sifat termal pada material

7/26/2019 Sifat Termal Pada Material

1/25

Sifat Termal pada Material

Oleh :

Triapani Mukti Gilang Anugrah1127030069


2/25

Tujuan em!elajaran

1 "apat mende#ni$ikan kapa$ita$ pana$ dan pana$ $pe$i#k%

2 &atatan mekani$me utama dimana termal energi!era$imila$i dalam !ahan padat%

3 Menentukan k'e#$ien linear ek$pan$i termal (ang di!erikan

peru!ahan panjang (ang men(ertai peru!ahan $uhu tertentu% )% Menjela$kan $e*ara $ingkat fen'mena ek$pan$i termal dari

per$pektif at'm menggunakan 'ten$i energi+,er$u$+interat'mik pemi$ahan l't%

-% Mende#ni$ikan k'ndukti,ita$ termal%

6 Mengetahui dua mekani$me utama pana$ k'nduk$i dalampadatan. dan mem!andingkan !e$ar relatif k'ntri!u$i ter$e!utuntuk ma$ing+ma$ing l'gam. keramik. dan !ahan p'limer%


3/25

&ek lagi pptn(a . $'aln(a !an(ak (angharu$ di r'm!ak ///


4/25

endahuluan

ada aaln(a $etiap materialmemiliki $ifatn(a ma$ing+ma$ing %ada kali ini akan di!aha$ mengenai

$ifat termal . dimana $etiap material(ang !erujud padat akan memiliki$ifat termaln(a ma$ing+ma$ing % Sifat

termal ter$e!ut akan dimiliki 'leh$etiap meterial $eperti pada 'gam .eramik. dan 'limer%


5/25

Sifat

TermalpadaMaterial

apa$ita$Termalan

a$4

5k$pan$iTermal

'ndukti,ita$ Termal

TeganganTermal


6/25

apa$ita$ Termal

ila $e!uah material padatan dipana$kan . maka materialter$e!ut akan mengalami peningkatan $uhu % al inimenandakan !aha terdapat !e!erapa energi telah di$erap%

apa$ita$ pana$ adalah $ifat $uatu material (ang !er$ifatindikatif dimana material ter$e!ut dapat men(erap pana$dari lingkungan luar. (ang merupakan jumlah energi (angdi!utuhkan untuk mengha$ilkan $uatu kenaikan temperatur

kapa$ita$ pana$ ini dapat diukur . $e$uai dengan k'ndi$i

(ang men(ertai perpindahan pana$ % ertama . kapa$ita$pana$ k'n$tan tetap menjaga agar ,'lume k'n$tan &,% 8ang

lainn(a ialah dengan menjaga tekanan luar k'n$tan &p%

amun &phampir $elalu !e$ar dari &,%


7/25

Getaran apa$ita$ ana$ada material padat $aat men(erap pana$ maka at'm+at'm

pen(u$unn(a akan !ergetar $uatu frekuen$i (ang tinggi . halini men(e!a!kan pergerakan at'm . $ehingga ikatan antarat'm dapat lepa$ . maka $aat padatan di!eri $uhu (ang tinggidan !erlang$ung $e*ara teru$ meneru$ men(e!a!kanpelelehan pada material ter$e!ut

am!uran termal elektr'n !e!a$ $elama k'nduk$i elektr'nik!erparti$ipa$i dalam tran$p'rta$i energi $elama k'nduk$itermal

ergerakan at'm pada material padat $aat di!eri $uhu tinggi


8/25

e!ergantungan Suhu dari apa$ta$ ana$

Saat material diperi pana$ maka.

!enda ter$e!ut menerima pana$dalam k'ndi$i ,'lume k'n$tan % Makakapa$ita$ pana$ dalam ,'lume

k'n$tan di lam!angkan dengan &,.dengan &,:

Ketergantungan suhu dari kapasitaspanas pada volume konstan adalah

suhu Debye.


