Materi Fisika Termal

Materi Fisika Termal

Pengertian

Fisika termal adalah studi gabungan termodinamika, mekanika statistik, dan teori kinetik. Subjek yang menaungi studi ini biasanya dirancang untuk fisika dan fungsi siswa untuk memberikan pengantar umum untuk masing-masing dari tiga mata pelajaran terkait termal inti. Penulis lain, bagaimanapun, mendefinisikan fisika termal sebagai penjumlahan dari hanya termodinamika dan mekanika statistik.

Secara Umum mempelajari :

  • Ekspansi Thermal
  • Gas Ideal
  • Persamaan Gas
  • Teori kinetik

Ekspansi Termal

Ekspansi termal dari benda padat dan cair

  • Fenomena terjadinya peningkatan volume dari suatu materi  karena peningkatan temperatur disebut dengan ekspansi termal.
  • 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 =  aDT atau DL =  aL DT

dL/dT = aL

Contoh soal:

Suatu penggaris besi dikalibrasi pada suhu 20 °C. Hitung error dalam pengukuran jika penggaris tersebut digunakan untuk mengukur sepanjang 500 mm pada temperatur 45 °C. abesi =  1,2×10-5 C-1

DL/L = aDT

DL = L aDT

DL = 500 x10-3 m x 1,2 x10-5 C-1 x 25 °C

DL = 1,5×10-4 m = 0,15 mm

Ekspansi Volume

  • V+DV = V [1+ 3a DT+ 3(a DT) 2 +(a DT)3]

DV / V = [3a DT+ 3(a DT) 2 +(a DT)3]

  • Karena a DT < 1 untuk nilai DT < 100 °C maka nilai 3(a DT) 2 dan (a Dt )3 dapat diabaikan. Sehingga:

DV / V = 3a DT

DV = 3a V DT

  • 3a = b → DV = b V DT

Gas Ideal

Gas ideal adalah gas teoretis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.

Persamaaan Gas

Persamaan gas ideal adalah persamaan keadaan suatu gas ideal. Persamaan ini merupakan pendekatan yang baik untuk karakteristik beberapa gas pada kondisi tertentu. Persamaan ini pertama kali dicetuskan oleh Émile Clapeyron tahun 1834 sebagai kombinasi dari Hukum Boyle dan Hukum Charles. Persamaan ini umum dituliskan sebagai :

PV=nRT

dimana P adalah tekanan mutlak pada gas, V adalah volume, n adalah jumlah partikel pada gas (dalam mol), T adalah temperatur dalam satuan kelvin, dan R adalah konstanta gas ideal, yaitu 0,08205 L atm mol-1 K-1.

Persamaan ini juga dapat diturunkan dari teori kinetik, yang dicetuskan secara terpisah oleh August Krönig tahun 1856 dan Rudolf Clausius tahun 1857. Konstanta gas universal ditemukan dan pertama kali diperkenalkan ke hukum gas ideal oleh Dmitri Mendeleev tahun 1874.

Teori Kinetik

Teori Kinetik (atau teori kinetik pada gas) berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh denyut-denyut statis di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas.