Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas konsep derajat kebebasan dalam termodinamika, yang merupakan jumlah gerak yang bisa dilakukan oleh molekul gas. Untuk gas monoatomik dengan 3 mode gerak translasi, derajat kebebasannya adalah 3, sehingga energi kinetik rata-ratanya adalah 3 per 2 Kb dikalikan dengan T. Sedangkan untuk gas diatomik dengan tambahan 2 mode gerak rotasi, derajat kebebasannya menjadi 5. Pada suhu tinggi atau molekul poliatomik, derajat kebebasan bisa mencapai 7 atau 9. Pengetahuan ini penting untuk menganalisis hukum termodinamika sesuai dengan jenis gas yang diamati. Selanjutnya, video akan menjelaskan lebih lanjut tentang hukum termodinamika 2 untuk pemahaman yang lebih komprehensif.

Oke sebelum kita melanjutkan pembahasan terkait hukum kedua termogamika

ada satu hal yang perlu kita bahas lebih dahulu.

Kalau Anda mengingat pada saat kita menurunkan kecepatan root mean square RMS

dari molekul gas terkait dengan hubungannya yang kita dapatkan bahwa

energi kinetik rata-rata itu sebanding dengan Konstanta Boltzmann

dan kita mendapatkan bahwa hubungannya akan sama dengan

Nah pertanyaan selanjutnya adalah kenapa harus 3 per 2?

Ya oke kalau kita bicara soal setengahnya kita dapat setengah dari definisi

energi kinetik dimana setengah dikalikan masa dikalikan vera terata

tapi yang jadi pertanyaan besar itu adalah kenapa ada 3 di sini?

Nah jika Anda ingat yang kita pelajari yang kita tinjau kasusnya

ketika kita menurunkan hubungan energi kinetik rata-rata

dengan temperatur itu adalah kasus molekul monoatomik

hanya satu molekulnya sehingga dia hanya bergerak secara translasi saja

dimana gerak translasi itu terdiri dari gerak ketiga arah

yaitu arah sejajar sumbuh Z sejajar sumbuh Y dan sejajar sumbuh X

oleh karena itu setiap mode gerak itu akan memiliki

energi kinetik rata-rata sebanding dengan setengah dikalikan Kb dikalikan dengan T.

maka energi kinetik rata-rata untuk monoatomik 3 gerak translasi

maka artinya F atau kita sebut sebagai derajat kebebasan

artinya derajat sebebas apa gerak yang bisa dilakukan oleh molekul gas itu adalah 3

sehingga kita akan mendapatkan energi kinetik rata-rata

atau nanti kemudian perubahan energi kinetik akan sama dengan F 3 per 2 nR dikalikan dengan delta T

atau kesimpulannya kita akan mendapatkan bahwa CV akan sama dengan 3 per 2 R

Beda halnya kalau kita tinjau gasnya itu monoatomik

selain mereka bisa bergerak translasi Vx Vy Vz

mereka juga bisa mengalami gerak rotasi antara mereka

kalau kita bisa lihat kalau ada seperti ini

mereka harusnya berputar terhadap diri mereka sendiri

jadi misalnya bayangkan ini 2 partikel ini dia berputarnya begini

artinya ya sama saja seperti tidak berputar

karena kalau berputar ke arah sumbu Y begini berputar ke arah sumbu Z begini

artinya yang terjadi untuk melakukan diatomik ada 3 gerak translasi

sehingga derajat sebebasannya akan sama dengan 5

sehingga energi totalnya ini akan sama dengan 5 per 2 nR kali delta T

atau kesimpulannya CV akan sama dengan 5 per 2 dikalikan dengan R

nah sekarang kalau kita bahas atom yang lebih banyak lagi

atau suhu yang lebih tinggi sehingga geraknya akan lebih aktif lagi

artinya akan muncul mode gerak yang lebih besar dibandingkan itu

nah contohnya mungkin diatomik dengan suhu tinggi

walaupun kita harus mengenal lebih detail tentang suhu tinggi itu

atau molekul poliatomik yang punya atom banyak

sehingga geraknya akan lebih dari sekedar 2 gerak rotasi ditambah dengan 3 gerak rotasi

jadi F nya bisa 7 atau 9 tergantung dari bagaimana kita mendefinisikannya

dan karakter dari ruang, karakter dari material gasnya

nah dengan mempertimbangkan derajat sebebasan ini

maka nantinya pada saat kita melihat permasalahan tentang hukum termodemika

kita akan bisa menentukan jika gas yang kita tinjau adalah gas monotomik

maka kita akan tinjau ada 3 derajat sebebasan

jika yang kita tinjau diatomik maka kita tinjau 5

begitu pula dengan yang lain untuk kemudian kita kerjakan

dengan menurut proses-proses yang dihadapi oleh suatu gas

setelah ini kita akan coba membahas selanjutnya terkait dengan hukum termodemika 2

agar secara lengkap kita memahami bagaimana termodemika ini bekerja

dan bisa menunjukkan tentang bagaimana alam semesta ini bekerja