SIFAT
TERMAL ZAT PADAT (KRISTAL)
Di
susun untuk memenuhi salah satu tugas
Mata kuliah: FISIKA ZAT PADAT
Dosen Pembimbing: Santiani M.Pd
Oleh :
Selvia Anggraini R
(1301130316)
INSTITUT AGAMA
ISLAM NEGERI (IAIN) PALANGKA RAYA
JURUSAN
TARBIYAH FAKULTAS MIPA DAN ILMU KEGURUAN PRODI TADRIS FISIKA
TAHUN 2016
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Salah satu sifat penting dari material sebuah benda padat adalah
panas. Sifat panas, perpindahan panas, pelakuan panas mempunyai dampak pada
material benda padat tersebut. Sifat panas tersebut adalah salah satunya adalah
kapasitas panas. Kapasitas panas merupakan banyaknya panas ΔQ yang diperlukan untuk menaikan ΔT suatu
zat. Kapasitas panas dibagi menjadi dua bagian, yakni kapasitas panas pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas
panas pada volume tetap (Cv). Salah satu dasar teori
tentang kapasitas panas volume tetap adalah kapasitas panas Debye yang diturunkan dari fungsi energy
system osilator harmonic kuantum dan rapat keadaan. Pada persamaan model Debye
dengan tinjauan Kristal monoatomik, penyelesaian integrasinya tidak dapat
diselesaikam secara analitik.
B.
Rumusn Masalah
1.
Apa yang di maksud dengan sifat
termal bahan ?
2.
Apa saja faktor yang
mempengaruhi konduktivitas termal suatu bahan ?
3.
Bagaimana mekanisme
konduktifitas termal suatu bahan ?
C.
Tujuan Masalah
1. Mengetahui
apa yang dimaksud dengan sifat termal sutu bahan.
2. Mengetahui faktor yang mempengaruhi konduktivitas termal suatu
bahan.
3. Mengetahui mekaninisme konduktivitas termal suatu bahan.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Sifat Termal
Sifat
termal adalah respon material aplikasi dari panas. Benda padat menyerap energi dalam bentuk panas ,
sehingga temperatur dan dimensinya naik.
Kapasitas Termal dan konduktifitas termal adalah sifat yang
sering dibahas pada pemanfaatan praktis dari padatan.[1]
Untuk mengetahui
sifat termal suatu bahan, maka perlu dibedakan antara tempratur/suhu dengan kandungan kalor.
1.
Kapasitas panas foton
Kapasitas
panas adalah jumlah panas yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur padatan
sebesar atu derajat K.
Kapasitas
panas dengan volume konstan di definisikan sebagai :
Cv =
Dimana U adalah energi
kristal dan T adalah temperature, apabila partikel foton yang mempunyai
frekuensi v, maka menurut kuantum planck bearnya energy adalah :
E
= hv = h.
Energy kristal untuk vector panjang gelombang k = k1 adalah
Uk1.p
=
Artinya ; setiap harga 1 k mempunyai 3 jenis potensial. Secara umum
energi kristal untuk 1 k ditulis :
Uk.p =
Sehingga
energi total kristal untuk seluruh nilai k yaitu :
Utot =
Utot =
Dimana
= probabilitas
penempatan tingkat energi foton.
2. Rapat keadaan model Debye
Atom
pada model Enstiein diasumsikan borosilasi bebas, sedangkan pada kenyataannya
atom- atom saling berinteraksi sehingga osilasi satu atom akan mempengaruhi
atom lainnya.[2]
Gerak
yang ditinjau adalah gerak kekisi secara
keseluruhan yang dipengaruhi oleh atom tetangga, bukan gerak individu sehingga
ditinjau model kekisi kolektif. Contoh umum dari model kolektif ini adalah
gelombang suara. Debye mengasumsikan bahwa model kekisi menyerupai gelombang suara yang memiliki relasi dispersi :
maka nilai
pada model Einstein
adalahtunggal, yaitu
. Sedangkan pada model Debye nilai
ω bervariasi dari 0 hingga nilai ω maksimum. Total energi getaran seluruh
kekisi adalah E =
.
Dengan g (ω) adalah rapat
keadaan. Nergi retara dinyatakan
=
namun bentuk integral
tersebut harus memiliki batas intergral, yaitu ujung bawah dan atas spektrum
frekuensi. Batas bawas spektrum frekuensi adalah ω = 0 sedangkan batas atas
ditentukan sedemikian sehinggv banyaknya model harus sama dengan banyaknya
derajad kebebasn atom disebuah bahan, yaitu 3
. untuk menentukan banyak model, digunakan medium kontinu, karena Debye
mengasumsikan bentuk relasi dispersi yang sama dengan gelombang suara pada
bahan.
3.
Tempetatur Debye
Suhu Debye adalah parameter tergantung bahan dalam fisika solid-
state. Ini adalah ukuran dari besarnya frekuensi foton yang terjadi dalam suatu
material.
4.
