Kesetimbangan Termodinamika; Proses-Proses

Ketika membicarakan tentang temperatur atau tekanan dari suatu sistem, diasumsikan bahwa semua titik dari sistem tersebut memiliki temperatur atau tekanan yang sama, atau pada intinya sama. Jika properti-properti diasumsikan konstan dari satu titik ke titik lainnya dan jika tidak terdapat kecenderungan berubah dengan waktu, terjadi kondisi kesetimbangan termodinamika. Jika temperatur dinaikkan secara tiba-tiba di suatu bagian dari batas sistem tersebut, diasumsikan terjadi distribusi ulang yang spontan sehingga semua bagian dari sistem tersebut memiliki temperatur yang sama.

Jika suatu sistem mengalami perubahan yang besar dalam properti-propertinya ketika dihadapakan pada suatu gangguan kecil, sistem tersbut dikatakan berada pada kondisi kesetimbangan metastabil (metastable equlibrium). Contohnya adalah campuran bensin dan udara, atau sebuah mangkok besar yang diletakkan pada sebuah meja kecil.

Jika suatu sistem berubah dari suatu kondisi kesetimbangan ke kondisi kesetimbangan lainnya, jalur (path) urutan terjadinya perubahan keadaan yang yang dilalui oleh sistem tersebut disebut sebagai suatu proses. Jika, pada saat beralih dari satu kadaan ke keadaan alinnya, devisi kesetimbangannya sangat kecil, prosesnya disebut kuasi kesetimbangan (quasiequilibrium) dan setiap keadaan dlam proses tersebut dapat dianggap sebagai keadaan kesetimbangan. 

Banyak proses seperti misalnya kompresi dan ekspansi gas dalam suatu motor pembakaran internal, dapat diaproksimasikan dengan proses kuasi-kesetimbangan tanpa mengurangi tingkat akurasinya secara signifikan. Jika sesuatu sistem melalui proses tersebut dapat digambarkan pada koordinat-koordinat yang tepat dengan menggunakan garis biasa, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 1-4a. Jika sistem tersebut beralih dari satu keadaan kesetimbangan ke keadaan kesetimbangan lainnya melalui serentetan keadaan non-kesetimbangan (nonequilibrium), yang terjadi adalah proses non-kesetimbangan. Dalam Gbr. 1-4b kurva putus-putus menunjukkan proses yang dimaksud; antara (V_1­, P₁) dan (V₂, P₂) properti-properti yang dilewatkan tidak seragam di seluruh sistem sehingga keadaan dari sistem tersebut tidak terdefinisi dengan baik.

Ketika suatu sistem dalam suatu keadaan awal mengalami serentetan proses kuasi-kesetimbangan dan kembali ke keadaan awalnya, sistem tersebut mengalami suatu siklus. Di akhir siklus, properti-properti dari sistem tersebut  memiliki nilai-nilai yang sama seperti awalnya; lihat Gbr. 1-6.

Awalan iso- ditambahkan di depan nama dari setiap properti yang tidak mengalami perubahan selama proses berlangsung. Proses isotermal adalah proses di mana temperatur dijaga konstan; dalam proses isobarik yang dijaga konstan adalah tekanan; proses isotermik merupakan proses dengan volume konstan. Perhatikan kaki-kai isobar dan isotermik dalam Gbr. 1-6.

 

 

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