Permukaan P-v-T

Sudah kita ketahui dengan baik bahwa suatu zat dapat eksis dalam tiga fase berbeda: padat, cair, dan gas. Perhatikanlah suatu eksperimen di mana sebuah benda padat berada dalam suatu rangkaian piston-silinder sedemikian rupa, sehingga tekanannya dijaga pada nilai konstan; kalor ditambahkan ke silinder, sehingga menyebabkan zat tersebut melewati semua fase yang berbeda. Eksperimen ini ditunjukkan dalam berbagai tahap dalam Gbr. 2-1. Kita akan mencatat temperatur dan volume spesifik selama eksperimen dilakukan.

Dimulai dari zat padat pada suatu temperatur yang rendah, kemudian kalor ditambahkan sampai zat tersebut mulai mencair. Penambahan kalor lebih lanjut akan mencairkan seluruh zat padat tersebut, sementara temperaturnya tetap konstan. Setelah seluruh zat padat tersebut cair, temperatur dari cairan yang dihasilkan akan meningkat lagi sampai uap mulai terbentuk; keadaan ini disebut keadaan cairan jenuh. Sekali lagi selama perubahan fase dari cairan menjadi uap, yang seringkali disebut mendidih, temperatur tetap konstan walaupun kalor ditambahkan. Akhirnya, semua cairan tersebut menguap dan terjadilah keadaan uap jenuh, setelah itu temperatur kembali meningkat dengan ditambahkannya kalor. Eksperimen ini ditunjukkan secara grafis dalam Gbr. 2-2a. Perhatikan bahwa volume spesifik dari zat padat dan zat cair jauh lebih kecil daripada volume spesifik dari uap. Skala dalam grafik ini telah dilebih-lebihkan untuk menunjukkan secara lebih jelas setiap perbedaan yang ada.

Jika eksperimenini diulangi berkali-kali dengan tekanan yang berbeda-beda, akan diperoleh diagram T-v yang ditunjukkan dalam Gbr. 2-2b. Pada tekanan-tekanan yang melebihi titik kritis, tidak ada lagi perbedaan antara cairan dan uap; zat ini disebut sebagai fluida superkritis. Nilai-nilai properti pada titik kritis untuk berbagai zat ada di dalam label B-3.

Data yang diperoleh dalam suatu eksperimen yang nyata dapat digambarkan dalam bidang tiga dimensi dengan P = P(v,t). Gambar 2-3 menunjukkan sketsa kualitatif dari suatu zat yang mengerut ketika membeku. Untuk zat yang mengembang ketika membeku, bidang padat-cair akan berada pada nilai volume spesifik yang lebih kecil dibandingkan dengan bidang padat. Daerah-daerah di mana terdapat hanya satu fase dibri nama padat, cair, dan uap. Jika terdapat dua fase secara bersama-sama daerah-daerah tersebut diberi nama pada-cair (P-C), padat-uap (P-U), dan cair-uap (C-U). di sepanjang garis tripel, yang merupakan garis dengan temperatur dan tekanan konstan, ketiga fase eksis bersamaan.

Permukaan P-v-T dapat diproyeksikan ke bidang P-v, bidang T-v dan bidang P-T, sehingga memberikan diagram P-v, T-v, dan P-T yang ditunjukkan dalam Gbr. 2-4. Sekali lagi, grafik-grafik ini sengaja didistorsikan agar berbagai daerah terlihat dengan jelas. Perhatikan bahwa jika garis tripel dalam Gbr. 2-3 dilihat paralel trhadap sumbu v, garis tersebut akan terlihat sebagai suatu titik, sehingga disebut sebagai titik tripel. Garis tekanan konstan terlihat pada diagram T-v dan garis temperatur konstan terlihat pada diagram P-v.

Dalam praktek kita terutama tertarik pada situasi-situasi yang melibatkan daerah-daerah cair, cair-uap, dan uap. Uap jenuh terletak di garis uap jenuh dan cairan jenuh terletak di garis cairan jenuh. Daerah disebelah kanan dari garis uap jenuh adalah daerah uap superheat; daerah di sebelah kiri dari garis cairan jenuh adalah daerah cairan terkompresi (juga disebut daerah cairan super dingin). Keadaan superkritis dijumpai pada saat tekanan dan temperatur lebih besar dari nilai-nilai kritisnya.

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.