Yohaan Mutiara Dewi - Tugas 1 - Pengenalan Termdoinamika Lanjut.pptx

-

1. Pengenalan Termodinamika Lanjut Termodinamika - Lanjut

2. Thermodinamika - Lanjut Pengantar Termodinamika Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari hubungan antara energi , panas , kerja , dan sifat-sifat makroskopik suatu sistem . Ilmu ini berlandaskan hukum-hukum dasar yang bersifat empiris , serta memiliki penerapan luas dalam ilmu kimia , fisika , hingga rekayasa . Sifat Umum Termodinamika Termodinamika bersifat makroskopik , hanya memandang variabel-variabel besar seperti tekanan , volume, dan suhu . Bersifat empiris , dibangun dari hasil observasi yang dirumuskan dalam hukum-hukum dasar . Proses Termodinamika Reversibel vs Irreversibel Adiabatik ( tanpa panas ) Isobarik ( tekanan konstan ) Isotermal ( suhu konstan ) Isokhorik (volume konstan ) Zeroth Law & Pengukuran Suhu Panas mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah hingga tercapai kesetimbangan termal . Pengukuran Suhu memerlukan : 1. Zat pengukur , 2. Sifat terukur yang bergantung pada suhu , 3. Titik acuan Sistem Termodinamika Sistem : bagian alam semesta yang dipelajari . Lingkungan (surroundings): segala sesuatu di luar sistem . Batas (boundary): pemisah sistem dan lingkungan . Sifat-Sifat Termodinamika Ekstensif → bergantung pada ukuran sistem ( massa , volume, jumlah mol). Intensif → tidak bergantung pada ukuran sistem ( tekanan , suhu ). Keadaan sistem ditentukan oleh sejumlah variabel makroskopik .

3. Thermodinamika - Lanjut Pengantar Termodinamika

4. Thermodinamika - Lanjut DAFTAR ISI – Pengenalan Thermodinamika Pentingnya , Makna dan Batasan Batasan Termodinamika Latar belakang Matematika Fungsi Eksplisit dan Implisit serta Diferensiasi Total Diferensial Eksak ( Sempurna ) dan Tak Eksak (Tidak Sempurna ) Konversi dari Bentuk Tidak Eksak ke Bentuk Eksak Relevansi dengan Termodinamika Fungsi Homogen Taylor Series Fungsi LaGrange Fungsi Komposit Teorema Stokes dan Gauss Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis Materi Gaya Antarmolekul dan Energi Potensial Energi Dalam, Suhu , Jumlah Tumbukan , dan Jarak Bebas Rata-rata Tekanan Gas, Cair , dan Padat Usaha (Work) Panas Potensial Kimia Boiling/Phase Equilibrium Entropi Sifat-Sifat Campuran – Sifat Molal Parsial

5. Thermodinamika - Lanjut Pentingnya , Makna dan Batasan Termodinamika adalah ilmu teknik yang berhubungan dengan ilmu “ gerakan ” ( dinamika ) dan/ atau perubahan “ panas ” ( termo ) dan energi menjadi berbagai bentuk lain yang mengandung energi . Contoh analisis thermodinamika : Pemindahan atau pergerakan energi dari gas panas yang keluar dari pembakar ke air yang lebih dingin di pemanas air panas . Transformasi energi termal , yaitu panas , yang terkandung dalam gas panas di mesin mobil menjadi energi mekanik , yaitu kerja , pada roda kendaraan . Konversi energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi termal dalam ruang bakar . Termodinamika dapat memberikan pemahaman untuk situasi berikut : Dengan adanya pembatasan yang diberlakukan , dimungkinkan untuk menentukan bagaimana properti (P, V, T) suatus istem bervariasi .

6. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika a.Sistem dan Batasan Suatu sistem adalah suatu kawasan yang berisi energi dan/ atau materi yang dipisahkan dari sekelilingnya oleh dinding atau batas yang ditetapkan secara sembarangan . Terdapat 3 jenis sistem , yaitu : Sistem terisolasi : Tidak ada panas atau materi yang di transfer Sistem tertutup : terjadi transfer panas , namun tidak ada transfer materi Sistem terbuka : terjadi transfer panas dan materi Batas adalah permukaan tertutup yang mengelilingi suatu sistem dimana energi dan massa dapat melewatinya

7. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika b.Sistem Sederhana Sistem sederhana adalah sistem yang secara makroskopis homogen dan isotropik serta melibatkan satu mode kerja. c.Kendala dan hambatan Kendala dan hambatan adalah hambatan dalam suatu sistem yang mencegah beberapa perubahan terjadi selama periode waktu tertentu . Kendala termal dapat diilustrasikan melalui cangkir kopi yang tertutup dan terisolasi . Kendala mekanis adalah rakitan piston- silinder berisi gas terkompresi yang dicegah bergerak oleh Fixed-Pin Kendala permeabilitas atau massa dapat dicontohkan dengan bola naftalena volatil yang disimpan di kantong plastik. Kendala kimia dapat dibayangkan dengan mempertimbangkan reaksi molekul nitrogen dan oksigen yang terkandung di udara untuk membentuk NO. Pada suhu ruangan , N2 dan O2 tidak bereaksi dengan laju yang signifikan dan praktis inert terhadap satu sama lain

8. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika d.Sistem Komposit Sistem komposit terdiri dari gabungan dua atau lebih subsistem yang ada di keadaan keseimbangan yang terbatas . e.Fase Suatu wilayah dengan semua sifat seragam terdiri dari fase yang berbeda . Misalnya , es padat , air cair , dan uap air gas merupakan fase terpisah dari spesies kimia yang sama . f.Homogen Sistem dikatakan homogen jika komposisi kimia dan sifat-sifatnya seragam secara makroskopis . Semua zat berfase tunggal , seperti yang terdapat dalam fase padat , cair , atau uap , memenuhi syarat sebagai zat homogen .

9. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika g. Zat Murni zat yang komposisi kimianya seragam secara spasial h. Jumlah Materi dan Bilangan Avogadro Jumlah materi yang terkandung dalam suatu sistem ditentukan oleh hitungan jumlah molekul atau massa total (mol). Materi yang terdiri dari 6,023×1026 molekul ( atau jumlah molekul Avogadro) disebut satu kmol materi tersebut . i . Campuran Sistem yang terdiri dari lebih dari satu komponen (atau spesies) disebut campuran j. Sifat / property Sifat / property adalah karakteristik suatu sistem , yang berada di dalam atau menjadi bagian dari sistem tersebut , dan hanya dapat dikaitkan dengan sistem yang berada dalam kesetimbangan . Primitif adalah sifat yang menarik bagi indra manusia , misalnya , T, P, V, dan m Turunan diperoleh dari sifat primitif . Misalnya , satuan gaya ( sifat turunan ) Intensif tidak bergantung pada luas atau ukuran suatu sistem , misalnya P ( kN m–2), v (m3 kg–1), entalpi spesifik h (kJ kg–1), dan T (K) Ekstensif bergantung pada luas atau ukuran sistem, misalnya m (kg), V (m3 ), entalpi total H (kJ), dan energi internal total U (kJ)

10. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika k. Keadaan Kondisi suatu sistem adalah keadaannya , yang biasanya diidentifikasi dan dijelaskan oleh sifat-sifat primitif / dasar sistem yang dapat diamati . Secara umum , sekumpulan properti , seperti T, V, P, N1, N2, dan seterusnya , yang mewakili karakteristik sistem mendefinisikan keadaan sistem tertentu . l. Persamaan keadaan Keadaan termodinamika dicirikan oleh sifat-sifat makroskopis yang disebut variabel keadaan . Untuk gas ideal persamaanya adalah: P/V = NRT, R dikenal sebagai konstanta gas universal, yang nilainya adalah 8,314 kJ /kmol K m. Suhu dan tekanan standar Ditunjukkan bahwa volume 1 kmol gas ideal pada suhu standar , suhu dan tekanan (STP), diberikan oleh kondisi T = 25ºC (77ºF) dan P = 1 bar n. Tekanan Parsial Tekanan dari beberapa campuran dari gas ideal

