Kesetimbangan Termodinamika Lokal dan Global

Kesetimbangan Lokal dan Global

Adalah penting untuk membedakan antara kesetimbangan termodinamika global dan lokal. Dalam termodinamika, perubahan dengan sistem dan antara sistem dan luar dikontrol oleh parameter intensif. Sebagai contoh, suhu mengontrol perubahan panas. Kesetimbangan Termodinamika global berarti bahwa parameter intensif itu homogen dalam sistem keseluruhan, sedangkan kesetimbangan termodinamika lokal berarti parameter intensif bervariasi dalam ruang dan waktu, tetapi variasi itu dengan pelan untuk setiap titik, yang dapat mengasumsikan kesetimbangan dalam kesetimbangan termodinamika dalam lingkungan titik tersebut.
Jika gambaran sistem dengan variasi dalam parameter intensif begitu luas, banyak asumsi sebelumnya yang mana definisi parameter intensif ini akan rusak, dan sistem tidak pernah akan berada dalam kesetimbangan global maupun lokal. Contohnya, suatu jumlah tabrakan yang pasti untk suatu partikel untuk setimbang pada lingkungannya. Jika jarak rata-rata partikel yang telah bergerak selama tabrakan menghilang dari lingkungan yang setimbang, dia tidak pernah akan setimbang dan tidak ada kesetimbangan termodinamika lokal. Secara definisi, suhu adalah perbandingan rata-rata energi dalam dari suatu lingkungan yang setimbang. Karena tidak ada lingkungan yang setimbang, konsep suhu salah, dan suhu menjadi tak terdefinisi.
Adalah penting untuk diingat bahwa kesetimbangan lokal hanya dapat diaplikasi pada suatu subset pasti dari partikel-partikel dalam sistem. Contohnya, Kesetimbangan Termodinamika Lokal biasanya hanya diaplkasikan pada partikel besar. Dalam gas yang memancar, foton-foton yang sedang dipancarkan dan diserap oleh gas tidak perlu berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan masing-masing atau dengan partikel-partikel besar dari gas agar kesetimbangan termodinamika lokal ada. Pada kasus yang sama, tidak perlu diperhatikan elektron bebas yang ada dalam kesetimbangan dengan atom-atom dan molekul yang lebih banyak agar kesetimbangan termodinamika lokal ada.
Sebagai contoh, kesetimbangan termodinamika akan selalu ada dalam suatu gelas yang beridi air yang mengandung es balok yang melebur. Suhu di dalam gelas dapat didefinisikan pada suatu titik, tetapi dia lebih dingin dekat es balok daripada jauh darinya. Jika energi molekul ditempatkan dekat suatu titik yang diberi diobservasi, mereka akan didistribusikan menurut distribusi Maxwell-Boltzmann untuk suhu tertentu. Jika energi-energi molekul didetempatkan ekat titik yang lain diamati, mereka akan didistribusikan menutur distribusi Maxwell-Boltzman untuk temperatur lainnya.
Kesetimbangan termidinamika lokal tidak mempertimbangkan stasioner lokal dan global. Dengan kata lain, masing-masing lokalitas kecil tidak membutuhkan suhu yang tetap. Tetapi, dia memerlukan masing-masing perubahan lokalitas kecil secara perlahan untuk menopang dengan praktis distribusi Maxwell-Boltzman lokal kecepatan molekul. Suatu keadaan ketidaksetimbangan dapat menjadi stasioner stabil jika dipertahankan oleh perubahan di anatara sistem dan linkungan. Contohnya, statisoner yang stabil secara global dapat dipertahankan di bagaian dalam gelas yg berisi air dengan penambahan bubuk halus ke dalamnya agar mengimbangi titik leburnya, dan secara tetap pengeringan lelehan air. Fenomena transport adalah proses yang mengatur bentuk sistem kesetimbangan termodinamika lokal ke global. Kembali lagi pada contoh, difusi panas akan mengatur gelas terhadap kesetimbangan termodinamika, suatu keadaan dengan suhu gelas homogen sempurna.