Pengertian Kesetimbangan Termal, prinsip, rumus

Gagasan tentang asal dan sifat istilah kalor telah berubah selama berabad-abad terakhir. Kesetimbangan termal berfokus pada pemahaman perilaku sistem fisik sehubungan dengan konsep panas dan suhu. Bidang fisika termal luar biasa dan diterapkan sebagian besar untuk semua sistem pengetahuan fisika termal untuk lebih memahami fisika. Kesetimbangan termal adalah keadaan di mana suhu dua benda yang awalnya memiliki suhu yang berbeda disamakan, menangguhkan aliran panas untuk mencapai keseimbangan yang memadai.

Ada beberapa konsep dalam fisika yang mungkin orang memahami secara intuitif bahkan sebelum mereka pernah mendengar tentang itu. Seperti kesetimbangan termal, yang begitu integral kehidupan kita bahwa kita cenderung untuk memahami dengan intuisi. Dan beriku ini merupakan pembahasan tentang pengertian kesetimbangan termal.

Pengertian Kesetimbangan Termal

Kesetimbangan termal adalah proses yang mencakup fakta bahwa dua sistem yang bersentuhan satu sama lain memiliki suhu yang seragam, itu merupakan keadaan yang cenderung terjadi ketika sistem bersentuhan satu sama lain.

Secara kualitatif , temperatur dari suatu benda dapat diketahui melalui panas atau dinginnya benda tersebut. Jadi temperatur merupakan sifat kasar dari suatu sistem oleh karenanya dapat dikatakan sebagai besaran makroskopik. Selain temperatur, kualitas makroskopik yang lain adalah volume dan tekanan.

Oleh karena itu suatu keadaan dimana dua buah objek (yang berbeda temperaturnya) dimasukkan dalam suatu bahan yang sama dinamakan suatu kondisi bahan termal. Dengan kata lain, dua buah benda dikatakan dalam keadaan kontak termal bila energi termal dapat bertukar diantara kedua benda tanpa adanya usaha yang dilakukan.

Pada keadaan seperti ini, objek yang lebih tinggi temperaturnya akan mendingin, sedangkan objek yang lebih rendah temperaturnya akan menghangat akan menghangat pada keadaan setimbang, Kesetimbangan termal merupakan situasi yang menunjukkan bahwa dua benda yang dalam keadaan kontak termal saling menukarkan energi termal dalam jumlah yang sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan tergantung dari sifat benda yang mengakibatkan memiliki temperatur yang sama.

Selain itu kesetimbangan termal juga dapat dikatakan pada saat kondisi ketika sistem termal makroskopik diamati telah berhenti berubah dengan waktu. Sebagai contoh, gas ideal fungsi distribusi yang telah stabil tertentu distribusi Maxwell-Boltzman akan berada dalam kesetimbangan termal. Hasil ini memungkinkan satu suhu dan tekanan dapat diberikan ke seluruh sistem. Kesetimbangan termal suatu sistem tidak berarti keseragaman mutlak dalam suatu sistem, misalnya, sistem sungai dapat berada dalam kesetimbangan termal ketika makroskopik distribusi suhu stabil dan tidak berubah pada waktunya, meskipun suhu ruang polusi termal mencerminkan distribusi input dan termal dispersi.

Hukum ke Nol dan Kesetimbangan Termal

Hukum ke nol dari kesetimbangan termal adalah sesuatu yang sangat penting di dalam termodinamika. Konsep dari hukum termodinamika tersebut tidak disadari sepenuhnya sampai ilmu termodinamika mengalami perkembangan.

Konsep temperatur dapat dibuat secara tepat yang pertama pada temperatur yang sama dan sistem yang tidak pada kesetimbangan hermal memiliki temperatur yang berbeda. Hukum ke nol memberitahukan kita definisi operasional dari temperatur dimana tidak terpengaruh pada rangsangan physicology dari sfifat panas pmaupun sifat dingin.

