasi sempurna atau proses berlangsung terlalu cepat untuk pertukaran kalor. Kurva P-V masih berbentuk hiperbola, tetapi lebih curam daripada isotermal karena suhunya ikut berubah (tidak seperti isotermal yang suhunya konstan). Hubungannya $PV^\gamma = \text{konstan}$ , dengan $\gamma = C_p/C_v$ (udara diatomik $\approx 1{,}4$ ).

Pada alat di bawah, bandingkan kurva adiabatik dengan kurva isotermal pada titik awal yang sama. Saat volume membesar, kurva adiabatik turun lebih cepat — karena suhu juga turun selain tekanan.

Pada grafik perbandingan di bawah, dua kurva dilukis berdampingan: isotermal (naik-turun landai) dan adiabatik (naik-turun curam) dari titik awal yang sama. Inilah perbedaan visual paling jelas antara dua proses yang paling sering tertukar.

Topik empat proses termasuk elemen kalor-termodinamika TKA Fisika (kerangka TKA 045/H/AN/2025). Soal paling sering: (1) identifikasi proses dari “apa yang tetap” (kalimat “di wadah kaku” = isokhorik; “dengan piston bebas” = isobarik; “sangat cepat” = adiabatik); (2) hitung usaha dari luas di bawah kurva P-V; (3) bandingkan kecuraman isotermal vs adiabatik. Kunci: tentukan dulu besaran tetap, baru pilih rumus.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebanyak 2 mol gas ideal bersuhu tetap 300 K mengembang isotermal dari volume 1 liter menjadi 4 liter. ( $R = 8{,}314$ J/mol·K, $\ln 4 \approx 1{,}386$ .) (a) Berapa usaha yang dilakukan gas? (b) Berapa kalor yang diserap?

$W = nRT\ln(V_2/V_1) = 2 \times 8{,}314 \times 300 \times \ln(4/1)$ . Substitusi $\ln 4 \approx 1{,}386$ .

$W = 2 \times 8{,}314 \times 300 \times 1{,}386 = 4.989 \times 1{,}386 \approx 6.914$ J. Inilah usaha yang dilakukan gas saat mengembang isotermal.

Pada isotermal, $\Delta T = 0$ , sehingga $\Delta U = 0$ . Maka $Q = W \approx 6.914$ J. Seluruh kalor yang diserap keluar sebagai usaha — inilah ciri khas proses isotermal.

Jebakan: tertukar antara isobarik (garis horizontal) dan isokhorik (garis vertikal). Yang benar: P tetap → horizontal (isobarik); V tetap → vertikal (isokhorik). Cara mengingat: sumbu-y adalah P, jadi P konstan = garis mendatar; sumbu-x adalah V, jadi V konstan = garis tegak.

Jebakan: menyangka kurva adiabatik sama landai dengan isotermal. Yang benar: adiabatik lebih curam karena suhu ikut berubah selama ekspansi/kompresi (tidak ada kalor yang masuk-keluar menggantikan). Bentuk matematika: isotermal $PV = \text{konst.}$ , adiabatik $PV^\gamma = \text{konst.}$ dengan $\gamma > 1$ .

Jebakan: mengira “proses cepat = isotermal”. Yang benar: proses yang sangat cepat justru adiabatik, karena terlalu cepat untuk pertukaran kalor dengan lingkungan. Isotermal justru menuntut proses cukup lambat supaya suhu sempat merata. Pompa ban yang dipompa cepat memanas = adiabatik, bukan isotermal.

Empat proses: isotermal ( $T$ tetap), isobarik ( $P$ tetap), isokhorik ( $V$ tetap), adiabatik ( $Q = 0$ ).
Luas di bawah kurva P-V = usaha gas; $W = 0$ hanya pada isokhorik.
Isotermal: kurva hiperbola $PV = \text{konst.}$ ; $W = nRT\ln(V_2/V_1)$ .
Isobarik: garis horizontal; $W = P\,\Delta V$ (luas persegi panjang).
Adiabatik: kurva lebih curam dari isotermal karena suhu ikut berubah; $PV^\gamma = \text{konst.}$ .