Keadaan Setimbang Termodinamis

Apabila syarat-syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis terpenuhi, maka sistem berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Dalam keadaan setimbang termodinamis, keadaan koordinat sistem maupun lingkungan sistem cenderung tidak berubah sepanjang masa. Jadi, pada dasarnya Termodinamika hanya mempelajari suatu sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamis. 

Keadaan sistem yang setimbang termodinamis minimal ada dua, yaitu: sistem yang tertutup dan sistem yang terbuka. Suatu sistem dinyatakan tertutup, jika massa dan jumlah partikel sistem tetap. Ini berati, jumlah mol sistem yang tertutup selalu tetap. 

Sebaliknya, sistem dinyatakan terbuka, jika massa dan jumlah partikel sistem berubah-ubah harganya. Ini berarti, jumlah mol sistem yang terbuka selalu berubah-ubah. Dalam keadaan setimbang termodinamis, ternyata c. setiap sistem tertutup dapat digambarkan oleh tiga koordinat sistem dari delapan koordinat yang dipunyainya d. semua eksperimen menunjukkan bahwa antara ketiga koordinat itu terdapat hubungan berikut.
 
f(x, y, z) = 0 . . . . . (3.2)

Ini berarti, dalam keadaan setimbang termodinamis, hanya dua diantara ketiga koordinat sistem yang merupakan variabel (ubahan) bebas. Pernyataan ini dapat dituliskan seperti persamaan 3.3.a, 3.3.b, dan 3.3.c. berikut.
 
x = f( y, z) . . . . . (3.3.a)
y = f(x, z) . . . . . (3.3.b)
z = f(x, y) . . . . . (3.3.c)


Gas berada dalam silinder dengan koordinat sistem,  
G (energi bebas Gibbs dari gasa), p (tekanan gas), H (entalpi gas), S (entropi gas), U (energi dalam gas), V (volume gas), F (energi bebas Helmholtz), dan T (temperatur gas).

 Perhatikan tiga koordinatnya, misalnya: p, V, dan T. 
Andaikan V dan T ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas dimasukkan dalam silinder dengan volume V dan dipanasi sampai temperaturnya mencapai harga T, maka tekanan gas telah memiliki harga tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas.
 Ini berarti: p = f(V,T) . . . . . (3.4.a) 
Andaikan p dan T ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan dipanasi sampai temperaturnya mencapai harga T, maka volume gas telah memiliki harga tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas.
 Ini berarti: V = f( p,T) . . . . . (3.4.b)

 Andaikan p dan V ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan ditekan sampai volumenya mencapai harga V, maka temperatur gas telah memiliki harga tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas. I
ni berarti:T = f( p,V) . . . . . (3.4.c) 
Dengan demikian, secara umum berlaku persamaan: f( p,V,T) = 0 . . . . . (3.5)

 Persamaan 3.5 merupakan persamaan keadaan gas atau persamaan keadaan sistem yang berada dalam keadaan setimbang termodinamis.