Sekarang kita mencoba untuk memahami maksud dari hokum ke nol. Untuk mengilustrasikan hukum ini, mari kita mempertimbangan dua sampel gas. Hal ini diperjelas dengan gas yang digunakan tidak tergantung apakah padat atau cair yang dipilih. Sample 1 a berada pada volume 1 dan sample 2 berada pada volume 2 ; tekanan dimulai pada P1 da P2 secara berurutan. Pada awalnya, dua sistem dipisahkan satu dengan lainnya dalam kesetimbangan internal . Setelah itu volume dari masing-masing gas dicampur.

Pada proses tersebut 2 sistem gas akan mengalami gaya kontak melalui sekat-sekat dinding pada bidang. Sehingga akan terjadi 2 kemungkinan:

  • Ketika terjadi kontak, tidak terjadi pengaruh pada sistem atau
  • Sampel –sampel tersebut tidak saling mempengaruhi satu dengan lainnya

Pada kemungkinan 1, dinding –dinding didefinisikan sebagai sekat. Pada situasi ini, tekanan dari dua sistem tersebut tidak berpengaruh dengan mletakkan pada keadaan saling berhubungan.

Pada kemungkinan 2, ketika sampel saling berpengaruh satu dengan lainnya, kita akan mengamati bahwa tekanan akan berubah menurut waktu yang pada akhirnya mencapai nilai baru berupa p1’ dan p2’. Setelah sifat dari dua sistem pada kontak termal tidak berubah seiring perubahan waktu yang terjadi , maka kita dapat katakana bahwa dua sistem tersebut berada pada kesetimbangan termal.

Untuk apa Kesetimbangan Termal?

Keseimbangan termal berguna membantu kita untuk memahami beberapa aspek pengoperasian berbagai proses yang terjadi di alam, untuk memahami bagaimana kehilangan energi terjadi di mesin dan untuk mengembangkan efisiensi yang lebih baik di mesin.

Prinsip keseimbangan termal

Secara teoritis, prinsip kesetimbangan termal adalah aspek mendasar dari Hukum Nol, yang memberi tahu kita bahwa jika dua sistem yang terpisah berada pada saat yang sama dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, yang pertama berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Ini adalah prinsip yang sangat penting yang diterapkan dalam termodinamika, yang merupakan cabang fisika yang bertanggung jawab untuk menggambarkan berbagai keadaan keseimbangan yang terjadi pada suatu level.

Ketika sebuah benda panas itu mudah dikenali, tetapi kadang-kadang sulit untuk menjelaskan alasan ini terjadi atau untuk menetapkan jenis proses di dalamnya agar situasi ini terjadi. Ketika sebuah benda memanas, partikel-partikel di dalamnya mulai bergerak dengan cepat; Semakin panas bendanya, semakin cepat partikelnya.

Dengan asumsi pergerakan partikel ini, perlu diketahui apa yang terjadi ketika dua kelompok partikel bersentuhan. Ketika kedua sistem memiliki partikel yang bergerak pada kecepatan yang berbeda, mereka yang bergerak dengan kecepatan lebih lambat akan mengalami percepatan, dan mereka yang bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi akan melambat; dengan kata lain, mereka menemukan keseimbangan. Proses itu harus memperhitungkan proses dunia yang kita alami melalui indera. Dalam kasus dua benda, yang panas akan meneruskan panasnya ke dingin hingga mencapai keseimbangan yang mengarahkan mereka untuk mengekspresikan suhu yang sama.

Rumus

Persamaan yang menunjukkan kepada kita kuantifikasi jumlah kalor yang ditukar dalam transfer antar benda adalah sebagai berikut:

Q = M * C * ΔT

Dimana:

  • Q mewakili jumlah kalor yang dinyatakan dalam kalori
  • M mewakili massa benda yang diteliti
  • C mewakili panas spesifik yang dimiliki benda
  • ΔT mewakili perbedaan suhu.

Ada juga persamaan penting lainnya untuk mendapatkan konsep kesetimbangan termal. Persamaan ini mencoba untuk menyatakan suhu yang akan dimiliki sistem ketika disatukan. Ketika sistem partikel N1, yang pada suhu T1, bersentuhan dengan sistem N2 lainnya, suhu kesetimbangan diperoleh dengan menggunakan rumus:

(N1 * T1 + N2 * T2) / (N1 + N2)

Ketika kedua subsistem memiliki jumlah partikel yang sama, suhu kesetimbangan menurun ke rata-rata antara dua suhu awal.