11. Thermodinamika - Lanjut B. Batasan Termodinamika o. Proses Terjadi ketika suatu sistem mengalami perubahan keadaan ( yaitu , sifat-sifatnya berubah ) dengan atau tanpa interaksi dengan lingkungannya . Proses spontan mengubah keadaan suatu sistem tanpa berinteraksi dengan lingkungannya . p. Kesetimbangan Fase Uap-Cair  kondisi di mana fase cair dan uap berada dalam kesetimbangan, ditandai dengan laju penguapan molekuler yang sama dengan laju kondensasi

12. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika Fungsi Ekspliksit dan Implisit serta Diferensiasi Total Jika P adalah fungsi yang diketahui dari T dan v, fungsi eksplisit untuk P adalah P = P (v, T) dan diferensial totalnya dapat ditulis dalam bentuk : Dengan memperhatikan hubungan P, T, v: P = RT / (v-b) – a/v 2 dimana a dan b adalah konstanta . Persamaan terakhir eksplisit terhadap P, karena merupakan persamaan eksplisit fungsi T dan v. Di sisi lain, v tidak dapat diselesaikan secara eksplisit dalam hal P dan T, dan, Oleh karena itu , ini merupakan fungsi implisit dari variabel-variabel tersebut . Fungsi eksplisit menyatakan satu variabel secara langsung dalam bentuk variabel lainnya , seperti y = f(x), sementara fungsi implisit menyatakan hubungan antarvariabel yang tidak bisa dipisahkan dalam satu ruas persamaan , contohnya x² + y² = 1. Perbedaan utamanya adalah pada kejelasan hubungan antarvariabel , di mana fungsi eksplisit secara jelas mendefinisikan satu variabel sebagai fungsi dari yang lain, dan fungsi implisit tidak  

13. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 2. Diferensial Eksak (Sempurna) dan Diferensial Tidak Eksak (Tidak Sempurna) Diferensial eksak adalah   diferensial orde pertama yang bentuknya dapat dinyatakan sebagai turunan total dari suatu fungsi , yaitu dF = M( x,y )dx + N( x,y ) dy , di mana ∂M/∂y = ∂N/∂x .  Diferensial eksak juga dapat didefinisikan melalui integrasi sederhana . Diferensial tidak eksak adalah kebalikannya , yaitu tidak memenuhi syarat ∂M/∂y = ∂N/∂x , dan untuk menyelesaikannya , diperlukan suatu faktor integrasi untuk mengubahnya menjadi diferensial eksak .  Kriteria Matematika untuk Diferensial Eksak Dua Variabel (x dan y) Mengacu kapada kemampuan untuk diintegralkan. Suatu persamaan diferensial dalam bentuk M(x,y) dx + N(x,y) dikatakan berada dalam bentuk diferensial linear (atau bentuk Pfaffian). Turunan dinyatakan dari funsi titik atau fungsi scalar . sSeperti P = P(T,v), dalam bentuk Pfaffian memenuhi kriteria sebagai diferensial eksak Tida atau lebih variabel Kriteria ketepatan dapat digeneralisasikan ke sistem yang melibatkan lebih dari dua variabel. Perhatikan bahwa Z dijelaskan oleh tiga variabel x1, x2, dan x3, yaitu, Z = Z(x1,x2,x3) Diferensial total Z adalah: dZ = ∂Z/∂x1 dx1 + ∂Z/∂x2 dx2 + (∂Z/∂x3) dx3

14. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 3. Konversi dari tidak eksak ke eksak Dengan mengubah diferensial yang tidak eksak menjadi diferensial yang eksak dengan menggunakan faktor integrasi. 4. Relavansi dengan termodinamika Kerja (W) and kalor (Q) Perpindahan kerja dan Panas tergantung pada P dan T sesuai dengan gambar 13. Diferensial w ( kerja ) dan q ( kalor ) penting karena mereka adalah bentuk energi yang berpindah dari dan ke sistem , bukan sifat sistem itu sendiri , sehingga tidak dapat dianggap sebagai diferensial eksak b) Integral pada Lintasan Tertutup (Siklus Termodinamika) pada siklus di mana keadaan akhir dan awal identik untuk proses yang terjadi antara dua keadaan berbeda 1 dan 2, perubahan properti: Energi internal dapat dinyatakan sebagai diferensial eksak dengan relasi du = T ds – P dv, yaitu, u = u(s,v), M(s,v) = T, dan N (s,v) = –P

15. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 5. Fungsi Homogen Fungsi homogen memiliki karakteristik matematis tertentu, dan istilah homogen tidak boleh disamakan dengan definisi termodinamika homogenitas . Energi total U di udara yang terkandung dalam suatu bejana dapat ditentukan dengan mudah jika keadaannya (misalnya, jumlah mol, suhu, dan tekanan) diketahui. Jika tiga bejana identik berisi udara pada kondisi yang sama digabungkan, bejana-bejana ini akan mengandung tiga kali lebih banyak mol, dan, oleh karena itu, tiga kali lebih banyak energi (karena U merupakan sifat ekstensif). Definisi fungsi homogen dapat digeneralisasi sebagai berikut: Secara umum, suatu fungsi F (a,b,x1,x2,x3,…, xk ) adalah fungsi homogen derajat m jika F(a,b, λ x1, λ x2, λ x3,…, λ xk) = λ F m (a,b,x1,x2,x3,…, xk ) . 

16. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 5. Fungsi Homogen Hubungan Fungsi Homogen dan thermodinamika Sifat Ekstensif Sifat ekstensif adalah   sifat materi yang bergantung pada jumlah zat , seperti massa , volume, dan energi . Suatu variabel termodinamika atau sifat F bersifat ekstensif jika ia merupakan fungsi homogen derajat pertama terhadap semua parameter ekstensifnya dalam suatu relasi fungsional . Secara matematis , F merupakan sifat ekstensif jika m = 1 pada persamaan , yaitu F( λ x1, λ x2,...) = λ F(x1, x2,...) di mana x1, x2,... semuanya adalah sifat ekstensif . 2. Sifat Intensif sifat intensif adalah sifat yang tidak bergantung pada jumlah zat , melainkan pada jenis zat itu sendiri , contohnya suhu , warna , titik leleh , dan tekanan .  Variabel atau sifat termodinamika F dikatakan intensif jika merupakan fungsi homogen dengan derajat nol terhadap semua parameter ekstensifnya . Secara matematis , F merupakan sifat ekstensif jika m = 0 pada persamaan , yaitu F( λ x1, λ x2,...) = F(x1, x2,...) di mana x1, x2,... semuanya adalah sifat intensif

17. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 5. Fungsi Homogen Hubungan Fungsi Homogen dan thermodinamika 3. Fungsi Homogen Sebagian Volume yang diberikan oleh hukum gas ideal V = NRT/P dimana V = V(T,P,N) merupakan fungsi homogen sebagian dari jumlah mol N. Pertimbangkan sebuah bejana berisi udara pada suhu 298 K dan tekanan 1 bar. Jika tiga bejana identik digabungkan ke dalam sistem lain, nilai V dan N menjadi tiga kali lipat, meskipun T dan P tidak terpengaruh. Oleh karena itu, V(T,P, λ N O 2 , λ N N 2 , λ N Ar ) = λ V(T,P, N O 2 , N N 2 ,N Ar ), yang menunjukkan bahwa V merupakan fungsi homogen sebagian derajat 1 terhadap N O2 , N N2 ,dan N ar 4. Konversi sifat ekstensif ke sifat intensif Kami telah menunjukkan bahwa U = U(S,V,N) adalah fungsi homogen derajat 1, yaitu U = U ( λ S, λ V, λ N) = λ U(S,V,N) Menggunakan nilai λ = 1/N, U (S/N,V/N,1) = (1/N) U(S,V,N), atau

18. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 6. Deret Taylor Deret Taylor  adalah metode matematika untuk merepresentasikan suatu fungsi sebagai jumlah tak hingga dari suku-suku turunan fungsi tersebut yang dihitung pada satu titik tertentu Ekspansi deret Taylor akan digunakan untuk menurunkan persamaan konservasi , persamaan keseimbangan entropi , persamaan keseimbangan ketersediaan dan kriteria stabilitas . 7. LaGrange Multipliers (Pengali) Pengali Lagrange adalah   konstanta ( dilambangkan dengan λ) yang digunakan dalam metode pengali Lagrange untuk mencari nilai maksimum atau minimum dari suatu fungsi yang memiliki batasan ( kendala ). Metode ini menciptakan sebuah fungsi baru yang disebut fungsi Lagrangian , di mana λ ditambahkan ke fungsi asli dengan mengurangi fungsi kendala yang dikalikan dengan λ . Fungsi u = u(x,y,z), katakanlah, tunduk pada kondisi g(x,y,z) = 0, dan h(x,y,z) = 0. Metode ini melibatkan langkah-langkah berikut: 1. Fungsi F dibentuk sedemikian rupa sehingga 2. Karena F akan dioptimalkan, maka Persamaan dibedakan dengan menentukan 3. x, y, z, λ 1 and λ 2 diselesaikan menggunakan kendala dan persamaan pada kondisi optimum Metode pengali LaGrange untuk menentukan kondisi keseimbangan untuk sistem multikomponen dan multifase.

19. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika Fungsi Komposit Hukum gas ideal v = RT/P dapat dipertimbangkan untuk diterapkan pada proses di mana gas mengembang dalam nosel dua dimensi. Jika bergerak ke hilir bersama gas, sebagai konsekuensi dari ekspansi, tekanan dan suhu biasanya menurun dan volume spesifik v yang ditempati oleh 1 kg massa gas biasanya meningkat sesuai dengan hukum gas ideal. Cara alternatif untuk melihat masalah ini adalah dengan mempertimbangkan seluruh domain nosel dalam bidang berdimensi x–y (disebut kerangka acuan Euler) di mana P dan T (dan, oleh karena itu, v) adalah fungsi dari x dan y. Volume spesifik v(x,y) dapat ditentukan menggunakan persamaan keadaan. Fungsi seperti v = v(T,P), dengan T dan P sendiri merupakan fungsi dari x dan y, disebut fungsi komposit.

20. Thermodinamika - Lanjut C. Latar Belakang Matematika 9. Teorema Stokes dan Gauss Teorema ini diperlukan untuk mengubah persamaan dari bentuk integral ke bentuk diferensial seperti yang untuk konservasi energi, serta persamaan entropi danpersamaan ketersediaaan kesetimbangan. Theorema Stokes Theorema Divergensi Gauss–Ostrogradskii The Leibnitz Formula Jika gas yang ada di dalam balon dikeluarkan , volume balon akan mengecil , dan massa yang terkandung di dalamnya berkurang . Laju perubahan massa dapat ditentukan dengan menerapkan Rumus Leibnitz, yaitu menunjukkan kecepatan deformasi sesaat balon . Rumus ini berguna untuk memecahkan masalah yang berkaitan dengan materi yang melibatkan volume kontrol yang dapat dideformasi

21. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis Feynman menggambarkan materi sebagai berikut: “...semua benda terbuat dari atom – partikel kecil yang bergerak dalam gerakan terus-menerus dan saling menarik ketika mereka berada sedikit jarak, tetapi saling tolak-menolak ketika ditekan satu sama lain’’ Gaya antar molekul , gaya tarik-menarik atau tolak-menolak yang terjadi antara molekul-molekul , Energi yang tersimpan dalam suatu massa di bawah pengaruh medan gravitasi bumi bertambah seiring bertambahnya jarak r. Energi potensial gravitasi ini serupa dengan energi yang terkandung dalam beban yang terangkat, yang menyebabkannya jatuh kecuali jika dibatasi. Demikian pula, kerja harus dilakukan untuk memindahkan muatan sebesar Qc coulomb melalui potensial listrik. Demikian pula, jika molekul A terletak di titik asal dan molekul B terletak pada jarak l darinya, energi potensial yang tersimpan dalam molekul tersebut dapat ditentukan jika karakteristik medan gaya diketahui Jika molekul-molekulnya berjarak relatif berjauhan, gaya tariknya dapat diabaikan. Gas ideal termasuk dalam ini. 1. Materi 2. Gaya antar molekul dan energi potensial

22. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 3. Energi Dalam, Suhu, Jumlah Tumbukan, dan Jarak Bebas Rata-rata Energi Dalam dan Suhu Pada tekanan rendah dan suhu tinggi , jarak antarmolekul dalam gas biasanya besar dan molekul-molekul bergerak tanpa henti pada rentang kecepatan yang luas . Molekul-molekul tersebut juga bergetar dan berotasi . Energi total yang dimilikinya disebabkan oleh mode-mode translasi , rotasi , dan vibrasi ini ( gambar 19). Energi dalam berbanding lurus dengan suhu .  Semakin tinggi suhu , semakin besar energi dalamnya .  Energi dalam ini merepresentasikan total energi kinetik dan potensial dari partikel-partikel dalam sistem , di mana peningkatan suhu berarti partikel bergerak lebih cepat , sehingga energi kinetik totalnya meningkat .  Energi molekul berubah secara signifikan dengan kompresi dan perubahan fase

23. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 3. Energi Dalam, Suhu, Jumlah Tumbukan, dan Jarak Bebas Rata-rata b. Jumlah Tabrakan dan Jarak Bebas Rata-rata Molekul-molekul dalam materi menempuh jarak lmean sebelum bertabrakan dengan molekul lain. Perhatikan molekul A yang pertama kali bertabrakan dengan molekul lain setelah menempuh jarak ſ mean , kemudian mengalami tabrakan lagi setelah bergerak sejauh 2 ſ mean , dan seterusnya , hingga bertabrakan untuk ke -N kalinya dengan molekul lain setelah bergerak sejauh N× ſ mean . Jika N tumbukan ini terjadi dalam satu detik , molekul A dikatakan mengalami N tumbukan per satuan waktu (juga dikenal sebagai bilangan tumbukan ) . Kcepatan molekul rata rata Adalah Untuk gas ideal kecepatan suara ,d imana 1 < k < 5/3. Kecepatan suara sebanding untuk kecepatan molekul rata-rata.

24. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 4. Tekanan Ketika bola raket dilempar ke dinding , bola tersebut akan memantul kembali setelah tumbukan . Jika beberapa bola dilempar ke dinding secara berkala , dampak akibat bola menjadi teratur dan, pada frekuensi yang cukup tinggi , dapat dianggap sebagai suatu gaya . Demikian pula, tekanan yang kita alami disebabkan oleh kontinum materi yang menyerang kita tanpa henti ( seperti yang ditunjukkan pada Gambar 21 ). Dalam kasus gas, sejumlah besar molekul bergerak dengan kecepatan tinggi pada kondisi standar dan menabrak permukaan , sehingga menciptakan tekanan . Dalam kondisi atmosfer , gaya yang diberikan oleh molekul udara yang menabrak ( karena perubahan momentum mereka saat menabrak permukaan ) adalah setara dengan menempatkan beban 105 N pada setiap m2 permukaan ( yaitu , 100 KPa)

25. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 4. Tekanan Hubungan antara tekanan dan suhu Gas Ideal , Dimana p k adalah tekanan dari zat K Oleh karena itu , persamaan keadaan umum untuk campuran gas ideal diberikan oleh: atau p k /P = N k /N = X k . Gas Nyata P ≈ RT/v - a/v 2 Gas nyata memiliki gaya tarik-menarik antarmolekul yang tidak dimiliki oleh gas ideal, sehingga tidak mengikuti teori kinetik molekuler secara sempurna .  Bilangan Knudsen Hubungan tekanan hanya berlaku ketika permukaan tempat molekul bertumbukan memiliki dimensi yang jauh lebih besar daripada jarak bebas rata-rata. Angka Knudsen didefinisikan sebagai Kn = ſ mean /d, Dimana d adalah diameter pertikel . Angka ini berguna dalam menentukan sifat kontinum seperti tekanan, koefisien konduktivitas termal, dll. Jika Kn «l, perkiraan kontinum valid.

26. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 5. Gas Cair, dan Tekanan Ketika materi dikompresi , molekul-molekulnya berada lebih dekat satu sama lain. Seiring berkurangnya jarak antarmolekul , gaya tarik antar molekul yang berdekatan menjadi lebih besar cukup untuk mengurangi kecepatan molekul . Melalui proses ini , molekul gas melambat menjadi keadaan di mana materi berubah fase dan menjadi cair . Jumlah energi translasi , rotasi , dan vibrasi untuk cairan sebanding dengan energi potensial minimum dengan konsekuensi cairan bersifat mobile (Gambar 22) Ketika cairan dikompresi , jarak antarmolekul l semakin berkurang , dan gaya pada molekul ( yaitu , potensi tarik maksimum ) menurun hingga akhirnya menjadi sangat kecil . Oleh karena itu , molekul-molekul berhenti bergerak satu sama lain, sehingga bahwa energi rotasi cenderung nol , meskipun energi getaran masih terbatas dengan getaran yang terjadi pada posisi tetap lmin . Penghentian rotasi " Merekatkan " molekul-molekul pada posisi tertentu dan pada konfigurasi tetap ini , materi menjadi padat . (Gambar 23)

27. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 6. Kerja / Work (W) Molekul gas yang terkandung dalam rakitan piston- silinder pada suhu tertentu bergerak dengan kecepatan rata-rata tertentu . Dampak molekul-molekul ini ( atau tekanan gas) pada piston menginduksi gaya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 24. Gaya ini akan menyebabkan piston bergerak ke atas kecuali jika dibatasi oleh gaya yang sama besarnya . Jika gaya yang membatasi lebih kecil , piston akan bergerak pada jarak tertentu , katakanlah dx sehingga dV = Adx , dengan V dan A, masing-masing menunjukkan volume dan luas sampai gaya yang diberikan oleh gas pada piston berkurang cukup untuk sama dengan gaya yang membatasi . Oleh karena itu , perbedaan gaya atau tekanan menyebabkan perubahan volume ( Dv ). Kerja (W) yang dilakukan untuk mencapai perubahan ini adalah W = F dx = PA dx = P dV di mana P adalah tekanan yang diberikan oleh gas di dalam silinder pada akhir ekspansi . Kerja (W) adalah hasil dari gerak yang terorganisir . Oleh karena itu , ketika piston bergerak , molekul gas molekul-molekul yang terdapat dalam silinder juga bergerak ke arah yang sama . Perbedaan tekanan dapat digunakan untuk mempercepat molekul-molekul ini ke arah tertentu , sesuai dengan hukum Newton. Akibat percepatan , molekul gas dapat memperoleh energi kinetik yang lebih tinggi , sehingga menghasilkan suhu yang lebih tinggi Gambar 25. Ilustrasi skema proses relaksasi di mana PA>PB, dan TA>TB.

28. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 7. Panas Kesetimbangan termal adalah   kondisi ketika dua sistem memiliki suhu yang sama sehingga tidak ada aliran panas bersih di antara keduanya .  Perpindahan panas reversibel ( atau proses reversibel ) adalah proses ideal yang dapat dibalikkan tanpa meninggalkan jejak pada sistem atau lingkungannya , melibatkan perpindahan panas yang sangat lambat dan tanpa kehilangan energi .  Kesetimbangan termal terjali bila Molekul-molekul dalam suatu sistem pada suhu seragam , rata-rata, memiliki energi translasi yang sama . Oleh karena itu , meskipun terdapat distribusi kecepatan molekul mikroskopis dalam materi ; tidak ada pertukaran energi bersih . Dalam kondisi ini , perpindahan panas apa pun bersifat reversibel karena setiap saat sejumlah molekul dengan energi yang sama saling bersilangan ke kedua arah Gambar 26. Mekanisme perpindahan panas

29. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 8. Potensial Kimia

30. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 8. Potensial Kimia

31. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 9. Titik Didih/Keseimbangan Fase Fluida Komonen Tunggal Kesetimbangan fasa fluida komponen tunggal adalah   kondisi di mana sebuah zat tunggal ( misalnya air) berada dalam kesetimbangan antara beberapa fasanya ( padat , cair , gas) pada suatu suhu dan tekanan tertentu . ( Contoh gambar 29) b. Beberapa komponen Kesetimbangan fasa fluida multikomponen adalah   kondisi di mana beberapa komponen berbeda ( seperti hidrokarbon dalam campuran ) ada dalam beberapa fasa ( misalnya gas dan cair ) pada saat yang sama dan tidak ada perubahan komposisi fasa dari waktu ke waktu , meskipun suhu dan tekanan dapat berubah .  ( Contoh gambar 30)

32. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 10. Entropi Entropi adalah ukuran jumlah keadaan " acak " di mana molekul menyimpan energi , sebagaimana terdapat beberapa cara untuk menyimpan benda fisik di dalam lemari ( tergantung pada jumlah benda dan rak di dalam lemari ). Dengan asumsi semua keadaan ini memiliki probabilitas yang sama , entropi S didefinisikan sebagai besaran yang proporsional dengan logaritma jumlah keadaan makro Ω , di mana energi disimpan , yaitu S ∝ ln Ω. Entropi meningkat ketika dua spesies berbeda dicampur . Hal ini dapat diilustrasikan melalui contoh dua wadah adiabatik yang berdekatan dengan volume V1 dan V2 pada suhu yang sama , yang masing-masing berisi nitrogen dan oksigen . Jika partisi di antara keduanya dihilangkan , maka gas N2 dan O2 memiliki serangkaian keadaan kuantum baru karena perluasan volume dari V1 dan V2 ke V1+ V2 . Hal ini meningkatkan entropi masing-masing spesies . Oleh karena itu , pencampuran menyebabkan peningkatan entropi , dan akibatnya , entropi sistem . Dalam hal ini , pencampuran menyebabkan entropi meningkat meskipun energi total nitrogen dan oksigen tidak berubah karena pencampuran .

33. Thermodinamika - Lanjut D. Tinjauan Umum Termodinamika Mikroskopis 11. Sifat Campuran – Sifat Molal Parsial Satu kmol zat apa pun pada kondisi standar mengandung 6,023x1026 molekul yang dikenal sebagai bilangan Avogadro. Energi molekuler berupa energi vibrasi , rotasi , dan translasi , dan molekul - molekul tersebut dipengaruhi oleh energi potensial antarmolekul ( ipe ). Pada keadaan standar , energi air murni ¯u adalah 1892 kJ/ kmol ( batang di atas menunjukkan sifat murni berdasarkan kmol ). J ika satu kmol air dicampur pada tingkat molekuler pada kondisi standar dengan 2 kmol etanol , setiap molekul H2O kini dikelilingi oleh 2 molekul etanol . Karena suhu tidak berubah , jarak antarmolekul hampir tidak berubah sebelum dan sesudah pencampuran . Gaya tarik menarik antara molekul air- etanol berbeda dengan gaya tarik menarik antara molekul air-air ( hal ini berlaku untuk larutan non-ideal) dan, akibatnya , energi potensialnya berbeda untuk kedua kasus tersebut . Oleh karena itu , kontribusi energi gabungan terhadap campuran oleh satu kmol ( atau 6x10 molekul ) air dalam campuran ^u H2O berbeda dengan kontribusi energi gabungan satu kmol air murni ketika komponen tersebut berada di dalam campuran . Di sini , ^uH2O menunjukkan energi internal molar parsial . Demikian pula, entalpi dan entropi air berbeda dengan kondisi tercampur dan tidak tercampur . Jika larutanya ideal, yaitu jika gaya tarik antarmolekul etanol-etanol sama dengan gaya tarik antarmolekul air- etanol , gaya tarik air- etanol akan sama dengan gaya tarik dalam keadaan murni . Dalam hal ini , ^u H2O = ¯u H2O , untuk campuran gas ideal dan karena gaya tarik tidak memengaruhi sifat tersebut . Namun , meskipun demikian , ^s tidak akan sama dengan ¯sH2O, karena molekul air akan air tersebar pada jarak yang lebih jauh dalam campuran , sehingga jumlah keadaan kuantum molekul air akan meningkat .

34. Thermodinamika - Lanjut TERIMA KASIH Yohana Mutiara Dewi NIM : 03012682529002 Program Studi S2 Teknik Kimia