9/25

'ntri!u$i apa$ita$ ana$Mekani$me energi $erap lain juga ada (ang dapat

menam!ah kapa$ita$ pana$ t'tal padatan% Terdapatk'ntri!u$i elektr'nik !aha elektr'n men(erap energi

dengan meningkatkan energi kinetik mereka% amun. inihan(a mungkin untuk elektr'n !e!a$ mereka (ang telahterek$ita$i dari keadaan tingkat da$ar hingga kulit ke+n

5nergi ;ermi %"alam l'gam. han(a elektr'n di keadaan da$ar . energi;ermi mampu !ertran$i$i dan ini han(a meakili $e!agian

ke*il dari jumlah t'tal elektr'n% Se!uah pr'p'r$i (ang le!ihke*il dari elektr'n (ang terek$ita$i ha$il i$'la$i dari !ahan

$emi k'ndukt'r% "alam !e!erapa !ahan pr'$e$+energi$erap lainn(a terjadi pada $uhu tertentu mi$aln(a.

penga*akan elektr'n !erputar dalam !ahan ferr'magneti*$eperti (ang dipana$kan melalui $uhu &urie n(a%


10/25

5k$pan$i Termale!an(akan !ahan padat memperlua$

pemana$an dan k'ntrak ketika didinginkan%eru!ahan panjang dengan $uhu untuk !ahanpadat dapat din(atakan $e!agai !erikut :

Atau

emana$an atau pendinginan dipengaruhi'leh $emua dimen$i (ang ada pada ruang %Olehkaena itu peru!ahan


11/25

ilai ek$pan$i termal pada !e!erapajeni$ material


12/25

5k$pan$i Termal pada 'gamSeperti ter*antum dalam Ta!el 19%1.

k'e#$ien linier ek$pan$i termal untuk!e!erapa l'gam !ia$a !erki$ar antara$ekitar -=10+6dan 2-=10+60&4+1nilai+nilai iniantara !e$arn(a antara mereka untuk !ahan

keramik dan p'limer% Se!agai ahan !erikut$ep't'ng entingn(a menjela$kan. !e!erapaek$pan$i rendah dan terkendali paduanl'gam ek$pan$i telah dikem!angkan. (angdigunakan dalam aplika$i (ang memerlukan$ta!ilita$ dimen$i dengan ,aria$i $uhu%


13/25

5k$pan$i Termal pada eramikekuatan ikatan interat'mik relatif kuat ditemukan dalam!an(ak !ahan keramik (ang ter*ermin dari k'e#$ien (ang relatif

rendah ek$pan$i termal. nilai+nilai !ia$an(a !erki$ar antara$ekitar 0%- = 10+6dan 1- = 10+60&4+1 $erta untuk keramik !entukn'n+kri$talin dan juga mereka (ang memiliki $truktur kri$talku!ik. adalah i$'tr'pik% >ika tidak. itu adalah ani$'tr'pik. dan.pada ken(ataann(a. !e!erapa !ahan keramik. $etelah

pemana$an. k'ntrak dalam !e!erapa arah kri$tal'gra#$ementara memperlua$ pada 'rang lain% ?ntuk gela$ an'rganik.k'e#$ien ek$pan$i tergantung pada k'mp'$i$i% e!uran $ilikaSiO2 tinggi kemurnian ka*a4 memiliki k'e#$ien ek$pan$i ke*il.0%) =10+60&4+1 al ini dijela$kan 'leh kepadatan rendah

kema$an at'm $ehingga ek$pan$i interat'mik mengha$ilkanrelatif peru!ahan dimen$i makr'$k'pik ke*il% ahan keramik(ang akan mengalami peru!ahan $uhu haru$ memiliki k'e#$ienek$pan$i termal (ang relatif rendah. dan di $amping itu.i$'tr'pik%


14/25

5k$pan$i Termal pada 'limer

e!erapa !ahan p'limer mengalami ek$pan$i

termal (ang $angat !e$ar pada pemana$an$eperti (ang ditunjukkan 'leh k'e#$ien (ang!erki$ar dari kira+kira -0 = 10+6hingga )00= 10+60 &4+1 dengan ilai tertinggi @l ditemukan di

linear dan p'limer !er*a!ang karena ikatanantarm'lekul $ekunder lemah. dan ada minimumdari minimal $ilang % "engan meningkat $ilang.(ang !e$arn(a k'e#$ien ek$pan$i !erkurang.

k'e#$ien terendah ditemukan di p'limer jaringantherm'$etting $eperti fen'l+f'rmaldehida. dimana ikatan hampir $eluruhn(a k',alen%


15/25

'ndukti,ita$ Termal'nduk$i termal adalah fen'mena dimana pana$

(ang diangkut dari tinggi ke daerah $uhu rendahdari at% Sifat (ang men*irikan kemampuan dari!ahan untuk mentran$fer pana$ adalahk'ndukti,ita$ termal% "alam per$amaan

matematika dituli$ :

er$amaan diata$ han(a !erlaku untuk k'ndi$imapan aliran+(ang pana$. untuk $itua$i di mana

