Selamat datang dalam kuliah terbuka ini
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 27

Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini PowerPoint PPT Presentation


  • 114 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini. Kuliah terbuka kali ini berjudul “ Mengenal Sifat Material II”. Disajikan oleh Sudaryatno Sudirham melalui www.darpublic.com. Sesi 7 Sifat Thermal. Sifat-sifat thermal yang akan dibahas adalah kapasitas panas panas spesifik pemuaian

Download Presentation

Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

SelamatDatangDalamKuliah Terbuka Ini


Kuliah terbuka kali ini berjudul mengenal sifat material ii

Kuliahterbuka kali iniberjudul“MengenalSifat Material II”


Disajikan oleh sudaryatno sudirham melalui www darpublic com

DisajikanolehSudaryatno Sudirhammelaluiwww.darpublic.com


Sesi 7 sifat thermal

Sesi 7SifatThermal


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Sifat-sifat thermal yang akan dibahas adalah

kapasitas panas

panas spesifik

pemuaian

konduktivitas panas


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Sejumlah energi bisa ditambahkan ke dalam material melalui pemanasan, medan listrik, medan magnit, bahkan gelombang cahaya seperti pada peristwa photo listrik yang telah kita kenal.

Pada penambahan energi melalui pemanasan tanggapan padatan termanifestasikan dalam gejala-gejala kenaikan temperatur sampai pada emisi thermal tergantung dari besar energi yang masuk.

  • Dalam padatan, terdapat dua kemungkinan penyimpanan energi thermal:

  • penyimpanan dalam bentuk vibrasi atom / ion di sekitar posisi keseimbangannya

  • energi kinetik yang dikandung oleh elektron-bebas.


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Kapasitas Panas (heat capacity)

Kapasitas panas pada volumekonstan, Cv

E : energiinternalpadatanyaitu total energi yang adadalampadatanbaikdalambentukvibrasiatommaupunenergikinetikelektron-bebas

T : temperatur

Kapasitaspanaspadatekanankonstan, Cp

H : enthalpi. Pengertianenthalpidimunculkandalamthermodinamikakarenaamatsulitmeningkatkankandunganenergi internal padatekanankonstan.

energi yang kitamasukkantidakhanyameningkatkanenergi internal melainkanjugauntukmelakukankerjapadawaktupemuaianterjadi.


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

volume

tekanan

energi internal

Jikaperubahan volume terhadapTcukupkecilsukuinibisadiabaikansehingga


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Panas Spesifik

Kapasitas panas per satuan massa per derajat K

dituliskan dengan huruf kecil cv dan cp

Perhitungan Klasik

Molekul gas ideal memiliki tiga derajat kebebasan

energi kinetik rata-rata per derajat kebebasan

Energi kinetik rata-rata (3 dimensi):

KonstantaBoltzman

Energi per mole

Bilangan Avogadro

Atom-atom padatan saling terikat

energi rata-rata per derajat kebebasan

cal/mole

Menurut hukum Dulong-Petit (1820), cv

Hampir sama untuk semua material yaitu

6 cal/mole K


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Pada umumnya hukum Dulong-Petit cukup teliti untuk temperatur di atas temperatur kamar. Namun beberapa unsur memiliki panas spesifik pada temperatur kamar yang lebih rendah dari angka Dulong-Petit, misalnya

Be ([He] 2s2), B ([He] 2s2 2p1),

C ([He] 2s2 2p2), Si ([Ne] 3s2 3p2)

Unsur-unsur ini orbital terluarnya tersisi penuh atau membuat ikatan kovalen dengan unsur sesamanya.

Oleh karena itu pada temperatur kamar hampir tidak terdapat elektron bebas dalam material ini. Lebih rendahnya kapasitas panas yang dimiliki material ini disebabkan oleh tidak adanya kontribusi elektron bebas dalam peningkatan energi internal.

Sebaliknya pada unsur-unsur yang sangat elektropositif seperti

Na ([Ne] 3s1)

kapasitas panas pada temperatur tinggi melebihi prediksi Dulong-Petit karena adanya kontribusi elektron bebas dalam penyimpanan energi internal


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Panas Spesifik Perhitungan Einstein

Padatan terdiri dari N atom, yang masing-masing bervibrasi (osilator) secara bebas pada arah tiga dimensi, dengan frekuensi fE

Frekuensiosilator

Konstanta Planck

bilangan kuantum, n = 0, 1, 2,....

Jika jumlah osilator tiap status energi adalah Nn dan N0 adalah jumlah asilator pada status 0, maka menuruti fungsi Boltzmann

Jumlah energi per status:

Total energi dalam padatan:

sehingga energi rata-rata osilator


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

energi rata-rata osilator

misalkan

Karena turunan dari penyebut, maka dapat ditulis

DenganN atom yang masing-masingmerupakanosilatorbebas yang berosilasitigadimensi, makadidapatkan total energi internal


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Panasspesifikadalah

fE : frekuensi Einstein

ditentukandengancaramencocokkankurvadengan data-data eksperimental.

