Ensiklopedia

Artikel ini perlu diterjemahkan dari bahasa Inggris ke bahasa Indonesia. Artikel ini ditulis atau diterjemahkan secara buruk dari Wikipedia bahasa Inggris . Jika halaman ini ditujukan untuk komunitas bahasa Inggris , halaman itu harus dikontribusikan ke Wikipedia bahasa Inggris . Lihat daftar bahasa Wikipedia . Artikel yang sama sekali tidak diterjemahkan dapat dihapus secara cepat sesuai kriteria A2 . Jika Anda ingin memeriksa artikel ini, Anda boleh menggunakan mesin penerjemah. Namun ingat, mohon tidak menyalin hasil terjemahan tersebut ke artikel, karena umumnya merupakan terjemahan berkualitas rendah .

Pada pertengahan abad ke-19, ilmuwan mengembangkan suatu teori baru untuk menggantikan teori kalorik . Teori ini bedasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel sangat kecil yang selalu bergerak. Bunyi teori Kinetik adalah sebagai berikut:

Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.

Teori Kinetik (atau teori kinetik pada gas ) berupaya menjelaskan sifat-sifat gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan . Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh denyut-denyut statis di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac Newton , melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau atau Teori Kinetik pada Gas .

Teori untuk gas ideal memiliki asumsi-asumsi berikut ini:

• Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil, dengan massa tidak nol.
• Banyaknya molekul sangatlah banyak, sehingga perlakuan statistika dapat diterapkan.
• Molekul-molekul ini bergerak secara sekaligus . Partikel-partike yang bergerak sangat cepat itu secara konstan bertumbukan dengan dinding-dinding wadah.
• Tumbukan-tumbukan partikel gas terhadap dinding wadah bersifat lenting (elastis) sempurna.
• Interaksi antarmolekul dapat diabaikan ( negligible ). Mereka tidak mengeluarkan gaya satu sama lain, kecuali saat tumbukan terjadi.
• Keseluruhan volume molekul-molekul gas individual dapat diabaikan bila dibandingkan dengan volume wadah. Ini setara dengan menyatakan bahwa jarak rata-rata antarpartikel gas cukuplah besar bila dibandingkan dengan ukuran mereka.
• Molekul-molekul berbentuk bulat (bola) sempurna, dan bersifat lentur ( elastic ).
• Energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas hanya bergantung kepada suhu sistem .
• Efek-efek relativistik dapat diabaikan.
• Efek-efek Mekanika kuantum dapat diabaikan. Artinya bahwa jarak antarpartikel lebih besar daripada dan molekul-molekul dapat diperlakukan sebagai klasik .
• Waktu selama terjadinya tumbukan molekul dengan dinding wadah dapat diabaikan karena berbanding lurus terhadap waktu selang antartumbukan.
• Persamaan-persamaan gerak molekul berbanding terbalik terhadap waktu.

Lebih banyak pengembangan menenangkan asumsi-asumsi ini dan didasarkan pada Persamaan Boltzmann . Ini dapat secara akurat menjelaskan sifat-sifat gas padat, sebab mereka menyertakan volume molekul. Asumsi-asumsi penting adalah ketiadaan efek-efek quantum, dan gradien kecil di dalam sifat-sifat banyaknya. Perluasan terhadap orde yang lebih tinggi dalam kepadatan dikenal sebagai . Karya definitif adalah buku tulisan Chapman dan Enskog, tetepi terdapat pengembangan yang lebih modern dan terdapat pendekatan alternatif yang dikembangkan oleh Grad, didasarkan pada perluasan momentum. ^{[ butuh rujukan ]} Di dalam batasan lainnya, untuk gas yang diperjarang, gradien-gradien di dalam sifat-sifat besarnya tidaklah kecil bila dibandingkan dengan lintasan-lintasan bebas rata-ratanya. Ini dikenal sebagai rezim Knudsen regime dan perluasan-perluasannya dapat dinyatakan dengan .