Buk$ pana$ tidak !eru!ah dengan aktu% >uga.tanda minu$ di diata$ menunjukkan !aha arahaliran pana$ dari pana$ ke dingin. atau !aahgradien $uhu%


16/25

Mekani$me 'nduk$i ana$ana$ diangkut dalam !ahan padat 'leh

kedua gel'm!ang getaran ki$i f'n'n4 danelektr'n !e!a$% Se!uah k'ndukti,ita$ termaldikaitkan dengan ma$ing+ma$ing mekani$meini. dan t'tal k'ndukti,ita$ adalah jumlah dari

dua k'ntri!u$i. atau :

5nergi pana$ (ang terkaitdengan f'n'n ataugel'm!ang ki$i diangkut dalam arah gerakanmereka%a$il k'ntri!u$i dari gerakan !er$ihf'n'n dari tinggi ke rendah+daerah $uhutu!uh di mana gradien $uhu terdapat%


17/25

5lektr'n !e!a$ !erparti$ipa$i dalam k'nduk$itermal elektr'nik %?ntuk elektr'n !e!a$ didaerah pana$ $pe$imen di$ampaikankeuntungan energi kinetik% Mereka kemudian!ermigra$i ke daerah dingin. dimana $e!agianenergi kinetik ini ditran$fer ke at'm $endiri$e!agai energi getaran4 $e!agai k'n$ekuen$idari ta!rakan dengan f'n'n atauketidak$empurnaan lainn(a dalam kri$tal%'ntri!u$i relatif untuk t'tal meningkatk'ndukti,ita$ termal dengan meningkatn(a

k'n$entra$i elektr'n !e!a$. karena le!ih !an(akelektr'n (ang ter$edia untuk !erparti$ipa$idalam pr'$e$ ini tran$feren$i pana$%


18/25

Mekani$me 'nduk$i ana$

"alam l'gam kemurnian tinggi. mekani$me elektr'ntran$p'rta$i pana$ jauh le!ih e#$ien daripadak'ntri!u$i ph'n'n karena elektr'n tidak mudahter$e!ar $e!agai f'n'n dan memiliki ke*epatan

%agipula l'gam adalah k'ndukt'r (ang $angat !aikpana$ karena jumlah relatif !e$ar dari elektr'n!e!a$ ada (ang !erparti$ipa$i dalam k'nduk$i pana$

arena elektr'n !e!a$ !ertanggung jaa! untuk

kedua k'nduk$i li$trik dan termal dalam l'gammurni. peraatan te'riti$ menunjukkan !aha duak'ndukti,ita$ haru$ terkait $e$uai dengan hukumCiedemann+;ran:

'gam


19/25


ahan !ukan l'gam adalah i$'lat'r termal$ejauh mereka tidak $ejumlah !e$ar elektr'n!e!a$% >adi f'n'n terutama !ertanggung jaa!untuk k'nduk$i termal: jauh le!ih ke*il daripadaSekali lagi. f'n'n tidak $eefektif grati$ elektr'ndalam tran$p'rta$i energi pana$ $e!agai aki!atdari $angat e#$ien ph'n'n ham!uran 'leh

ketidak$empurnaan ki$i%am!uran getaran ki$i menjadi le!ih jela$dengan meningkatn(a $uhu. maka.k'ndukti,ita$ termal !ahan keramik (ang palingn'rmal !erkurang dengan meningkatn(a $uhu.$etidakn(a pada $uhu relatif rendah%Se!agaiGam!ar menunjukkan. k'ndukti,ita$ mulai

meningkat pada $uhu tinggi. (ang karenaperpindahan pana$ radia$i: jumlah (ang$igni#kan inframerah pana$ radia$i dapatdiangkut melalui !ahan keramik tran$paran%5#$ien$i dari pr'$e$ ini meningkat dengan$uhu%

eramik


20/25


Seperti ter*antum dalam Ta!el. k'ndukti,ita$ termal untuk$e!agian !e$ar p'limer !erada di urutan 0.3 C D m% ?ntuk!ahan+!ahan ini. perpindahan energi dilakukan dengangetaran dan r'ta$i dari m'lekul rantai% e$arn(ak'ndukti,ita$ termal tergantung pada derajat kri$talinita$.

