Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Fisika Panas2 SKS
Adhi Harmoko S
Balon dicelupkan ke Nitrogen Cair
Balon dicelupkan ke Nitrogen CairBagaimana fenomena ini dapat diterangkan ?
Apa yang terjadi dengan molekul-molekul gas di dalam balon ?
Bagaimana efek temperatur nitrogen cair terhadap molekul gas di dalam balon ?
Balon dicelupkan ke Nitrogen Cair
Bagaimana ???Bagaimana menganalisis suatu zat yang terdiri atas banyak atom bergerak secara acak
Mungkinkan hukum mekanika klasik mampu menjelaskan hal tersebut
Molukul dalam gas sangat banyak 1025 /m3
Perlu pendeketan statistik untuk menentukan rata-rata dari sejumlah ukuran tertentu
Rata-rata besaran tersebut berhubungan dengan variabel makroskopis
Teori Kinetik
Adhi Harmoko S
Asumsi model teori kinetik gasGas terdiri dari sejumlah sangat besar molekul yang identik yang masing-masing bermassa m tetapi tidak mempunyai struktur internal dan ukurannya diabaikan. Antar molekul tidak mengalami gaya yang berhubungan dengan jarak. Artinya tidak ada perubahan energi potensial. Jadi informasi yang terpenting adalah energi kinetik molekul.Molekul-molekul bergerak secara random dengan distribusi laju yang tidak tergantung pada arah gerak.Tumbukan antara molekul dengan dinding adalah elastik dan mengikuti hukum kekekalan energi dan momentum.
Animasigerakan molekul tunggal dalam kotak, banyak molekul
Animasimodel gerakan molekul-molekul gas di dalam kotak
Pemodelan matematis
Perubahan momentum
xxx vm2 )vm (– –vm v)(m ==Δ
Pemodelan matematisGaya selama tumbukan untuk satu molekul (Hk. Newton 2)
ll
2x
x
x mv v
2)vm(2
tv)(m
F ==Δ
Δ=
Total gaya pada dinding
( )22221m F xNxx vvv +++= Ll
Kecepatan rata-rata pada arah x
Nvvv
v2xN
2x2
2x12
x
+++=
L
Maka gaya dapat dituliskan
2xvN
m Fl
=
Pemodelan matematisKecepatan untuk semua vektor
Gaya tumbukan untuk N molekul
3v
Nm
F2
l= ( ) 212vvrms =
Tekanan pada dinding
lAvmN
31
AF
P2
==
2z
2y
2x
2 vvvv ++=
Karena gerakan molekul dianggap random
2z
2y
2x vvv ==
2x
2 v3v =
Pemodelan matematisTekanan gas
V
vmN31
P2
=
Tekanan gas muncul karena tumbukan berulangkali antara molekul-molekul gas dengan dinding
Gas Ideal
TkN VV
vmN
32
VP2
21
==
Pemodelan matematisEnergi kinetik translasi rata-rata dari molekul
Tk23
vm21
K2==
Temperatur dari Gas Ideal adalah merupakan ukuran dari energi kinetik rata-rata dari molekulnya
Bagaimana?Bagaimana dengan energi kinetik dari setiap molekul ?
Bagaimana dengan kecepatan dari sebuah molekul ?
Distribusi Kecepatan Molekul
Adhi Harmoko S
Distribusi Kecepatan Molekul
( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
Tkvm 2212 - expV
Tk2m
N4vf32
ππ
Kecepatan Puncak
Kecepatan rata-rata
Kecepatan rms
m Tk
1,41m Tk
2vp ≈=
m Tk
1,60m Tk8
v ≈=π
m Tk
73.1m Tk
3vrms ≈=
Pengaruh temperatur terhadap laju reaksi kimia, ditinjau dari Distribusi Maxwell
2KI (L) + Pb(NO3)2 (L) → PbI2 (S) + 2KNO3 (L)
Persamaan Keadaan Gas Ideal
Akurat apabilaTekanan tidak terlalu tinggiTemperatur jauh lebih dari titik cair
TkNVP =
Gas Riel
T
Gas Ideal
Gas Riel
Gas RielPengamatan : terjadi penyimpangan pada Diagram PV dari Gas Ideal.
Gas Ideal merupakan pendekatan dari Gas Riel, sesuai jika tekanan gas tidak terlalu tinggi dan temperatur gas jauh dari temperatur titik embun.
Koreksi gas riel terhadap teori kinetik gas
Gas terdiri dari sejumlah sangat besar molekul yang identik yang masing-masing bermassa m tetapi tidak mempunyai struktur internal dan ukurannya diabaikan.
Ukuran gas adalah tertentu ( ) R T nb n-VP =
Persamaan keadaan Clausius R T b -nV
P =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
Koreksi gas riel terhadap teori kinetik gas
Antar molekul tidak mengalami gaya yang berhubungan dengan jarak. Artinya tidak ada perubahan energi potensial. Jadi informasi yang terpenting adalah energi kinetik molekul.
Antar molekul ada gaya listrik van der Waals
2
nV
a
bnVR T
P
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−−
=
R TbnV
(V/n)a
P 2 =⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛+
Atau Persamaan Keadaan Van der Waals
Latihan – 1Tentukan energi kinetik translasi rata-rata dari sejumlah molekul gas ideal pada temperatur 37°C!
Dengan menggunakan persamaan energi kinetik dan menkonversi 37°C menjadi 310 K
( )( ) J106,42K 310J/K101,3823
Tk23
K 21-23 ×=×== −
Latihan – 2Delapan buah partikel bergerak dengan kecepatan (m/s) : 1,0; 6,0; 4,0; 2,0; 6,0; 3,0; 2,0; dan 5,0. Tentukan keceptan rata-rata dan kecepatan rms
Kecepatan rata-rata
Kecepatan rms
m/s 3.68
52362461v =
+++++++=
m/s 48
52362461v
22222222
rms =+++++++
=
Latihan – 3 Tentukan kecepatan rms molekul udara (O2 dan N2) pada temperatur ruang (20°C)
Untuk oksigen
Untuk nitrogen
( )( )( )( ) 480m/skg101,6632
293KJ/K101,383m
3kTv 26
23
rms =××
== −−
( )( )( )( ) m/s105kg101,6628
293KJ/K101,383m
3kTv 26
23
rms =××
== −−
PRMisalkan sebuah sampel gas helium pada temperatur 300 K terdiri atas 106 atom (setiap atom He mempunyai massa 6,65×10-27 kg).
Tentukan kecepatan maksimum dari atom helium tersebutEstimasikan berapa banyak tom dalam sampel yang mempunyai kecepatan antara vp dan vp + 40 m/sAnggaplah suatu kecepatan v = 10vp, hitunglah jumlah molekul yang mempunyai kecepatan antara v dan v + 40 m/s
Fisika Panas�2 SKSBalon dicelupkan ke Nitrogen CairBalon dicelupkan ke Nitrogen CairBalon dicelupkan ke Nitrogen CairBagaimana ???Teori KinetikAsumsi model teori kinetik gasAnimasiAnimasiPemodelan matematisPemodelan matematisPemodelan matematisPemodelan matematisPemodelan matematisBagaimana?Distribusi Kecepatan MolekulDistribusi Kecepatan MolekulPengaruh temperatur terhadap laju reaksi kimia, ditinjau dari Distribusi MaxwellPersamaan Keadaan Gas IdealGas RielGas RielKoreksi gas riel terhadap teori kinetik gasKoreksi gas riel terhadap teori kinetik gasLatihan – 1Latihan – 2Latihan – 3 PR