Fisika Statistika Pert 1

  • Published on
    07-Jan-2016

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

jjjjj

Transcript

  • Fisika StatistikJumlah SKS : 3

    Oleh :

    Rahmawati M, S.Si., M.Si.Rahmawati M, S.Si., M.Si.

    Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

    Universitas Mulawarman

    Pertemuan 1Pendahuluan (Termodninamika)

  • PENDAHULUAN

    Silabus

    1. Pendahuluan (Pengantar Termodinamika)

    2. Statistik Maxwell-Boltzman

    3. Ruang Fasa3. Ruang Fasa

    4. Menentukan Parameter Statistik

    5. Statistik Bose Einstein

    6. Statistik Fermi - Dirac

  • PENDAHULUAN

    TERMODINAMIKA

    Thermodynamics membicarakan sistem keseimbangan(equilibrium), bisa digunakan untuk menaksir besarnyaenergi yang diperlukan untuk mengubah suatu sistemkeseimbangan, tetapi tidak dapat dipakai untukkeseimbangan, tetapi tidak dapat dipakai untukmenaksir seberapa cepat (laju) perubahan itu terjadikarena selama proses sistem tidak berada dalamkeseimbangan.

    Heat Transfer tidak hanya menerangkan bagaimanaenergi itu dihantarkan, tetapi juga menaksir lajupenghantaran energi. Inilah yang membedakan Heat Transfer dengan thermodinamika.

  • PENDAHULUAN

    TERMODINAMIKA

    Tubuh manusia

    Meniup kopi panas

    APLIKASI

    Meniup kopi panas

    Perkakas elektronik (sirip, heat sink)

    Refrigerator (AC, Kulkas)

    Mobil (siklus engine, sirip, radiator)

    Pembangkit listrik (turbin, boiler)

    Industri (penyulingan, pendinginan, pengeringan, dll).

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    (2)

    Tinjaulah suatu tabung yang berisi gas dengan

    penyungkup yang dapat bergerak bebas mula-

    mula berada pada kedudukan (1). Setelah

    sistem dipanasi maka terjadi pemindahan kalor

    ke dalam tabung sehingga kedudukan(2)

    (1)

    ke dalam tabung sehingga kedudukan

    penyungkup berpindah ke (2) sebagai akibat

    ekspansi gas. Andaikan dalam proses itu

    tekanan tidak berubah yang besarnya P.

    Misalkan volume dan suhu gas pada kedudukan

    (1) masing-masing sebagai V1 dan T1 dan pada

    kedudukan (2) sebagai V2 dan T2.

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Kemudian dengan mengingat bahwa apabilatidak ada tenaga yang hilang, maka menuruthukum kekekalan tenaga:

    Q = E(T ) E(T ) + P(V V ) Q = E(T2) E(T1) + P(V2 V1) Rumus tersebut dapat ditulis dalam bentuk

    diferensial sebagai

    dQ = dE + P dV = dE + dW

    Rumus ini mengungkapkan apa yang dinamakanHukum Termodinamika I.

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Terapan hukum termodinamika I ini untuk

    proses-proses khusus.

    1. Proses Isobar (P = tetap)1. Proses Isobar (P = tetap)

    P

    P

    V1 V2V

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Gambar Proses Isobar

    Dalam hal ini proses isobar adalah proses ekspansi gas dengan P

    (tekanan) tetap. Pada proses ini menurut diagram, kerja yang

    dilakukan oleh luasan yang diarsir yang diberikan oleh:dilakukan oleh luasan yang diarsir yang diberikan oleh:

    W = P (V2 V1)Kalau dalam proses ini berlangsung secara infinitisimal, maka untuk

    gas yang sedang berekspansi secara isobar itu kita dapatkan dQ = CPdT, dE = CV dT dan dW = p dV = R dT, sehingga diperoleh sangkutan:

    CP = CV + R

    dimana CP = kalor jenis gas pada tekanan tetap,

    CV = kalor jenis gas pada volume tetap, dan

    R = tetapan universal gas

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Kemudian dengan menggunakan hasil analisis menurut teori kinetikagas, maka kita akan dapatkan untuk

    Molekul monoatomik

    C = 3R/2 + R = 5R/2 sehingga tetapan Laplace = C /C = 5/3CP = 3R/2 + R = 5R/2 sehingga tetapan Laplace = CP/CV = 5/3 Molekul diatomik

    Pada suhu nisbi rendah

    CP = 5R/2 + R = 7R/2, sehingga = CP/CV = 7/5 Pada suhu nisbi tinggi

    CP = 7R/2 + R = 9R/2, sehingga = CP/CV = 9/7Secara eksperimental harga-harga di atas hampir mendekati denganhasil yang sebenarnya dari eksperimen. Hal mana memperkuat teorikinetika gas.

