ELEKTRON DALAM LOGAM I : MODEL ELEKTRON BEBAS

Presentasi berjudul: "ELEKTRON DALAM LOGAM I : MODEL ELEKTRON BEBAS"— Transcript presentasi:

1 ELEKTRON DALAM LOGAM I : MODEL ELEKTRON BEBAS
Bab 5 ELEKTRON DALAM LOGAM I : MODEL ELEKTRON BEBAS

2 ELEKTRON DIHAMBUR OLEH
PENDAHULUAN Kumpulan Ion Positif yang Tersusun secara Teratur dalam Ruang KRISTAL LOGAM Lautan Elektron Bebas yang Bergerak dalam Ruang Berisi Ion Tersebut Ion-ion yang Melakukan Getaran Termal di Sekitar Kedudukan Seimbangnya ELEKTRON DIHAMBUR OLEH Ketidak Murnian Kimiawi dan Cacat Geometrik Kristal Logam Elektron Terluar dari Atom Logam yang Telah Menjadi Warga Seluruh Kristal karena Tidak Lagi Berada dalam Pengaruh Atom Asalnya ELEKTRON BEBAS Elektron Bebas ELEKTRON Elektron dari Atom yang Tetap Terikat oleh Potensial Atom ELEKTRON DOMESTIK Elektron Domestik KEBOLEHJADIAN HAMBURAN SATU ELEKTRON OLEH ELEKTRON LAIN SANGAT KECIL DIBANDINGKAN DENGAN HAMBURAN OLEH ION-ION YANG BERVIBRASI.

3 σpure(T) konduktivitas logam murni bergantung suhu
PENDAHULUAN Hubungan linier antara rapat arus muatan listrik dan kuat medan listrik Pada suhu ruang, konduktivitas listrik logam 10X X1024 kali dari isolator paling sempurna. Pada suhu ruang pula konduktivitas energi termal murni 10 sampai 100 kali lebih baik dibandingkan padatan dielektrik. HUKUM OHM Kaedah epirik Wiedwmann-Franz menyatakan bahwa perbandingan konduktivitas energi termal Ke dan konduktivitas listrik logam σ sama besar pada sehu yang sama. Untuk suhu sangat rendah σ logam terutama ditentukan oleh ketak-murnian dan cacat geometrik kristal. Aturan Matthiessen yaitu = KONSTANTA YANG UNIVERSAL Lebih dari separuh unsur logam menjadi superkonduktor pada suhu yang rendah. σ(T) konduktivitas merupakan fungsi T σpure(T) konduktivitas logam murni bergantung suhu Sumbangan elektron bebas pada harga panas jenis logam sangat kecil dan berbanding lurus dengan suhu σimp konduktivitas dipengaruhi ketidakmurnian dan tidak bergantung suhu Sumbangan elektron bebas pada suseptibilitas magnetike logam kecil, dan hampir tidak bergantung suhu

4 ASUMSI dasar MODEL ELEKTRON BEBAS KLASIK
Jarak Antar Atom Sangat Kecil Potensial Atom Individual Tumpah Tindih SUPERPOSISI MEDAN KRISTAL Jarak Antar Atom dalam Kristal sekitar 3X10-10 M GAYA LISTRIK MAGNET SUPERPOSISI Jajaran Gugus Ion Positif yang Membentuk Kisi Kristal KRISTAL LOGAM Rapat Muatan Negatif Serbasama Elektron Bebas di Seluruh Kristal TEORI LANJUT TENTANG LOGAM BERPANDANGAN BAHWA PENGARUH ELEKTRON BEBAS SECARA KOLEKTIF MENYUSUN ION-ION POSITIF SEBAGAI KISI DALAM KRISTAL.

