Dokumen tersebut membahas tentang konduktivitas termal dan difusi pada gas. Konduktivitas termal dijelaskan sebagai aliran panas melalui gas yang disebabkan oleh perbedaan suhu, sedangkan difusi adalah pergerakan molekul gas dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah rendah akibat adanya gradien konsentrasi. Koefisien konduktivitas termal dan difusi dirumuskan berdasarkan asumsi tertentu mengenai tabrakan dan energi
2. Konduktifitas Termal
Konduktifitas termal diperlakukan dengan cara yang sama
seperti viskositas
kedua pelat pada gambar di atas sama-sama diam, tetapi
meiliki suhu yang berbeda, sehingga gas mempunyai gradien
temperatur.
Jika dT/dy adalah gradien temperatur normal ke permukaan
dalam gas, maka konduktifitas termal λ dapat di tulis dalam
persamaan
3. Konduktifitas Termal
H merupakan aliran panas persatuan luas dan per satuan
waktu di permukaan.
Dalam satuan MKS, satuan aliran panas adalah 1 J m-2
s-1
sedangkan gradien temperatur 1 K m-1
.
Oleh karena itu, satuan konduktifitas termal adalah 1 J m-1
s-1
K-
1
Tanda negatif menunjukan bahwa arus panas bergerak ke
bawah.
Dari sudut pandang molekul, kita asumsikan konduktivitas
termal dari gas hasil dari fluks bersih energi kinetik molekul di
permukaan.
4. Konduktifitas Termal
Total energi kinetik per mol molekul gas ideal hanyalah energi
internal U yang sama dengan cvT.
Energi kinetik rata-rata molekular adalah cv
*
T.
Kita gunakan asumsi sebelumnya bahwa setiap molekul
melintasi permukaan akan bertabrakan pada jarak 2l/3 di atas
atau di bawah permukaan
Dengan demikian energi kinetik rata-rata molekul tunggal cvT
dibagi bilangan avogadro NA.
Jika kita mendefinisikan kapasitas panas molekular cv
*
dimana
cv
*
= cv/NA
Energi kinetiknya sesuai dengan suhu pada jarak tersebut
5. Konduktifitas Termal
Energi dipindahkan ke atas, tiap satuan luas per waktu,
merupakan produk dan fluks molekul
Jika To adalah suhu di permukaan dari S-S, maka energi kinetik
molekul pada jarak 2l/3 adalah:
Energi dipindahkan ke bawah
8. Difusi
Dalam hal praktis, fenomena difusi ini sering menjadi rumit
karena peristiwa :
1)superposisi aliran hidrodinamika yang muncul dari
perbedaan tekanan,
2)efek dari molekul-molekul yang meloncat dari dinding
bejana,
3)jika terdapat lebih dari satu jenis molekul sehingga laju
difusinya berbeda.
9. Difusi
Untuk lebih menyederhanakan dalam pembahasan difusi ini,
maka dibatasi :
1)difusi terjadi pada molekul-molekul sejenis (self-difussion),
2)bejana diasumsikan cukup besar dibandingkan dengan jalan
bebas rata-rata, dengan demikian tumbukan molekul dengan
dinding dapat diabaikan,
3)tekanan diasumsikan sama, sehingga tidak ada aliran
hidrodinamik, dan
4)semua molekul dianggap sama dalam bentuk dan
ukurannya.
10. Difusi
Jika Γ merupakan fluks bersih molekul di permukaan, per
satuan waktu dan per satuan luas, Koefisien difusi molekul
sejenis dapat dirumuskan menjadi:
Dalam sistem MKS satuan Γ adalah 1 molekul m-2
s-1
, satuan
dn*
/dy 1 molekul m-4
sehingga satuan koefisien difusi D adalah
m2
s-1
.
Jika n*
adalah jumlah molekul ditandai per satuan volume
pada permukaan S - S, jumlah per satuan volume pada
jarak 2l/3 bawah permukaan adalah:
11. Difusi
Fluks molekul yang bergerak ke atas adalah
Fluks molekul yang bergerak ke bawah adalah
Fluks bersih adalah
Sehingga
