FISIKA TERMAL BAGIAN 2

FISIKA THERMAL (2) yusronsugiarto.lecture.ub.ac.id

MENU HARI INI

Ekspansi Thermal

Gas Ideal

Persamaan Gas

Teori kinetik

Ekspansi termal dari benda padat dan cair

Fenomena terjadinya peningkatan volume dari suatu materi karena peningkatan temperatur disebut dengan ekspansi termal.

Ekspansi termal adalah konsekuensi dari perubahan average separation antar atom dalam suatu materi.

• Benda akan memanjang bila temperaturnya meningkat

• Pertambahan panjang proporsional terhadap perubahan temperatur DL/L = a DT atau DL = a L DT atau

dL

dT aL

L DL

L DL

DL/L = aDT

DL/L = aDT

Ekspansi Linier

Contoh:

• Suatu penggaris besi dikalibrasi pada suhu 20 °C. Hitung error dalam pengukuran jika penggaris tersebut digunakan untuk mengukur sepanjang 500 mm pada temperatur 45 °C. abesi= 1,2x10-5 C-1

DL/L = a DT

DL = L a DT

DL = 500 x10-3 m x 1,2 x10-5 C-1 x 25 °C

DL = 1,5x10-4 m = 0,15 mm

Ekspansi Volume

• Setiap sisi panjang berubah dari L menjadi L+DL = L + La DT

• Volume awal = L3

• Volume baru (V+DV) = (L +DL)3 = (L + La DT)3 = (L (1+a DT))3 = L3 + (1+ a DT)3 = V [1+ 3a DT+ 3(a DT) 2 +(a DT)3]

L DL

Ekspansi Volume (lanjutan)

• V+DV = V [1+ 3a DT+ 3(a DT) 2 +(a DT)3]

DV / V = [3a DT+ 3(a DT) 2 +(a DT)3]

• Karena a DT < 1 untuk nilai DT < 100 °C maka nilai 3(a DT) 2 dan (a Dt )3 dapat diabaikan. Sehingga:

DV / V = 3a DT

DV = 3a V DT

• 3a b → DV = b V DT

L DL

Unusual Behavior of Water

Cairan umumnya akan meningkat volumenya dengan peningkatan temperatur. Kecuali untuk air dingin seperti ditunjukkan pada gambar.

MENU HARI INI

Ekspansi Thermal

Gas Ideal

Persamaan Gas

Teori kinetik

Ideal Gas

An ideal gas is an idealized model for real gases that have sufficiently low densities.

The condition of low density means that the molecules of the gas are so far apart that they do not interact (except during collisions that are effectively elastic).

The ideal gas law expresses the relationship between the absolute pressure (P), the Kelvin temperature (T), the volume (V), and the number of moles (n) of the gas.

Misal gas ideal didalam wadah silinder yang volumenya dapat divariasikan dengan piston yang dapat bergerak. Jika diasumsikan sistem tertutup, maka massa (atau jumlah mol) gas tetap konstan. Pada sistem tersebut dapat diperoleh informasi: Pada temperatur konstan, tekanan berbanding

terbalik dengan volume (Hukum Boyle) Pada tekanan konstan, volume berbanding lurus

dengan temperatur (Hukum Charles) Pada volume konstan, tekanan berbanding lurus

dengan temperatur (Hukum Gay-Lussac)

MENU HARI INI

Ekspansi Thermal

Gas Ideal

Persamaan Gas

Teori kinetik

Amount of Gas

• Better to describe gas in terms of number of moles.

• The number of moles n contained in any sample is the number of particles N in the sample divided by the number of particles per mole NA (Avogadro's number):

AN

Nn

The number of moles contained in a sample can also be found from its mass.

M

mn

Avogadro’s Constant

• One mole of any gas contains the same number of particles. This number is called Avogadro’s constant and has the symbol NA. The value of NA is 6.02 × 1023 particles per mole.

Avogadro’s Law

nV

The most significant consequence of Avogadro's law is that the ideal gas constant has the same value for all gases. This means that the constant is given by:-

constant22

22

11

11 nT

Vp

nT

Vp

Deriving Ideal Gas Equation

• From Boyle’s Law:

• From Charles’s Law:

• From Avogadro’s Law:

• Combining these three:

• Rewriting using the gas constant R:

pV

1

p

nTV

nV

TV

nRTpV

p

nTRV

Therefore:-

PV Diagram in Thermodynamic Process

MENU HARI INI

Ekspansi Thermal

Gas Ideal

Persamaan Gas

Teori kinetik

Kinetic Theory of Gases

The pressure that a gas exerts is caused by the impact of its molecules on the walls of the container.

Consider a gas molecule colliding elastically with the right wall of the container and rebounding from it.

The force on the molecule is obtained using Newton’s second law as follows:

D

D

t

PF

( (

L

mv

vL

mvmvF

2

2

The force on one of the molecule:

According to Newton's law of action–reaction, the force on the wall is equal in magnitude to this value, but oppositely directed.

The force exerted on the wall by one molecule: L

mv2

( ( L

mv

vL

mvmv 2

2

If N is the total number of molecules, since these particles move randomly in three dimensions, one-third of them on the average strike the right wall. Therefore, the total force is:

Vrms = root-mean-square velocity.

L

vmNF rms

2

3

Pressure is force per unit area, so the pressure P acting on a

wall of area L2 is

Since the volume of the box is V = L3, the equation above

can be written as

3

2

2 3 L

vmN

L

FP rms

2

2

1

3

2rmsvmNPV

Contoh soal:

1. Berapa banyaknya massa Cl2 (gram) yang dapat disimpan dalam suatu wadah (kontainer) dengan volume 10 L pada suhu 30 °C dan tekanan 1000 kPa?

2. Pada suhu 150 °C dan tekanan 100 kPa, sebuah senyawa dengan massa 2,506 gram memiliki volume 1 L. Hitung massa molar senyawa tersebut.

3. Berapa vrms dari atom helium yang mengisi sebuah balon dengan diameter 30 cm pada suhu 20 °C dan tekanan 1 atm? (diketahui jumlah atom helium dalam balon sebanyak 3,54 x 1023 dan massa atom helium 6,64 x 10-24 g)

FISIKA TERMAL BAGIAN 2

TERIMA KASIH Yusron sugiarto