Teori Kinetik juga telah diperluas untuk memasukkan tumbukan tidak lenting di dalam oleh Jenkins dan kawan-kawan. ^{[ butuh rujukan ]}

Tekanan dapat dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah. Misalkan suatu gas dengan N molekul, masing-masing bermassa m , terisolasi di dalam wadah yang mirip kubus bervolume V . Ketika sebuah molekul gas menumbuk dinding wadah yang tegak lurus terhadap sumbu koordinat x dan memantul dengan arah berlawanan pada laju yang sama (suatu ), maka momentum yang dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:

${\displaystyle \Delta p_{x}=p_{i}-p_{f}=2mv_{x}\,}$

di mana v _x adalah komponen- x dari kecepatan awal partikel.

Partikel ini memberi tumbukan kepada dinding sekali setiap 2 l/v _x satuan waktu (di mana l adalah panjang wadah). Kendati partikel menumbuk sebuah dinding sekali setiap 1 l/v _x satuan waktu, hanya perubahan momentum pada dinding yang dianggap, sehingga partikel menghasilkan perubahan momentum pada dinding tertentu sekali setiap 2 l/v _x satuan waktu.

${\displaystyle \Delta t={\frac {2l}{v_{x}}}}$

gaya yang dimunculkan partikel ini adalah:

${\displaystyle F={\frac {\Delta p}{\Delta t}}={\frac {2mv_{x}}{\frac {2l}{v_{x}}}}={\frac {mv_{x}^{2}}{l}}}$

Keseluruhan gaya yang menumbuk dinding adalah:

${\displaystyle F={\frac {m\sum _{j}v_{jx}^{2}}{l}}}$

di mana hasil jumlahnya adalah semua molekul gas di dalam wadah.

Besaran kecepatan untuk tiap-tiap partikel mengikuti persamaan ini:

${\displaystyle v^{2}=v_{x}^{2}+v_{y}^{2}+v_{z}^{2}}$

Kini perhatikan gaya keseluruhan yang menumbuk keenam-enam dinding, dengan menambahkan sumbangan dari tiap-tiap arah, kita punya:

${\displaystyle {\mbox{Total Force}}=2\cdot {\frac {m}{l}}(\sum _{j}v_{jx}^{2}+\sum _{j}v_{jy}^{2}+\sum _{j}v_{jz}^{2})=2\cdot {\frac {m}{l}}\sum _{j}(v_{jx}^{2}+v_{jy}^{2}+v_{jz}^{2})=2\cdot {\frac {m\sum _{j}v_{j}^{2}}{l}}}$

di mana faktor dua muncul sejak saat ini, dengan memperhatikan kedua-dua dinding menurut arah yang diberikan.

Misalkan ada sejumlah besar partikel yang bergerak cukup acak, gaay pada tiap-tiap dinding akan hampir sama dan kini perhatikanlah gaya pada satu dinding saja, kita punya:

${\displaystyle F={\frac {1}{6}}\left(2\cdot {\frac {m\sum _{j}v_{j}^{2}}{l}}\right)={\frac {m\sum _{j}v_{j}^{2}}{3l}}}$

Kuantitas ${\displaystyle \sum _{j}v_{j}^{2}}$ dapat dituliskan sebagai ${\displaystyle {N}{\overline {v^{2}}}}$ , di mana garis atas menunjukkan rata-rata, pada kasus ini rata-rata semua partikel. Kuantitas ini juga dinyatakan dengan ${\displaystyle v_{rms}^{2}}$ di mana ${\displaystyle v_{rms}}$ dalah kecepatan semua partikel.

Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:

${\displaystyle F={\frac {Nmv_{rms}^{2}}{3l}}}$

Tekanan, yakni gaya per satuan luas, dari gas dapat dituliskan sebagai:

${\displaystyle P={\frac {F}{A}}={\frac {Nmv_{rms}^{2}}{3Al}}}$

di mana A adalah luas dinding sasaran gaya.

Jadi, karena luas bagian yang berseberangan dikali dengan panjang sama dengan volume, kita punya pernyataan berikut untuk tekanan

${\displaystyle P={Nmv_{rms}^{2} \over 3V}}$

di mana V adalah volume. Maka kita punya

${\displaystyle PV={Nmv_{rms}^{2} \over 3}}$

Karena Nm adalah masa keseluruhan gas, maka kepadatan adalah massa dibagi oleh volume ${\displaystyle \rho ={Nm \over V}}$ .

