Untuk waktu yang lama, fisikawan dan perwakilan dari ilmu lain memiliki cara untuk menggambarkan apa yang mereka amati selama eksperimen mereka. Kurangnya konsensus dan adanya sejumlah besar istilah yang diambil "tiba-tiba" menyebabkan kebingungan dan kesalahpahaman di antara rekan kerja. Seiring waktu, setiap cabang fisika memperoleh definisi dan satuan pengukuran yang mapan. Ini adalah bagaimana parameter termodinamika muncul, menjelaskan sebagian besar perubahan makroskopik dalam sistem.
Definisi
Parameter keadaan, atau parameter termodinamika, adalah sejumlah besaran fisika yang bersama-sama dan masing-masing secara terpisah dapat mencirikan sistem yang diamati. Ini termasuk konsep-konsep seperti:
- suhu dan tekanan;
- konsentrasi, induksi magnet;
- entropi;
- entalpi;
- energi Gibbs dan Helmholtz dan banyak lainnya.
Pilih parameter intensif dan ekstensif. Ekstensif adalah yang secara langsung bergantung pada massa sistem termodinamika, danintensif - yang ditentukan oleh kriteria lain. Tidak semua parameter sama-sama independen, oleh karena itu, untuk menghitung keadaan setimbang sistem, perlu untuk menentukan beberapa parameter sekaligus.
Selain itu, ada beberapa perbedaan istilah di antara fisikawan. Karakteristik fisik yang sama dapat disebut oleh penulis yang berbeda baik proses, atau koordinat, atau kuantitas, atau parameter, atau bahkan hanya properti. Itu semua tergantung pada konten di mana ilmuwan menggunakannya. Namun dalam beberapa kasus, ada rekomendasi standar yang harus dipatuhi oleh perancang dokumen, buku teks, atau pesanan.
Klasifikasi
Ada beberapa klasifikasi parameter termodinamika. Jadi, berdasarkan paragraf pertama, sudah diketahui bahwa semua besaran dapat dibagi menjadi:
- ekstensif (tambahan) - zat tersebut mematuhi hukum penambahan, yaitu nilainya tergantung pada jumlah bahan;
- intens - mereka tidak bergantung pada seberapa banyak zat yang diambil untuk reaksi, karena mereka sejajar selama interaksi.
Berdasarkan kondisi zat penyusun sistem, besaran dapat dibagi menjadi besaran yang menggambarkan reaksi fase dan reaksi kimia. Selain itu, sifat-sifat reaktan harus diperhitungkan. Bisa berupa:
- termomekanis;
- termofisika;
- termokimia.
Selain itu, setiap sistem termodinamika menjalankan fungsi tertentu, sehingga parameternya dapatmengkarakterisasi pekerjaan atau panas yang dihasilkan sebagai hasil dari reaksi, dan juga memungkinkan Anda untuk menghitung energi yang dibutuhkan untuk mentransfer massa partikel.
Variabel Status
Keadaan sistem apa pun, termasuk termodinamika, dapat ditentukan dengan kombinasi sifat atau karakteristiknya. Semua variabel yang sepenuhnya ditentukan hanya pada saat tertentu dalam waktu dan tidak bergantung pada bagaimana tepatnya sistem sampai pada keadaan ini disebut parameter keadaan termodinamika (variabel) atau fungsi keadaan.
Sistem dianggap stasioner jika fungsi variabel tidak berubah seiring waktu. Salah satu versi keadaan tunak adalah kesetimbangan termodinamika. Setiap, bahkan perubahan terkecil dalam sistem, sudah merupakan proses, dan dapat berisi dari satu hingga beberapa parameter keadaan termodinamika variabel. Urutan di mana status sistem terus-menerus bertransisi satu sama lain disebut "jalur proses".
Sayangnya, masih ada kebingungan dengan istilah-istilah tersebut, karena variabel yang sama dapat independen dan merupakan hasil dari penambahan beberapa fungsi sistem. Oleh karena itu, istilah seperti "fungsi keadaan", "parameter keadaan", "variabel keadaan" dapat dianggap sebagai sinonim.
Suhu
Salah satu parameter independen dari keadaan sistem termodinamika adalah suhu. Ini adalah nilai yang mencirikan jumlah energi kinetik per unit partikel dalamsistem termodinamika dalam kesetimbangan.
Jika kita mendekati definisi konsep dari sudut pandang termodinamika, maka suhu adalah nilai yang berbanding terbalik dengan perubahan entropi setelah menambahkan panas (energi) ke sistem. Ketika sistem berada dalam kesetimbangan, nilai suhu adalah sama untuk semua "pesertanya". Jika ada perbedaan suhu, maka energi dilepaskan oleh benda yang lebih panas dan diserap oleh benda yang lebih dingin.
Ada sistem termodinamika di mana ketika energi ditambahkan, ketidakteraturan (entropi) tidak meningkat, melainkan menurun. Selain itu, jika sistem tersebut berinteraksi dengan benda yang suhunya lebih tinggi dari suhunya sendiri, maka ia akan menyerahkan energi kinetiknya ke benda tersebut, dan bukan sebaliknya (berdasarkan hukum termodinamika).