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Proses Isotermal (T = tetap)

    Dengan mengintegralkan kedua belah ruassangkutan tersebut kita akan dapatkan

    V1 V2 V

    P2 (2)

    P1 (1)

    sangkutan tersebut kita akan dapatkan

    Wis (kerja isotermal) =

    ==

    1

    2ln2

    1VV

    RTVdVRTdW

    V

    V

    =

    =

    1

    2

    2

    1 lnlnVV

    RTVV

    RTW

    Sebaliknya bila kita berpindah dari V2 ke V1 maka

    proses itu melukiskan kompresi sehingga

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Proses Isokhorik (V = tetap) Proses isokhorik adalah prosesdengan V (volume) gas tidak

    berubah, yang berarti dV = 0. Ini

    berakibat dW = 0. DenganP2 (2)

    P1 (1)

    V

    berubah, yang berarti dV = 0. Ini

    berakibat dW = 0. Dengan

    demikian untuk proses dengan

    V tetap maka seluruh kalor yang

    masuk ke dalam sistem dipakai

    untuk menaikkan tenaga dalam

    sistem yang ditandai dengan

    naiknya suhu sistem yang kita

    tinjau.

    V

  • PENDAHULUAN

    Hukum Termodinamika 1

    Proses Adiabatik (Q = tetap)

    menurut hukum termodinamika I

    dE = - dW = - P dV = - RT dV/VdE = - dW = - P dV = - RT dV/V

    sedang dE = CV dT, sehingga diperoleh sangkutan

    VCRdV

    TdT

    V

    =

    Berikutnya dengan mengintegralkan kedua belah ruas sangkutan di atas meliputi

    batas-batasnya, yaitu dari keadaan (1) ke keadaan (2), maka akan diperoleh

    =2

    1

    2

    1

    V

    VV

    T

    T VdV

    CR

    TdT

    yang hasilnya

    =

    1

    2

    1

    2 lnlnVV

    CR

    TT

    V atauVCR

    V VV

    VV

    CR

    TT

    =

    =

    2

    1

    2

    1

    1

    2 lnlnln

  • PENDAHULUAN

    TERMODINAMIKA

    Kemudian dengan mengganti R = CP CV dan mengingat =V

    P

    CC

    , maka akhirnya diperoleh

    VT 1

    tetapTVatauVV

    TT

    =

    =

    11

    2

    1

    1

    2,

    P1 (1)

    P2(2) T1

    V1 V2 V

    T2

    kurva isotermal

    kurva adiabatik

  • PENDAHULUAN

    Entropy

    Untuk lebih memahami proses-proses

    termodinamika, maka oleh Carnot dan Clausius

    dipostulatkan tentang adanya besarandipostulatkan tentang adanya besaranentropi, yang mengungkapkan keadaan suatu

    sistem termodinamis. Dalam hubungan ini

    besaran entropi S didefinisikan melalui sangkutan

    TdQdS =

  • PENDAHULUAN

    Entropy

    Mekanika statistik entropi itu didefinisikan sebagai

    S = k ln (E,T)

    Langkah selanjutnya marilah kita menganalisis lebih lanjut

    mengenai sifat-sifat termodinamis yang dimiliki oleh entropi

    S. Untuk keperluan ini tinjaulah suatu proses dimana kita

    beralih dari suatu keadaan isotermal ke keadaan isotermal

    lain lewat suatu keadaan adiabatik. Kurva proses ini

    disajikan oleh Gambar 13.6, dimana kita akan beralih dari A

    ke B

  • PENDAHULUAN

    Entropy

    P garis adiabatik

    Pada gambar tampak bahwa

    banyak cara yang dapat

    ditempuh akan tetapi selisihA

    A

    P

    B A

    B C

    garis adiabatik

    garis isotermal

    ditempuh akan tetapi selisih

    entropi (SB SA) tidak

    tergantung pada macam

    lintasan yang ditempuh

    tersebut, melainkan ditentukan

    oleh

    ( ) =B

    AAB T

    dQSS

  • PENDAHULUAN

    Entropy

    Berikutnya untuk mengetahui lebih lanjut sifat mengenai entropi suatu

    sistem maka kita andaikan S = 0 pada T = 0. Selanjutnya menurut hukum

    termodinamika I

    dVdTdQ

    +

    ==

    TdVP

    TdTC

    TdQdS V

    Selanjutnya kedua belah ruas persamaan tersebut kita integralkan maka akan

    diperoleh:

    ++=+== tetapanVRTCVdVR

    TdTC

    TdQS VV lnln

  • Sekian dan

    Terima KasihTerima Kasih