Maka tekanan adalah

${\displaystyle P={2 \over 3}{\frac {\rho \ v_{rms}^{2}}{2}}}$

Hasil ini menarik dan penting, sebab ia menghubungkan tekanan, sifat , terhadap energi kinetik translasional rata-rata per molekul ${\displaystyle {1 \over 2}mv_{rms}^{2}}$ yakni suatu sifat . Ketahuilah bahwa hasil kali tekanan dan volume adalah sepertiga dari keseluruhan energi kinetik.

Dari hukum gas ideal

${\displaystyle PV=Nk_{B}T}$ (1)

dimana B adalah konstanta Boltzmann dan T adalah . Dan dari rumus diatas, dihasilkan ${\displaystyle PV={Nmv_{rms}^{2} \over 3}}$ Derivat:

${\displaystyle Nk_{B}T={\frac {Nmv_{rms}^{2}}{3}}}$

${\displaystyle T={\frac {mv_{rms}^{2}}{3k_{B}}}}$ (2)

yang menuju ke fungsi energi kinetik dari sebuah molekul

${\displaystyle mv_{rms}^{2}=3k_{B}T}$

Energi kinetik dari sistem adalah N kali lipat dari molekul ${\displaystyle K={\frac {Nmv_{rms}^{2}}{2}}}$

Suhunya menjadi

${\displaystyle T={\frac {2K}{3Nk_{B}}}}$ (3)

Persamaan 3 ini adalah salah satu hasil penting dari teori kinetik

Rerata energi kinetik molekuler adalah sebanding dengan suhu absolut.

Dari persamaan 1 dan 3 didapat:

${\displaystyle PV={\frac {2K}{3}}}$ (4)

Dengan demikian, hasil dari tekanan dan volume tiap mol sebanding dengan rerata energi kinetik molekuler. Persamaan 1 dan 4 disebut dengan hasil klasik, yang juga dapat diturunkan dari mekanika statistik . ^{[ 1 ]}

Karena 3N adalah derajat kebebasan (DK) dalam sebuah sistem gas monoatomik dengan N partikel, energi kinetik tiap DK adalah:

${\displaystyle {\frac {K}{3N}}={\frac {k_{B}T}{2}}}$ (5)

Dalam energi kinetik tiap DK, konstanta kesetaraan suhu adalah setengah dari konstanta Boltzmann. Hasil ini berhubungan dengan teorema ekuipartisi . Seperti yang dijelaskan pada artikel , gas diatomik seharusnya mempunyai 7 derajat kebebasan, tetapi gas yang lebih ringan berlaku sebagai gas yang hanya mempunyai 5. Dengan demikian, energi kinetik tiap kelvin (gas ideal monoatomik) adalah:

• Tiap mole: 12.47 J
• Tiap molekul: 20.7 yJ = 129 μeV

Pada STP (273,15 K , 1 atm), didapat:

• Tiap mole: 3406 J
• Tiap molekul: 5.65 zJ = 35.2 meV

Jumlah tumbukan atom dengan dinding wadah tiap satuan luar tiap satuan waktu dapat diketahui. Asumsikan pada gas ideal, derivasi dari ^{[ 2 ]} menghasilkan persamaan untuk jumlah seluruh tumbukan tiap satuan waktu tiap satuan luas:

${\displaystyle A={\frac {N\cdot v_{avg}}{4V}}={\frac {\rho }{4}}{\sqrt {\frac {8kT}{\pi m}}}{\frac {1}{m}}.}$

Dari persamaan energi kinetik dapat ditunjukkan bahwa:

${\displaystyle v_{rms}^{2}={\frac {3RT}{\mbox{massa mol}}}}$

dengan v pada m/s, T pada kelvin, dan R adalah konstanta gas . Massa molar diberikan sebagai kg/mol. Kelajuan paling mungkin adalah 81.6% dari kelajuan RMS, dan rerata kelajuannya 92.1% ( ).

