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