Persamaan Debye T3
Hubungan suhu dan kapasitas panas zat padat pada suhu serendah 10-15
K ; hubungan itu berbentuk Cv = a T3 dengan a adalah
tetapan untuk semua senyawa. Teori Debye menganggap bahwa ada distribusi
kontinu frekuensi dari v = 0 hingga harga maksimum tertentu v = vD.
Debye
melakukan penyederhanaan perhitungan dengan menganggap padatan sebagai medium
merata yang bervibrasi dan mengambil padatan pada vibrasi atom sebagai spektrum
gelombang berdiri sepanjang kristal.
Dengan cs kecepatan rambat suara dalam
padatan.
B. Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Konduktivitas Termal
Konduktivitas atau keterhantaran termal (k) adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas.
Adapun faktor- faktor dapat mempengaruhi konduktivitas termal antara lain yaitu :
1. Suhu
Konduksi termal akan meningkat seiring dengan
kenaikan suhu.
2. Kandungan uap
air Konduksi
Termal akan meningkat seiring meningkanta kandungankelembaman.Bila nilai (k) besar maka merupakan
pengalir yg baik,tetapi bila nilai (k) kecil maka bukan pengalir yg baik.
3. Berat
jenisNilai konduktifitas termal akan berubah bila berat jenisnya berubah.
Semakintinggi berat jenis makan semakin baik pengalir konduktifitas tersebut
4. Keadaan pori- pori bahan
Semakin besar rongga maka akan semakin buruk konuktifitas termalnya.
C. Mekanisme Konduktivitas Termal
Panas diangkut dalam bahan padat oleh kedua gelombang kisi (foton) dan elektron
bebas. Konduktivitas termal
berhubungan dengan masing-masing mekanisme
ini dan konduktivitas total
jumlah kontribusi keduanya. Dimana k1 mewakili getaran kisi dan konduktivitas
termal elektron.energi termal yang terkait dengan fonon atau gelombang kisi diangkut dalam arah gerak mereka. Hasil kontribusi k1 dari gerakan bersih
fonon dari tinggi ke suhu rendah dari tubuh dalam gradiens suhu. Elektron bebas dapat berpartisipasi
dalam konduksi termal elektronik, dengan elektron bebas di daerah spesimen panas smapai mendapatkan keuntungan energi kinetik.kemudian bermigrasi ke
daerah dingin, di mana beberapa energi kinetika akan dipindahkan ke atom sendiri
(sebagai energi getaran) sebagai akibat tumbukan dengan fonon atau
ketidaksempurnaan lain dalam
kristal. Kontribusi relatif
ke, untuk meningkatkan total konduktivitas
termal dengan meningkatnya konsentrasi elektron bebas, karena lebih banyak elektron yang tersedia
untuk berpartisipasi dalam proses transferrence panas.[3]
BAB III
A. KESIMPULAN
Sifat termal
adalah respon material aplikasi dari panas. Benda padat menyerap energi dalam bentuk panas , sehingga
temperatur dan dimensinya naik.
Adapun faktor- faktor dapat mempengaruhi konduktivitas termal antara lain yaitu :
1. Suhu
Konduksi termal akan meningkat seiring dengan
kenaikan suhu.
2. Kandungan uap
air Konduksi
Termal akan meningkat seiring meningkanta kandungankelembaman.Bila nilai (k) besar maka merupakan
pengalir yg baik,tetapi bila nilai (k) kecil maka bukan pengalir yg baik.
3. Berat
jenisNilai konduktifitas termal akan berubah bila berat jenisnya berubah.
Semakintinggi berat jenis makan semakin baik pengalir konduktifitas tersebut
4. Keadaan pori- pori bahan
Semakin besar rongga maka akan semakin buruk konuktifitas termalnya.
Panas diangkut dalam bahan padat oleh kedua gelombang kisi (foton) dan elektron
bebas. Konduktivitas termal
berhubungan dengan masing-masing mekanisme
ini dan konduktivitas total
jumlah kontribusi keduanya. Dimana k1 mewakili getaran kisi dan konduktivitas
termal elektron.energi termal yang terkait dengan fonon atau gelombang kisi diangkut dalam arah gerak mereka
Dengan
dibuatnya makalah mengenai Sifat Termal Kristal ini diharapkan agar menjadi
pembelajaran bagi pendidik ataupun calon pendidik dalam memahami sasaran maupun
tujuan yang ingin dicapi bersama dalam
nantinya. Jika ada kekurangan, penyusunan memohon maaf dan menerima
kritik serta saran sehingga makalah ini dapat menjadi lebih baik lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta. 8Juli 2003
Syarief Hidayat Fisika NangunanPusat Pengembangan Bahan ajar –UMB.
2013
Fisika FMIPA UNY,
Sifat Thermal Kristal,
2012.
Website
:
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Rita
%20Prasetyowati,%20M.Si./SIFAT%20THERMAL%
20KRISTAL.pdf, di akses 1 April 2014sma
K., S. Dio,
dkk, Fonon I
: Getaran Kristal,
[2] Prosiding Pertemuan
dan Presentasi IImiah
Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan
Teknologi Nuklir P3TM-BATAN
Yogyakarta. 8Juli 2003
Fisika
FMIPA UNY, Sifat
Thermal Kristal, 2012.
