SISTEM TERMODINAMIKA SEDERHANA

( LEMPENGAN DIELEKTRIK, BATANG PARAMAGNETIK,

KUANTITAS INTENSIF DAN EKSTENSIF )

KELOMPOK VIII

ANGGOTA : KARTIKA WIDYANINGRUM (113224015)

FITRI ROHMAISA (113224027)

RIA SEPTITIS MENTARI (113224208)

AMELIA RAMADHANI N (113224212)

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

JURUSAN FISIKA

LEMPENGAN DIELEKTRIK

Ditinjau dari sebuah kapasitor yang terdiri atas dua keping penghantar

sejajar yang luasnya A dan dimensi linearnya besar dibandingkan dengan

jarak l antara keping itu. Ruang diantara kedua keping diisi dengan dielektrik

padat isotropik atau cair. Jika beda potensial diberikan antara kedua keping,

medan listrik E timbul dalam dielektrik antara kedua keping itu. Jika pusat

grafitasi muatan + dan – dalam masing-masing molekul mula-mula berimpit,

misalnya jika molekul dielektrik mula-mula non polar, efek medan listrik ialah

memisahkan setiap molekul sehingga masing-masing molekul polar dalam

arah medan listrik. Jika molekul polar secara alamiah dengan sumbu polar

terdistribusi rambang, maka efek medan listrik adalah menimbulkan orientasi

parsial dari sumbu polar molekul dalam arah medan listrik. Kedua efek sama

dalam kedua hal ini, dan derajat orientasi molekul polar terimbas atau alamiah

dalam arah medan yang dapat dihitung dalam muatan listrik yang terimbas

pada salah satu permukaan dielektrik dikalikan dengan tebal dielektrik,

menghasilkan kuantitas yang disebut momen listrik total atau polarisasi listrik

total yang akan diberi lambang huruf kapital pi (Π ) . jika volume dielektrik itu

V, perpindahan listrik dielektrik D, yang besarnya

D=ϵ 0Ε=ΠV

Polarisasi Π yang ditimbulkan oleh Ε bergantung pada sifat dielektrik

dan temperatur. Biasanya, zat dielektrik mengalami perubahan volume yang

sangat kecil dalam percobaan yang dilakukan pada tekanan atmosfer. Jadi

tekanan dan volumenya dapat kita lupakan dan kita dapat memberikan

dielektrik dengan pertolongan koordinat termodinamik berikut :

1. Intensitas listrik E, yang diukur dalam V/m.

2. Polarisasi Π , yang diukur dalam C.m

3. Temperatur gas ideal θ

Banyak terdapat dielektrik yang persamaan keadaannya pada

temperatur diatas 10K diberikan oleh

ΠV

=(a+ bθ )EDengan a dan b merupakan tetapan.

BATANG PARAMAGNETIK

Tanpa medan magnetik eksternal, zat paramagnetik bukan merupakan

magnet. Setelah dimasukkan dalam medan magnet, barulah zat tersebut

termagnetisasi dalam arah medan. Namun permeabilitasnya masih hampir

sama dengan satu, tidak seperti besi, yang permeabilitasnya sangat besar.

Namun, kristal paramagnetik tertent memainkan peranan yang penting dan

menarik dalam fisika modern, terutama pada temperatur yang sangat rendah.

Percobaan mengenai bahan paramagnetik biasanya dilakukan pada cuplikan

dalam bentuk silinder, elipsoid, atau bola. Dalam hal ini medan ϰ di dalam

bahan lebih kecil daripada medan yang ditimbulkan oleh arus listrik dalam

lilitan yang melingkunginya,karena ada medan balik (medan dimagnetisasi)

yang ditimbulkan oleh kutub magnetik yang terbentuk pada permukaan

cuplikan . Dalam medan magnetik longitudinal efek dimagnetisasi dapat

diabaikan dengan memakai silinder yang panjangnya jauh melebihi

diameternya atau dapat dikoreksi dengan cara yang sederhana.Dalam medan

magnetik tranversal, faktor koreksi harus dipakai.Disini kita akan membatasi

diri pada silinder ramping yang sangat panjang dalam medan longitudinal

dengan medan internal dan ekternal yang besar.

Bila batang paramagnetik diletakkan dalam solinoid yang intensitas

magnetiknya H,pada batang itu timbul momen magnetik total M yang disebut

magnetisasi,dan besarnya bergantung pada komposisi kimia dan

temperatur.Imbas magnetik dalam batang β diberikan dalam rumus

β=μo(ϰ+MV

)

Hampir semua percobaan pada batang magnetik dilakukan pada tekanan

atmosfer tetap,dan perubahan volume yang tersangkut kecil

saja.Akibatnya ,kita bisa melupakan tekanan dan volume dan memberikan

padatan paramagnetik hanya dengan pertolongan tiga koordinat

termodinamik, yaitu:

1. Intensitas magnetik ϰ yang diukur dalam A/m

2. Magnetisasi M yang diukur dalam A.m2

3. Temperatur gas ideal θ

Keadaan setimbang termodinamik padatan paramagnetik dapat

dinyatakan oleh persamaan keadaan yang menyangkut koordinat ini.

Percobaan menunjukkan bahwa magnetisasi sejumlah besar padatan

paramagnetik merupakan fungsi dari hasil bagi intensitas magnetik

dengan temperatur . Untuk hasil bagi yang kecil,fungsi tersederhanakan

menjadi bentuk yang sangat sederhana yaitu

M=C’ c Hθ

Yang dikenal sebagai persamaan Curie-C’c disebut tetapan Curie.Jadi

satuan untuk tetapan Curie adalah

C’ c=A . A .m2

A /mK=m3 .K

Karena tetapan Curie bergantung pada banyaknya bahan, satuannya

boleh merupakan salah satu dari empat satuan yang terdaftar dalam tabel

berikut ini.

Satuan untuk tetapan Curie

Total Per mol Per Kg Per m3

m3.K m3.K/mol m3.K/kg K

Padatan paramagnetik merupakan bahan bahasan yang menarik dalam

termodinamika. Dapat kita lihat nanti bagaimana zat ini dipakai untuk

mendapatkan temperatur sangat rendah.

KUANTITAS INTENSIF DAN EKSTENSIF

Kuantitas dalam bagian sistem yang tetap sama (massanya sama)

disebut kuantitas intensif (tekanan dan temperatur). Kuantitas dalam bagian

sistem yang berubah (massanya berubah) disebut kuantitas ekstensif

(volume). Koordinat termodinamika dirangkum dalam tabel berikut :

Sistem Sederhana Koordinat Intensif Koordinat Ekstensif

Sistem Hidrostatik Tekanan ( P ) Volume ( V )

Kawat teregang Gaya Tegang ( F ) Panjang ( L )

Selaput Permukaan Tegangan Permukaan ( γ ) Luas ( A )

Sel Listrik Elektromotansi ( ε ) Muatan ( Z )

Lempengan Dielektrik Medan Listrik ( E ) Polarisasi (Π )

Batang Paramagnetik Medan Magnetik (H) Magnetik ( M )