$e!uah p'limer dengan $truktur (ang $angat kri$tal danmemerintahkan akan memiliki k'ndukti,ita$ le!ih !e$ar dari!ahan am'rf $etara% Eni adalah duet' getaran terk''rdina$ile!ih efektif dari rantai m'lekul untuk negara kri$tal%

'limer $ering digunakan $e!agai i$'lat'r termal karenak'ndukti,ita$ termal (ang rendah% Seperti keramik. $ifati$'lat'r mereka dapat le!ih ditingkatkan 'leh pengenalanp'ri+p'ri ke*il. (ang !ia$an(a diperkenalkan 'leh !er!u$a$elama p'limeri$a$i

'limer


21/25

Tegangan Termal

Tegangan termal adalah tegangan(ang diinduk$i dalam tu!uh $e!agaiaki!at dari peru!ahan $uhu%

emahaman tentang a$al+u$ul dan $ifattegangan termal penting karenatekanan ini dapat men(e!a!kan fraktur

atau tidak diinginkan def'rma$i pla$tike$arn(a F $tre$ (ang di$e!a!kan 'lehperu!ahan $uhu dari Tf ke T0 :


22/25

Tekanan a$il dari Gradien Suhu

etika $uatu !enda padat dipana$kan atau didinginkan.

di$tri!u$i temperatur internal (ang akan tergantung padaukuran dan !entuk. k'ndukti,ita$ termal material. dan lajuperu!ahan temperatur% Tegangan termal dapat didirikan$e!agai ha$il dari gradien $uhu di $eluruh tu!uh. (ang $eringdi$e!a!kan 'leh pemana$an *epat atau pendinginan. dalam$uhu peru!ahan luar le!ih *epat dari interi'r peru!ahandimen$i !erfung$i untuk menahan ek$pan$i !e!a$ atauk'ntrak$i elemen ,'lume (ang !erdekatan dalam p't'ngan%Mi$aln(a. pada $aat pemana$an. ek$teri'r $pe$imen le!ihpana$ dan. karena itu. akan diperlua$ le!ih dari daerahinteri'r% Oleh karena itu. tegangan permukaan tekan diinduk$i

dan $k'r $eim!ang dengan $epuluh $ile interi'r menekankan%'ndi$i $tre$ interi'r ek$teri'r di!alik untuk pendinginan *epat$ehingga permukaan dima$ukkan ke dalam keadaanketegangan%


23/25

Sh'*k termal dari !ahan (ang rapuh?ntuk l'gam ulet dan p'limer. pengenta$an tegangan termaldi$e!a!kan mungkin dilakukan dengan def'rma$i %agaimanapun keuletan n'n pla$tik $e!agian !e$ar keramikmeningkatkan kemungkinan patah geta$ dari tekanan ter$e!ut%endinginan *epat dari tu!uh rapuh le!ih mungkin untukmenim!ulkan thermal $h'*k $eperti dari pemana$an. karenategangan permukaan diinduk$i adalah tarik% &ra*k pem!entukan

dan pr'paga$i dari permukaan kekurangan le!ih mungkin ketikategangan (ang di!erikan adalah tarik % apa$ita$ material untukmenahan $ema*am ini di$e!ut kegagalan (ang termalmengejutkan perlaanan% ?ntuk !adan keramik (ang didinginkandengan *epat. ketahanan terhadap thermal $h'*k tidak han(atergantung pada !e$arn(a peru!ahan $uhu. tetapi juga pada $ifat

mekanik dan termal material%etahanan thermal $h'*k (angter!aik untuk keramik (ang memiliki kekuatan tinggi fraktur @f4

dan k'ndukti,ita$ termal (ang tinggi. $erta m'dulu$ ela$ti$ita$(ang rendah dan k'e#$ien rendah mantan termal pan$i'n


24/25

am!atan dari !an(ak !ahan untuk jeni$kegagalan dapat didekati dengan re$i$ten$i

$h'*k parameter TSH termal:

Thermal $h'*k dapat di*egah denganmengu!ah k'ndi$i ek$ternal untuk tingkat

!aha tingkat pendinginan atau pemana$an!erkurang dan gradien $uhu di $eluruh tu!uhdiminimalkan% M'di#ka$i karakteri$tik termaldan D atau mekani$ dalam er$amaan diata$juga dapat meningkatkan ketahanan thermal

$h'*k material% "ari parameter ini. k'e#$ienek$pan$i termal mungkin paling mudah diu!ahdan dikendalikan


25/25

sifat termal pada material

Documents