Fisika Statistika Pert 1

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


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


Terapan hukum termodinamika I ini untuk

proses-proses khusus.

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

P

P

V1 V2V

PENDAHULUAN


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


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


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


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


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

Documents

Fisika Statistika Pert 1