Tekanan
Tekanan adalah besaran yang mencirikan gaya yang bekerja pada benda, tegak lurus terhadap permukaannya. Untuk menghitung parameter ini, perlu untuk membagi seluruh jumlah gaya dengan luas objek. Satuan gaya ini adalah pascal.
Dalam hal parameter termodinamika, gas menempati seluruh volume yang tersedia untuknya, dan, di samping itu, molekul-molekul yang menyusunnya terus-menerus bergerak secara acak dan bertabrakan satu sama lain dan dengan wadah tempat mereka berada. Dampak inilah yang menentukan tekanan zat pada dinding bejana atau pada tubuh yang ditempatkan dalam gas. Gaya menyebar secara merata ke segala arah justru karena hal yang tak terdugagerakan molekuler. Untuk meningkatkan tekanan, Anda harus meningkatkan suhu sistem, dan sebaliknya.
Energi dalam
Parameter termodinamika utama yang bergantung pada massa sistem termasuk energi internal. Ini terdiri dari energi kinetik karena pergerakan molekul suatu zat, serta energi potensial yang muncul ketika molekul berinteraksi satu sama lain.
Parameter ini tidak ambigu. Artinya, nilai energi internal adalah konstan setiap kali sistem berada dalam keadaan yang diinginkan, terlepas dari cara (keadaan) itu tercapai.
Tidak mungkin mengubah energi internal. Ini adalah jumlah panas yang dilepaskan oleh sistem dan pekerjaan yang dihasilkannya. Untuk beberapa proses, parameter lain diperhitungkan, seperti suhu, entropi, tekanan, potensial, dan jumlah molekul.
Entropi
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi sistem terisolasi tidak berkurang. Formulasi lain mendalilkan bahwa energi tidak pernah berpindah dari tubuh dengan suhu yang lebih rendah ke yang lebih panas. Ini, pada gilirannya, menyangkal kemungkinan menciptakan mesin gerak abadi, karena tidak mungkin mentransfer semua energi yang tersedia untuk tubuh menjadi kerja.
Konsep "entropi" mulai digunakan pada pertengahan abad ke-19. Kemudian itu dianggap sebagai perubahan jumlah panas ke suhu sistem. Tapi definisi ini hanya berlaku untukproses yang selalu berada dalam kesetimbangan. Dari sini kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut: jika suhu benda-benda yang membentuk sistem cenderung nol, maka entropi juga akan sama dengan nol.
Entropi sebagai parameter termodinamika keadaan gas digunakan sebagai indikasi ukuran keacakan, keacakan gerak partikel. Ini digunakan untuk menentukan distribusi molekul di area dan wadah tertentu, atau untuk menghitung gaya interaksi elektromagnetik antara ion-ion suatu zat.
Enthalpi
Entalpi adalah energi yang dapat diubah menjadi panas (atau kerja) pada tekanan konstan. Ini adalah potensi sistem yang berada dalam kesetimbangan jika peneliti mengetahui tingkat entropi, jumlah molekul dan tekanan.
Jika parameter termodinamika gas ideal ditunjukkan, alih-alih entalpi, kata "energi dari sistem yang diperluas" digunakan. Agar lebih mudah menjelaskan nilai ini kepada diri kita sendiri, kita dapat membayangkan sebuah bejana berisi gas, yang dikompresi secara merata oleh piston (misalnya, mesin pembakaran dalam). Dalam hal ini, entalpi akan sama tidak hanya dengan energi internal zat, tetapi juga dengan pekerjaan yang harus dilakukan untuk membawa sistem ke keadaan yang diperlukan. Mengubah parameter ini hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, dan cara penerimaannya tidak masalah.
Gibbs Energy
Parameter dan proses termodinamika, sebagian besar, terkait dengan potensi energi zat yang membentuk sistem. Jadi, energi Gibbs setara dengan energi kimia total sistem. Ini menunjukkan perubahan apa yang akan terjadi selama reaksi kimia dan apakah zat akan berinteraksi sama sekali.
Mengubah jumlah energi dan suhu sistem selama reaksi mempengaruhi konsep seperti entalpi dan entropi. Selisih antara kedua parameter ini disebut energi Gibbs atau potensial isobarik-isotermal.
Nilai minimum energi ini diamati jika sistem berada dalam kesetimbangan, dan tekanan, suhu, dan jumlah materinya tetap tidak berubah.
Energi Helmholtz
Energi Helmholtz (menurut sumber lain - energi bebas saja) adalah jumlah energi potensial yang akan hilang oleh sistem ketika berinteraksi dengan benda-benda yang tidak termasuk di dalamnya.
Konsep energi bebas Helmholtz sering digunakan untuk menentukan kerja maksimum yang dapat dilakukan suatu sistem, yaitu, berapa banyak panas yang dilepaskan ketika zat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain.
Jika sistem berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamika (yaitu, tidak melakukan pekerjaan apa pun), maka tingkat energi bebasnya adalah minimum. Ini berarti bahwa mengubah parameter lain, seperti suhu,tekanan, jumlah partikel juga tidak terjadi.
