Pengertian Kesetimbangan Termodinamika dan syarat kondisinya

Hukum ke nol termodinamika dimulai dengan definisi sederhana dari kesetimbangan termodinamika. Hal ini menemukan sejumlah sifat dari objek, seperti tekanan dalam volume gas, panjang batang logam, atau konduktivitas listrik dari kawat, dapat berubah ketika obyek dipanaskan atau didinginkan. Jika dua benda tersebut dibawa ke dalam kontak fisik ada awalnya perubahan dalam milik kedua objek.

Mari kita anggap bahwa ada dua benda pada suhu yang berbeda, satu panas dan satu dingin. Ketika kedua benda ini saling bersentuhan, suhu kedua benda akan berubah. Benda yang panas akan cenderung menjadi lebih dingin sedangkan benda yang dingin akan cenderung menjadi lebih panas. Akhirnya kedua benda akan mencapai suhu yang sama dan mereka dikatakan berada dalam kesetimbangan termodinamika satu sama lain. Dalam sistem terisolasi ketika tidak ada perubahan dalam sifat makroskopik sistem seperti entropi, energi internal dll, dikatakan dalam kesetimbangan termodinamika. Keadaan sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamika ditentukan oleh sifat intensif seperti suhu, tekanan, volume, dll.

Setiap kali sistem berada dalam kesetimbangan termodinamika, ia cenderung tetap dalam keadaan ini tanpa batas dan tidak akan berubah secara spontan. Jadi ketika sistem berada dalam kesetimbangan termodinamika tidak akan ada perubahan spontan dalam sifat makroskopiknya.

Pengertian Kesetimbangan Termodinamika

8Mesin panas klasik Carnot

Dalam termodinamika, suatu sistem termodinamik disebut berada dalam kesetimbangan termodinamik bila sistem tersebut berada dalam keadaan setimbang mekanis, setimbang termal dan setimbang secara kimia. Dalam kesetimbangan termodinamik, tidak ada kecenderungan untuk terjadi perubahan keadaan, baik untuk sistem maupun untuk lingkungannya.

Kesetimbangan mekanis terjadi apabila tidak ada gaya yang takberimbang di bagian dalam sistem, dan juga antara sistem dan lingkungannya. Dalam kesetimbangan termal, semua bagian sistem bertemperatur sama, dan sistem juga memiliki suhu yang sama dengan lingkungannya.

Dalam kesetimbangan kimia, suatu sistem tidak mengalami perubahan spontan dalam struktur internalnya, seperti reaksi kimia. Sistem dalam kesetimbangan kimia juga tidak mengalami perpindahan materi dari satu bagian sistem ke bagian sistem lainnya, seperti difusi atau pelarutan.

Bila ketiga syarat kesetimbangan tersebut tidak dipenuhi, maka sistem termodinamik disebut berada dalam keadaan tidak setimbang.

Termodinamika klasik meliputi keadaan kesetimbangan dinamis. Keadaan lokal dari suatu sistem pada kesetimbangan termodinamika ditentukan oleh nilai dari parameter intensifnya, seperti tekanan dan suhu. Untuk lebih spesifik, kesetimbangan termodinamika dikarakteristikkan oleh potensial termodinamika minimum, seperti energi bebas Helmhlotz, yaitu sistem pada suhu dan volume sama:

A = U – TS;

atau energi bebas Gibbs, yaitu sistem dengan tekanan dan suhu tetap:

G = H – TS.

di mana T = suhu, S = entropi, U = energi dalam dan H= entalpi. Energi bebas Helmholtz sering dinotasikan dengan simbol F, tetapi penggunaan A dipilih oleh IUPAC.

Proses yang mengatur suatu kesetimbangan termodinamika disebut termalisasi. Suatu contoh adalah suatu sistem dengan partikel yang berinteraksi tidak terganggu oleh pengaruh luar. Dengan interaksi, mereka akan menggabungkan energi/momentum di antara mereka dan mencapai suatu keadaan di mana statistik umum tidak berubah terhadap waktu.

Kondisi untuk Kesetimbangan Termodinamika

Sistem dikatakan dalam kesetimbangan termodinamika jika kondisi untuk ketiga kesetimbangan berikut dipenuhi:

  • Kesetimbangan mekanik
  • Kesetimbangan kimia
  • Kesetimbangan termal

Kesetimbangan mekanik:

Ketika tidak ada gaya yang tidak seimbang di dalam sistem dan antara sistem dan lingkungan, sistem dikatakan berada di bawah keseimbangan mekanik. Sistem juga dikatakan berada dalam kesetimbangan mekanik jika tekanan di seluruh sistem dan antara sistem dan sekitarnya sama. Setiap kali beberapa gaya yang tidak seimbang ada di dalam sistem, mereka akan dinetralkan untuk mencapai kondisi keseimbangan. Dua sistem dikatakan berada dalam kesetimbangan mekanis satu sama lain jika tekanannya sama.

Kesetimbangan kimia:

Sistem dikatakan dalam kesetimbangan kimia ketika tidak ada reaksi kimia yang terjadi di dalam sistem atau tidak ada transfer materi dari satu bagian sistem ke bagian lain karena difusi. Dua sistem dikatakan berada dalam kesetimbangan kimia satu sama lain jika potensial kimianya sama.

Kesetimbangan termal:

Ketika sistem berada dalam kesetimbangan mekanik dan kimia dan tidak ada perubahan spontan dalam sifat-sifatnya, sistem dikatakan dalam kesetimbangan termal. Ketika suhu sistem seragam dan tidak berubah di seluruh sistem dan juga di sekitarnya, sistem dikatakan kesetimbangan termal. Dua sistem dikatakan setimbang termal satu sama lain jika suhunya sama.

Agar sistem menjadi kesetimbangan termodinamika, sistem harus berada di bawah kesetimbangan mekanik, kimia, dan termal. Jika salah satu dari kondisi di atas tidak terpenuhi, sistem dikatakan tidak seimbang.

Baca Juga

© 2022 Sridianti.com