Hasil yang diperolehadalahbahwapadatemperaturrendahkurva Einstein menujunoljauhlebihcepatdari data eksperimen

Ketidakcocokaninidijelaskanoleh Debye


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Panas Spesifik Perhitungan Debye

Menurut Debye, penyimpanganhasilperhitungan Einstein disebabkanolehasumsi yang diambil Einstein bahwa atom-atom bervibrasisecarabebasdenganfrekuensisama, fE

Analisis yang perludilakukanadalahmenentukanspektrumfrekuensig(f) dimanag(f)dfdidefinisikansebagaijumlahfrekuensi yang diizinkan yang terletakantarafdan (f + df)

Debye melakukanpenyederhanaanperhitungandenganmenganggappadatansebagai medium merata yang bervibrasidanmengambilpendekatanpadavibrasi atom sebagai spectrum-gelombang-berdirisepanjangkristal

kecepatan rambat suara dalam padatan

Debye memandang padatan sebagai kumpulan phonon karena perambatan suara dalam padatan merupakan gejala gelombang elastis


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Postulat Debye:

Frekuensiyang adatidakakanmelebihi 3N

(Nadalahjumlah atom yang bervibrasitigadimensi).

Panjanggelombang minimum adalah

tidaklebihkecildarijarakantar atom dalamkristal

Energi internal untuksatu mole volume kristal

Ddidefinisikansebagai

temperatur Debye


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Dengan pengertian temperatur Debye, didefinisikan fungsi Debye

Fungsi Debye tidak dapat diintegrasi secara analitis, namun dapat dicari nilai-nilai limitnya

jika

jika

Pada temperatur tinggi cv mendekati nilai yang diperoleh Einstein

Pada temperatur rendah


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

kBT

F(E)

1

T = 0

T > 0

0

0

EF

E

Kontribusi Elektron

Hanya elektron di sekitar energi Fermi yang terpengaruh oleh kenaikan temperatur dan elektron-elektron inilah yang bisa berkontribusi pada panas spesifik

Pada temperatur tinggi, elektron menerima energi thermal sekitar kBT dan berpindah pada tingkat energi yang lebih tinggi jika tingkat energi yang lebih tinggi kosong

kurangdari 1% elektronvalensi yang dapatberkontribusipadapanasspesifik

padakebanyakan metal sekitar 5 eV

padatemperaturkamarkBTsekitar 0,025 eV

kontribusielektrondalampanasspesifikadalah


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

cv/T

slope = A

′

T 2

PanasSpesifik Total

Untuk temperatur rendah, dapat dituliskan

atau


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Panas Spesifik Pada Tekanan Konstan, cp

Hubungan antara cpdan cv diberikan dalam thermodinamika

koefisien muai volume

kompresibilitas

volume molar

Faktor-Faktor Lain Yang Turut Berperan

Pemasukan panas pada padatan tertentu dikuti proses-proses lain, misalnya:

perubahan susunan molekul dalam alloy,

pengacakan spin elektron dalam material magnetik,

perubahan distribusi elektron dalam material superkonduktor,

Proses-proses ini akan meningkatkan panas spesifik material yang bersangkutan


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Pemuaian

Pada tekanan konstan

Dengan menggunakan model Debye

  • :konstanta Gruneisen

     :kompresibilitas


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

cp, αL, γ, untuk beberapa material.[6].


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

KonduktivitasPanas

Jikaqadalahjumlahkalori yang melewatisatusatuanluas (A) per satuanwaktukearahx maka

KonduktivitasPanas

aliranpanasberjalandaritemperaturtinggiketemperaturrendah

Pada temperatur kamar, metal memiliki konduktivitas thermal yang baik dan konduktivitas listrik yang baik pula karena elektron-bebas berperan dalam berlangsungnya transfer panas

Pada material dengan ikatan ion ataupun ikatan kovalen, di mana elektron kurang dapat bergerak bebas, transfer panas berlangsung melalui phonon

Dalam polimer perpindahan panas terjadi melalui rotasi, vibrasi, dan translasi molekul


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

σTuntuk beberapa material pada 300 K .[6].

Lorentz number


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

KonduktivitasPanasOlehElektron

pengertianklasik

gas ideal

Jika L adalah jalan bebas rata-rata elektron, maka transmisi energi per elektron adalah

kerapatan elektron

Jumlah energi yang ter-transfer ke arah x

kecepatan rata-rata

Energi thermal yang ditransfer melalui dua bidang paralel tegak-lurus arah x dengan jarak x pada perbedaan temperatur T adalah


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Rasio Wiedemann-Franz

Rasio ini adalah rasio antara konduktivitas thermal dan konduktivitas listrik listrik

hampir sama untuk kebanyakan metal

Lorentz number


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Isolator Panas

Isolator thermal yang baikadalah material yang porous. Rendahnyakonduktivitas thermal disebabkanolehrendahnyakonduktivitasudara yang terjebakdalampori-pori

Namunpenggunaanpadatemperaturtinggi yang berkelanjutancenderungterjadipemadatan yang mengurangikualitasnyasebagai isolator thermal

Material polimer yang porousbisamendekatikualitasruanghampapadatemperatursangatrendah; gas dalampori yang membekumenyisakanruang-ruanghampa yang bertindaksebagai isolator


Selamat datang dalam kuliah terbuka ini

Kuliah Terbuka

MengenalSifat Material II

Sesi-6

SudaryatnoSudirham


  • Login