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. 1
Ekspansi termal adalah konsekuensi dari perubahan average separation antar atom dalam suatu materi. Ekspansi Linier Benda akan memanjang bila temperaturnya meningkat Pertambahan panjang proporsional terhadap perubahan temperatur dl/l = dt atau dl = L dt atau f dl dt L
Contoh: Suatu penggaris besi dikalibrasi pada suhu 0 C. Hitung error dalam pengukuran jika penggaris tersebut digunakan untuk mengukur sepanjang 500 mm pada temperatur 45 C. besi= 1,x10-5 / o C dl/l = dt dl = L dt dl = 500 x10-3 m x 1, x10-5 C -1 x 5 C dl = 1,5x10-4 m = 0,15 mm 3
Ekspansi Volume Setiap sisi panjang berubah dari L menjadi L+DL = L + L DT Volume awal = L 3 Volume baru (V+DV) = (L +DL) 3 = (L + L DT) 3 = (L (1+ DT)) 3 = L 3 (1+ DT) 3 = V [1+ 3 DT+ 3( DT) +( DT) 3 ] L DL V+DV = V [1+ 3 DT+ 3( DT) +( DT) 3 ] DV / V = [3 DT+ 3( DT) +( DT) 3 ] Ekspansi Volume (lanjutan) Karena DT < 1 untuk nilai DT < 100 C maka nilai 3( DT) dan ( Dt ) 3 dapat diabaikan. Sehingga: DV / V = 3 DT DV = 3 V DT 3 b DV = b V DT 4
Unusual Behavior of Water Cairan umumnya akan meningkat volumenya dengan peningkatan temperatur. Kecuali untuk air dingin seperti ditunjukkan pada gambar. 5
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) 6
Better to describe gas in terms of number of moles. n N N A Amount of Gas 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 N A (Avogadro's number): The number of moles contained in a sample can also be found from its mass. (M: the molar mass of substance) n m M 7
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 6.0 10 3 particles per mole. 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:- V n p V T n 1 1 1 1 p V T n constant 8
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: V V V 1 p V T V n R nt p nt p pv nrt PV Diagram in Thermodynamic Process 9
10
Gas dalam suatu wadah dengan volume 10 cm 3 berada pada tekanan 00 kpa temperatur 0 o C. Kemudian temperatur meningkat menjadi 00 o C a. Berapakah tekanan jika tidak ada perubahan volume b. Berapakah tekanan jika ada perubahan volume wadah? Koefisien muai panjang wadah 11 x 10-6 / o C Contoh Kinetic Theory of Gases The pressure that a gas exerts is caused by the impact of its molecules on the walls of the container. 11
Consider a gas molecule colliding elastically with the right wall of the container and rebounding from it. p: momentum of molecule Dt: duration of collision F The force on the molecule is obtained using Newton s second law as follows: F Dp Dt ( mv ( mv L v mv L 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: F N 3 mv L rms V rms = root-mean-square velocity. 1
Pressure is force per unit area, so the pressure P acting on a wall of area L is F N mv P rms L 3 L 3 Since the volume of the box is V = L 3, the equation above can be written as PV 3 N 1 mv rms Latihan Soal 1. Berapa banyaknya massa Cl (gram) yang dapat disimpan dalam suatu wadah (kontainer) dengan volume 10 L pada suhu 30 C dan tekanan 1000 kpa?. Pada suhu 150 C dan tekanan 100 kpa, sebuah senyawa dengan massa,506 gram memiliki volume 1 L. Hitung massa molar senyawa tersebut. 3. Berapa v rms dari atom helium yang mengisi sebuah balon dengan diameter 30 cm pada suhu 0 C dan tekanan 1 atm? (diketahui jumlah atom helium dalam balon sebanyak 3,54 x 10 3 dan massa atom helium 6,64 x 10-4 g) 13