12/12/2013

1

FISIKA THERMAL II

1

Ekspansi termal dari benda padat dan cair

Fenomena terjadinya peningkatan volume dari suatu materi

karena peningkatan temperatur disebut dengan ekspansi

termal.

12/12/2013

2

• Ekspansi termal adalah konsekuensi dari perubahan

average separation antar atom dalam suatu materi.

LdT

dL

Ekspansi Linier

• Benda akan memanjang bila temperaturnya meningkat

• Pertambahan panjang proporsional terhadap perubahan

temperatur

• dL/L = dT atau

• dL = L dT atau f

12/12/2013

3

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.

besi= 1,2x10-5 / oC

dL/L = dT

dL = L dT

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

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

12/12/2013

4

L DL

Ekspansi Volume

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

Volume awal = L3

Volume baru

(V+DV) = (L +DL)3

= (L + L DT)3

= (L (1+ DT))3

= L3 (1+ DT)3

= V [1+ 3 DT+ 3( DT) 2 +( DT)3]

Ekspansi Volume (lanjutan)

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

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

Karena DT < 1 untuk nilai DT < 100 °C maka nilai 3( DT) 2

dan ( Dt )3 dapat diabaikan. Sehingga:

DV / V = 3 DT

DV = 3 V DT

3 b → DV = b V DT

12/12/2013

5

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

Unusual Behavior of Water

12/12/2013

6

Gas Ideal

• 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.

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)

12/12/2013

7

AN

Nn

M

mn

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):

• The number of moles contained in a sample can also be

found from its mass. (M: the molar mass of substance)

12/12/2013

8

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.

nV constant22

22

11

11 nT

Vp

nT

Vp

Avogadro’s Law

• 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:-

12/12/2013

9

p

V1

p

nTV

nV

TV

nRTpV

p

nTRV

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 Diagram in Thermodynamic Process

12/12/2013

10

12/12/2013

11

Contoh

Gas dalam suatu wadah dengan volume 120 cm3 berada

pada tekanan 200 kPa temperatur 20 oC. Kemudian

temperatur meningkat menjadi 200 oC

a. Berapakah tekanan jika tidak ada perubahan volume

b. Berapakah tekanan jika ada perubahan volume wadah?

Koefisien muai panjang wadah 11 x 10 -6 / oC

Kinetic Theory of Gases

The pressure that a gas exerts

is caused by the impact of its

molecules on the walls of the

container.

12/12/2013

12

D

D

t

pF

( (

L

mv

vL

mvmvF

2

2

• 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:

p: momentum of molecule

Dt: duration of collision

Vrms = root-mean-square velocity.

L

vmNF rms

2

3

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:

12/12/2013

13

3

2

2 3 L

vmN

L

FP rms

2

2

1

3

2rmsvmNPV

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

Latihan 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)