One can calculate the number of atomic or molecular collisions with a wall of a container per unit area per unit time.

Assuming an ideal gas, a derivation ^{[ 3 ]} results in an equation for total number of collisions per unit time per area:

${\displaystyle A={\frac {1}{4}}{\frac {N}{V}}v_{avg}={\frac {\rho }{4}}{\sqrt {\frac {8kT}{\pi m}}}{\frac {1}{m}}.\,}$

From the kinetic energy formula it can be shown that

${\displaystyle (v_{rms})^{2}={\frac {3RT}{\mbox{massa molar}}}}$

dengan v dalam m/s, T dalam kelvin, dan R adalah konstanta gas . Satuan dari massa molar adalah kg/mol.

• Heat

• Clausius, R. (1857), "Ueber die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen" , Annalen der Physik , 100 : 353–379, doi : 10.1002/andp.18571760302

• Einstein, A. (1905), "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" (PDF) , Annalen der Physik , 17 : 549–560, doi : 10.1002/andp.19053220806 , diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2005-04-10 , diakses tanggal 2009-04-24

• Herapath, J. (1816), "On the physical properties of gases" , Annals of Philosophy : 56–60

• Herapath, J. (1821), "On the Causes, Laws and Phenomena of Heat, Gases, Gravitation" , Annals of Philosophy , 9 : 273–293

• Krönig, A. (1856), "Grundzüge einer Theorie der Gase" , Annalen der Physik , 99 : 315–322, doi : 10.1002/andp.18561751008

• Le Sage, G.-L. (1818), "Physique Mécanique des Georges-Louis Le Sage" , dalam Prévost, Pierre, Deux Traites de Physique Mécanique , Geneva & Paris: J.J. Paschoud, hlm. 1–186

• Lomonosow, M. (1758/1970), Henry M. Leicester, ed., Mikhail Vasil'evich Lomonosov on the Corpuscular Theory , Cambridge: Harvard University Press: 224–233 Periksa nilai tanggal di: |year= ( bantuan ); Tidak memiliki atau tanpa |title= ( bantuan ); Parameter |chapter= akan diabaikan ( bantuan )

• Mahon, Basil (2003), The Man Who Changed Everything – the Life of James Clerk Maxwell , Hoboken, NJ: Wiley, ISBN 0-470-86171-1

• Maxwell, James Clerk (1873), "Molecules" , Nature , 417 , doi : 10.1038/417903a , diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-07-22 , diakses tanggal 2009-04-24

• Smoluchowski, M. (1906), "Zur kinetischen Theorie der Brownschen Molekularbewegung und der Suspensionen" , Annalen der Physik , 21 : 756–780, doi : 10.1002/andp.19063261405

• Waterston, John James (1843), Thoughts on the Mental Functions (reprinted in his Papers , 3 , 167, 183.)

Endnotes

The Mathematical Theory of Non-uniform Gases : An Account of the Kinetic Theory of Viscosity, Thermal Conduction and Diffusion in Gases Sydney Chapman, T. G. Cowling

• Kanginan, Marthen (2007). Fisika 2 untuk SMA Kelas XI . Jakarta: Erlangga. ISBN 978-979-781-731-2 . (Indonesia)

• Early Theories of Gases
• Thermodynamics Diarsipkan 2017-02-28 di Wayback Machine . - a chapter from an online textbook
• Temperature and Pressure of an Ideal Gas: The Equation of State on Project PHYSNET .
• Introduction Diarsipkan 2014-11-03 di Wayback Machine . to the kinetic molecular theory of gases, from The Upper Canada District School Board
• Java animation Diarsipkan 2016-03-31 di Wayback Machine . illustrating the kinetic theory from University of Arkansas
• Flowchart linking together kinetic theory concepts, from HyperPhysics
• Interactive Java Applets Diarsipkan 2005-04-09 di Wayback Machine . allowing high school students to experiment and discover how various factors affect rates of chemical reactions.
• Molecular kinetic theory fundamentals Diarsipkan 2008-05-11 di Wayback Machine .