043) Animasi Excel untuk Fisika: Kapasitas Kalor Gas Diatomik, (3/2)nR, (5/2)nR, dan (7/2)nR

Kapasitas kalor gas monoatomik (gas yang dibentuk oleh atom-atom yang tidak membentuk molekul) adalah Cv = (3/2) nR pada semua suhu. Di sini n adalah jumlah mol gas dan R adalah konstanta gas umum. Namun, untuk gas diatomik, kapasitas kalor berbeda pada suhu berbeda.

Pada suhu rendah, kapasitas kalor gas diatomic adalah

Ketika suhu dinaikkan maka pada suhu menengah, kapasitas kalor berubah menjadi

Jika suhu dinaikkan lagi maka pada suhu tinggi kapasitas kalor manjadi

Mengapa kapasitas kalor gas diatomik dapat berubah seperti itu?

Gas diatomic disusun oleh dua atom yang terikat secara kimiawi. Dua atom berada pada satu garis dengan jarak tertentu. Pada suhu rendah, dua atom tersebut hanya bergerak translasi secara bersama-sama. Energi yang dimiliki hanya energi kinetik translasi. Ada tiga komponen energy kinetik translasi: arah-x, arah-y, dan arah-z. Tiap komponen menyumbang energi rata-rata sebesar kT/2 dengan k adalah konsnta Boltzmaan dan T adalah suhu mutlak. Dengan demikian, energi kinetik total tiga komponen menjadi 3 x kT/2 = (3/2)kT. Jika ada N molekul maka energi kinetik total semua molekul adalah

dengan NA adalah bilangan Avogadro. Tetapi N/NA = n = jumlah mol gas dan (NA k) = R = kontanta gas umum. Jadi

Kapasita kalor gas pada suhu rendah menjadi

Pada suhu menengah, di samping gerak translasi, juga mulai muncul gerak rotasi. Hanya ada dua kemungkinan gerak rotasi, yaitu mengelilingi sumbu yang tegak lurus dengan sumbu molekul. Tiap gerak rotasi menyumbang energi kT/2. Jadi total energi yang disumbang gerak rotasi adalah kT. Ditambah dengan gerak translasi maka energi kinetik total tiap molekul menjadi (3/2)kT + kT = (5/2)kT. Dari energi ini maka dihasilkan energi kitentik total semua molekul sebesar (5/2)nRT. Dengan demikian, kapasitas kalor menjadi (5/2)nR.

Pada suhu tinggi, mulai mencul gerak vibrasi molekul sepanjang sumbu. Gerak mendekat dan menjauh ini memiliki dua jenis energi: energi kinetik vibrasi dan energi potential vibrasi. Tiap energi memberikan nilai rata-rata kT/2 sehinga total energi yang disumbang adalah kT. Akhirnya, energi total tiap molekul pada suhu tinggi menjadi (3/2)kT + kT+kT = (7/2)kT. Akhirnya, energi ini menghasilkan kapasitas kalor Cv=(7/2)nR.

Saya membuat program untuk menanimasikan gerak molekul gas pada suhu rendah, menengah, dan tinggi. File dapat didownload pada link berikut ini.

Ini file animasi

Sumber gambar fitur: ‘fi-pda.org’

Jika merasa bermanfaat, silakan share dan like:

Leave a Reply