5 ASUMSI dasar MODEL ELEKTRON BEBAS KLASIK
BATASAN MODEL ELEKTRON BEBAS KLASIK Cukup Memadai sebagai Landasan untuk Menerangkan Besaran-besaran Makro Tingkat Atom. MODEL ELEKTRON BEBAS TERKUANTISASI Konduktivitas Listrik σ Aturan Matthiessen : Konduktivitas Listrik Konduktivitas Energi Termal Oleh Elektron Bebas Kℯ Hukum Empirik Wiedemann-franz : Kℯ/σt Logam KURANG MEMADAI DALAM MENERANGKAN Susepibilitas Magnetik Logam X Panas Jenis Cv Logam Pada Suhu Ruang

6 KONDUKTIVITAS LISTRIK LOGAM
HUKUM OHM ELEKTRON BEBAS DALAM LOGAM Gas Ideal SEBARAN ENERGI STATISTIK MAXWELL-BOLTZMANN (MB) Elektron yang Belum Mengalami Hamburan saat t=t : Laju Pengurangan Jumlah Elektron Bebas Tak Terhambur :

7 KONDUKTIVITAS ENERGI TERMAL
BERSUMBER PADA ELEKTRON BEBAS DALAM LOGAM GUNAKAN TEORI KINETIK GAS KAEDAH EMPIRIK WIEDEMANN-FRANZ Energi Kinetik n Elektron Bebas dalam Logam Bersuhu T Panas Jenis Kontribusi Gas Elektron Panas Jenis karena Kontribusi Gas Elektron dalam Logam KONDUKTIVITAS KALOR OLEH GAS ELEKTRON DALAM LOGAM BILANGAN LORENTZ

8 ENERGI KINETIK GAS ELEKTRON DALAM SATU KILOMOL LOGAM
Panas jenis logam UNGKAPAN DEBYE Kaedah Empirik Dulong Dan Petit ENERGI KINETIK GAS ELEKTRON DALAM SATU KILOMOL LOGAM PANAS JENIS LOGAM SEKURANG-KURANGMYA HARUS BERHARGA 50% DI ATAS HARGA Cp UNTUK PADATAN ISOLATOR

9 Asumsi dasar MODEL ELEKTRON BEBAS TERKUANATISASI
KETERBATASAN MODEL ELEKTRON BEBAS KLASIK MODEL ELEKTRON BEBAS TERKUANTISASI KONSEP FISIKA KUANTUM PRINSIP LARANGAN PAULI KUANTISASI ENERGI ELEKTRON BEBAS

10 Larangan Pauli, Statistik Fermi-Dirac
Tidak Ada Dua atau Lebih Elektron dalam Satu Sistem Memiliki Energi yang Tepat Sama Dalam Suatu Sistem Fisika Tidak Ada Dua Elektron atau Lebih Dicirikan oleh Perangkat Bilangan Kuantum yang Tepat Sama MEKANIKA KUANTUM

11 ENERGI FERMI TERNYATA MERUPAKAN FUNGSI DARI SUHU
Jumlah elektron gas Fermi per satuan volume pada T=0 Pada T=0 Rapat Elektron ENERGI FERMI TERNYATA MERUPAKAN FUNGSI DARI SUHU

12 Rapat Elektron FERMI-DIRAC DISTRIBUSI RAPAT ELEKTRON : FUNGSI ENERGI
JUMLAH ELEKTRON BEBAS PER SATUAN VOLUME FERMI-DIRAC Pada T = 0

13 Spin Elektron akan Menyesuaikan Orientasinya dengan Medan Tersebut
Paramagnetik Pauli Spin Elektron akan Menyesuaikan Orientasinya dengan Medan Tersebut Medan Magnet Luar (H) Gas Fwemi dalam Logam E’ INTERAKSI DENGAN H MAGNETISASI NAMUN Pada T = 0 Elektron Berspin Paralel dengan Pada T = 0 Elektron Berspin Anti Paralel SUSEPTIBILITAS MAGNETIK T=0 DAN NETTO SPIN ELEKTRON SEJAJAR MEDAN MAGNET LUAR