Jawaban:

Untuk mencari besarnya kerja torak selama proses ekspansi nitrogen yang terjadi pada perangkat torak-silinder tersebut, kita dapat menggunakan rumus:

W = -PdV

di mana:

W adalah kerja yang dilakukan

P adalah tekanan

dV adalah perubahan volume

Namun, karena proses ekspansi nitrogen yang terjadi merupakan proses politropis, maka tekanan dan volume gas akan bergantung pada suhu. Jadi, kita perlu menggunakan rumus-rumus khas politropis untuk menghitung nilai P dan dV pada saat proses ekspansi tersebut.

Untuk proses politropis, rumus-rumus yang dapat digunakan adalah:

P1/V1 = P2/V2

T1/P1^(k-1) = T2/P2^(k-1)

di mana:

P1 dan V1 adalah tekanan dan volume awal

P2 dan V2 adalah tekanan dan volume akhir

T1 dan T2 adalah suhu awal dan akhir

k adalah koefisien adiabatik, yang merupakan konstanta pada suatu gas yang tergantung pada jenis gas tersebut

Untuk nitrogen, nilai koefisien adiabatik (k) adalah 1,4.

Jadi, untuk mencari nilai P dan dV pada saat proses ekspansi nitrogen terjadi, kita dapat menggunakan rumus-rumus di atas. Menggunakan data yang diberikan, maka nilai P dan dV pada saat proses ekspansi nitrogen terjadi adalah:

P1/V1 = 130 kPa / 0,06 m3 = 2166,67 kPa/m3

P2/V2 = 100 kPa / V2

Dengan menyelesaikan sistem persamaan di atas, maka diperoleh V2 = 0,071 m3

dV = V2 - V1 = 0,071 m3 - 0,06 m3 = 0,011 m3

Setelah nilai P dan dV pada saat proses ekspansi nitrogen terjadi diketahui, kita dapat menggunakan rumus kerja untuk mencari besarnya kerja yang dilakukan. Menggunakan rumus kerja yang telah disebutkan sebelumnya, maka besarnya kerja yang dilakukan selama proses ekspansi nitrogen terjadi adalah:

W = -PdV = -100 kPa x 0,011 m3 = -1,1 kJ

Jadi, besarnya kerja yang dilakukan selama proses ekspansi nitrogen terjadi adalah -1,1 kJ.

Sebagai catatan, nilai kerja yang dihasilkan dari proses ekspansi gas selalu negatif, karena proses ekspansi selalu mengeluarkan energi. Namun, kerja yang negatif ini dapat digunakan untuk mengerjakan sesuatu, seperti menggerakkan mesin atau menghasilkan listrik.