Persamaan keadaan: Perbedaan antara revisi

Di<ref>{{Cite web}}</ref> dalam [[fisika]] dan [[termodinamika]], '''persamaan keadaan''' adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah [[persamaan konstitutif]] yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih [[fungsi keadaan]] yang berhubungan dengan materi, seperti [[temperatur]], [[tekanan]], [[volume]] dan [[energi dalam]]. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat [[fluida]], campuran fluida, [[padat]]an, dan bahkan bagian dalam [[bintang]].

Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah [[hukum gas ideal]], yang cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi.

Selain memprediksi kelakuan gas dan cairan, terdapat juga beberapa persamaan keadaan dalam memperkirakan volume padatan, termasuk transisi padatan dari satu keadaan kristal ke keadaan kristal lainnya. Terdapat juga persamaan-persamaan yang memodelkan bagian dalam bintang, termasuk [[bintang netron]]. Konsep yang juga berhubungan adalah mengenai [[fluida sempurna]] di dalam [[persamaan keadaan (kosmologi)|persamaan keadaan yang digunakan di dalam kosmologi]].

Pada 1787, fisikawan PerancisPrancis, [[Jacques Charles]] menemukan bahwa oksigen, nitrogen, hidrogen, karbon dioksida, dan udara memuai ke tingkat yang sama pada interval temperatur yang sama, pada lebih dari 80 kelvin. Kemudian, pada [[1802]], [[Joseph Louis Gay-Lussac]] mempublikasikan hasil percobaan yang sama, mengindikasikan adanya hubungan linear antara volume dan temperatur:

Pada 1834 [[Émile Clapeyron]] menggabungkan Hukum Boyle dan Hukum Charles ke dalam pernyataan pertama ''hukum gas ideal''. Awalnya hukum tersebut dirumuskan sebagai ''pV_m''=''R''(''T_C''+267) (dengan temperatur dinyatakan dalam derajat [[Celsius]]). Namun, pekerjaan lanjutan mengungkapkan bahwa angka tersebut sebenarnya mendekati 273,2, dan skala Celsius didefinisikan dengan 0 &nbsp;°C = 273,15 K, memberikan:

Pada 1873, J. D. van der Waals memperkenalkan [[persamaan van der Waals|persamaan keadaan]] pertama yang diturunkan dengan asumsi sebuah volume terbatas yang ditempati oleh molekul gas penyusun.<ref name="van der Waals" >{{cite book | author=van der Waals, J. D. | title=On the Continuity of the Gaseous and Liquid States (doctoral dissertation) | publisher=Universiteit Leiden | year=1873}}</ref> Persamaan baru tersebut merevolusi studi mengenai persamaan keadaan, dan makin dikenalkan melalui persamaan keadaan Redlich-Kwong dan modifikasi Soave pada Redlich-Kwong.

dimana <math>\rho</math> adalah kerapatan, <math>\gamma</math> indeks adiabatik, dan ''e'' energi dalam. Bentuk terakhir adalah murni dalam suku-suku kuantitas intensif dan berguna ketika mensimulasikan [[persamaan Euler]] karena mengekspresikan hubungan antara energi dalam dan bentuk-bentuk energi lain (seperti energi kinetik), sehingga memperkenankan simulasi untuk mematuhi Hukum Pertama.