Pengertian Keadaan termodinamika, fungsi dan kesetimbangan

Penerapan prinsip-prinsip termodinamika dimulai dengan mendefinisikan sistem yang dalam beberapa hal berbeda dari lingkungannya. Misalnya, sistem dapat berupa sampel gas di dalam silinder dengan piston bergerak, seluruh mesin uap, pelari maraton, planet Bumi, bintang neutron, lubang hitam, atau bahkan seluruh alam semesta. Secara umum, sistem bebas untuk bertukar kalor, usaha, dan bentuk energi lainnya dengan lingkungannya.

Kondisi sistem pada waktu tertentu disebut keadaan termodinamika. Untuk gas dalam silinder dengan piston yang dapat digerakkan, keadaan sistem diidentifikasi oleh suhu, tekanan, dan volume gas. Sifat ini adalah parameter karakteristik yang memiliki nilai tertentu di setiap keadaan bagian dan tidak tergantung pada cara sistem mencapai kondisi tersebut. Dengan kata lain, setiap perubahan nilai properti hanya bergantung pada kondisi awal dan akhir sistem, bukan pada jalur yang diikuti oleh sistem dari satu kondisi ke kondisi lainnya. Properti seperti itu disebut fungsi keadaan. Sebaliknya, usaha yang dilakukan saat piston bergerak dan gas mengembang dan kalor yang diserap gas dari sekitarnya tergantung pada cara terperinci di mana ekspansi terjadi.

Perilaku sistem termodinamika yang kompleks, seperti atmosfer Bumi, dapat dipahami dengan terlebih dahulu menerapkan prinsip keadaan dan sifat-sifat pada bagian-bagian komponennya — dalam hal ini, air, uap air, dan berbagai gas yang membentuk atmosfer. Dengan mengisolasi sampel bahan yang keadaan dan sifatnya dapat dikontrol dan dimanipulasi, sifat dan keterkaitannya dapat dipelajari ketika sistem berubah dari keadaan ke keadaan.

Apa itu Keadaan Termodinamika?

Keadaan termodinamika adalah seperangkat nilai properti sistem termodinamika yang harus ditentukan untuk mereproduksi sistem. Parameter individu dikenal sebagai variabel keadaan, parameter keadaan atau variabel termodinamika.

Apa itu keadaan termodinamika?

Ketika satu set variabel termodinamika yang memadai telah ditentukan, nilai semua properti lain dari sistem ditentukan dengan jelas. Jumlah nilai yang diperlukan untuk menentukan keadaan tergantung pada sistem, dan tidak selalu diketahui.

Fungsi keadaan

Fungsi keadaan adalah kondisi sesaat dari sistem termodinamika. Terlepas dari jalur yang diikuti sistem untuk berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain, perubahan total dari setiap variabel keadaan akan sama. Ini berarti bahwa perubahan inkremental dalam variabel ini adalah diferensial eksak. Beberapa contoh fungsi keadaan adalah entalpi, entropi, tekanan, suhu, volume, dll.

Fungsi keadaan sistem termodinamika umumnya memiliki saling ketergantungan tertentu. Dalam persamaan keadaan gas ideal, dua fungsi keadaan dapat dipilih secara sewenang-wenang sebagai variabel bebas, dan besaran statistik lainnya dianggap sebagai fungsinya. Ketergantungan antara fungsi termodinamika bersifat universal.

Ada beberapa diagram termodinamika yang berfungsi untuk memodelkan transisi antara keadaan termodinamika.

Setiap sistem atau jenis zat dicirikan oleh persamaan keadaan atau persamaan konstitutif yang menghubungkan beberapa variabel keadaan satu sama lain, karena sistem dalam kesetimbangan termodinamika memiliki jumlah derajat kebebasan yang terbatas menurut aturan fase Gibbs.

Keadaan Kesetimbangan Termodinamika

Sistem yang ditemukan di alam biasanya dinamis dan kompleks, tetapi dalam banyak kasus keadaannya dapat digambarkan mendekati kondisi ideal. Salah satu kondisi ideal tersebut adalah keadaan setimbang. Dari banyak pengamatan, termodinamika mendalilkan bahwa semua sistem yang tidak berpengaruh pada lingkungan eksternal akan cenderung berubah untuk mendekati keadaan setimbang.

Keadaan kesetimbangan adalah objek primitif termodinamika klasik atau kesetimbangan, dalam apa yang disebut keadaan termodinamika. Ada beberapa jenis kesetimbangan yang berbeda, yang sesuai dengan variabel fisik yang berbeda, dan sistem mencapai kesetimbangan termodinamika ketika kondisi semua jenis kesetimbangan yang relevan terpenuhi secara bersamaan.

Berikut adalah beberapa jenis keseimbangan.

  • Kesetimbangan termal: ketika suatu sistem dalam kesetimbangan termal suhu di seluruh sistem adalah seragam, sistem dalam kesetimbangan termal.
  • Keseimbangan mekanik: jika pada setiap titik dalam sistem tertentu tidak ada perubahan tekanan dari waktu ke waktu, dan tidak ada pergerakan material, sistem berada dalam kesetimbangan mekanis.
  • Kesetimbangan fase: ini terjadi ketika massa untuk setiap fase individu mencapai nilai yang tidak berubah dari waktu ke waktu.
  • Kesetimbangan kimia: dalam kesetimbangan kimia, komposisi kimia suatu sistem telah stabil dan tidak berubah seiring waktu.