KAPASITAS PANAS SPESIFIK ZAT PADAT
OLEH : Mugni Bustari 1201425
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAMUNIVERSITAS NEGERI PADANG2015
Kapasitas Panas Spesifik Zat Padat
Teori klasik dari kapasitas panas spesifik zat padat
mengasumsikan bahwa molekul-molekulnya, ketika dipindahkan dari
posisi keseimbangan mereka, karena adanya gaya pemulih linear
menyebabkan molekul berosilasi pada posisi ini dengan gerak
harmonik sederhana. Dengan meningkatnya suhu amplitudo,
mengakibatkan energi dari gerak osilasi meningkat. Kapasitas panas
spesifik pada volume konstan adalah ukuran energi yang harus
diberikan untuk meningkatkan energi dari getaran molekul. Kedua
energy yaitu energi kinetik dan energi potensial dari osilator
harmonik adalah fungsi kuadrat dari koordinat masing-masingnya,
sehingga prinsip ekuipartisi berlaku dan total energi rata-rata
adalah kT (kT untuk energi kinetik, kT energi potensial). Tapi
karena molekul zat padat bebas untuk berosilasi dalam tiga dimensi
dan tidak dibatasi untuk bergerak pada garis lurus, berarti
terdapat 3kT energi, yang diberikan pada masing-masingnya sebesar
Kt untuk arah x, y, dan z. Total energi U dari sekumpulan N molekul
dalam kesetimbangan termal pada suhu T yaitu : (1)Energi dalam per
mol adalah:(2)Sehingga (3)
Gambar 4-3 menunjukkan nilai-nilai eksperimental cp dan cv untuk
tembaga turun ke 0 K fraksi terakhir dari gelar, tentu saja, yang
ekstrapolasi. Pada suhu tinggi cp sangat hampir sama dengan nilai
klasik yaitu 3R, tetapi saat menurun hingga nol pada 0 K kurva ini
umum untuk semua subtansi, meskipun rentang suhu selama penurunan
dari 3R berlangsung sangat bervariasi dari satu subtansi dengan
yang lain.
Sebagai sebuah aplikasi terakhir dari teorema ekuipartisi
energi, kita akan mendiskusikan kalor jenis zat padat pada
temperatur yang tinggi sehingga deskripsi klasikal lebih valid.
Anggap suatu jenis zat padat terdiri dari N atom, contoh zat padat
antara lain tembaga, emas, aluminium dan intan. Gaya antar atom
yang begitu baik, situasi kesetimbangan mekanik yang stabil dari
zat padat adalah dimana atom atomnya berada pada posisi tetap di
kisi sebuah kristal. Setiap atom bagaimanapun juga, bebas untuk
bergerak dengan jumlah yang kecil dari posisi ketetimbangannya.
Gaya ( yang bekerja pada atom lainnya) mempunyai kemampuan untuk
mengembalikan atom ke posisi kesetimbangan.Karena perpindahan atom
dari posisi kesetimbangannya sungguh kecil, gaya pemulih harus,
pada penaksiran yang pertama, menjadi sederhana sebanding dengan
perpindahan atom.Penaksirani ini, yang mana biasanya sungguh
baik,sehingga dinyatakan bahwa secara tidak lansung atom menunjukan
gerak harmonik sederhana pada posisi ketetimbangannya dalam tiga
dimensi.Dengan pilihan yang sesuai dari orientasi dari sumbu
koordinat x, y, z, gerak dari sebuah atom sepanjang setiap sumbu
sumbu ini, katakanlah salah satunya sepanjang arah x, maka kemudian
gerak harmonik sederhana dengan energi assosiasi , sapat dijelaskan
dengan persamaan (59), contoh (59)
Disini Px menunjukan momentum atom dalam arah x, dimana x adalah
perpindahan atom dalam arah x dari posisi kesetimbangannya. Dalam
penulisannya(59) , kita harus menganggap bahwa atom mempunyai massa
m dan adalah subjek untuk sebuah gaya pemulih pada konstanta pegas
a, yang selalu berhubungan frekuensi angular osilasi dari atom
sepanjang sumbu x yaitu (60)
Persamaan yang sama untuk energi dan berhubungan dengan gerak
atom dalam arah y arah z, energi total yang dimili atom dalam
bentuk (61)
Jika zat padat berada pada keadaan setimbangnya pada temperatur
mutlak T yang cukup tinggi, maka penaksiran mekanika statistik
klasik sah, teorema ekuipartisi energi segera dapat diaplikasikan
pada setiap syarat kuadratik dari (59). Nilai rata rata dari ,
sehingga sederhana
(62)
Dengan caara yang sama . Oeh (61), energi rata rata sebuah atom
adalah
Energi rata rata dari satu mol zar padat, terdiri dari bilangan
Avogadro Na dari atom atom, demikian sederhananya
(63)
Dimana R = NaK adalah konstanta gas. Dengan accordance pada
(5.23), kalor jenis molar CV pada volume konstan pada zat padat
adalahCv =
Cv = 3R (64)Menggunakan nilai angka (5.4) dari R, ini
menjadi
Cv 25 Joule mole-1 deg -1 (65) Perhatikan keadaan umum ekstrim
dari hasil (64) . itu sepenuhnya bergantung pada massa atom atau
besar konstanta pegas . Jika zat padat terdiri dari atom yang
memiliki massa yang berbeda atau mempunyai konstanta pegas yang
berbeda, hasil dari (64) masih valid. Jika zat padat bukanlah
isotropik, gaya pemulih pada atom akan mempunyai nilai besar yang
berbeda sepanjang arah dan konstanta untuk x, y, dan z juga akan
berbeda. Tetapi nilai dari energi rata rata setiap atom akan masih
3KT dan masih valid. Tentu saja analisis yang sungguh tepat dari
vibrasi simultan semua atom pada zat padat menunjukan bahwa
deskripsi bentuk gerakan individual sebuah atom tidak hanya cukup,
karena gerak harmonik sederhana benar benar ditunjukan oleh atom
atom bergerak bersama dalam kelompok dengan ukuran yang berbeda.
Tetapi karena tidak bergantung pada massa dan konstanta pegas , itu
masih valid. Satu satunya batasan pada (64) adalah temperatur yang
tinggi maka mekanika klasik adalah valid. Berdasarkan ( 64)
ditunjukan
Pada temperature tinggi, semuanya zat padat memiliki temperature
bebas kalor jenis Cv yang setara dengan 3R
Daftar PustakaFrancis.W.Sears L
Salinger.1947.Thermodynamic,Kinetics Theory and Statistical
Thermodynamic .Addison-Weasley.Publishing Company.IncReiff
F.1982.Statistical Physics.Barkeley.University of California
