DRIFT SPEED

Drift kecepatan

Partikel bermuatan bergerak dalam konduktor bergerak terus-menerus dalam arah acak, seperti partikel-partikel gas. Dalam rangka untuk itu menjadi aliran bersih dari biaya, partikel juga harus bergerak bersama-sama dengan tingkat penyimpangan rata-rata.Elektron adalah pembawa muatan dalam logam dan mereka mengikuti jalan yang tidak menentu, memantul dari atom ke atom, tetapi umumnya melayang ke arah berlawanan dari medan listrik. Kecepatan di mana mereka melayang dapat dihitung dari persamaan:

dimana

I adalah arus listrik

n adalah jumlah partikel bermuatan per satuan volume (atau kerapatan muatan pembawa)

A adalah luas penampang konduktor

v adalah kecepatan melayang, dan

Q adalah muatan pada partikel masing-masing.

Arus listrik dalam padatan biasanya aliran yang sangat lambat. Sebagai contoh, dalam kawat tembaga penampang, mm2 0,5 membawa arus dari 5 A, kecepatan drift elektron pada urutan milimeter per detik. Untuk mengambil contoh yang berbeda, dalam vakum dekat-di dalam tabung sinar katoda, elektron perjalanan di dekat garis lurus sekitar sepersepuluh dari kecepatan cahaya.

Setiap muatan listrik mempercepat, dan karenanya setiap perubahan arus listrik, menimbulkan gelombang elektromagnetik yang merambat dengan kecepatan sangat tinggi di luar permukaan konduktor. Kecepatan ini biasanya fraksi yang signifikan dari kecepatan cahaya, sebagaimana dapat disimpulkan dari Persamaan Maxwell, dan karena itu banyak kali lebih cepat daripada kecepatan drift elektron. Sebagai contoh, dalam garis listrik AC, gelombang energi elektromagnetik merambat melalui ruang antara kabel, bergerak dari sumber ke beban jauh, meskipun elektron dalam kabel hanya bergerak maju mundur dengan jarak kecil.

Rasio dari kecepatan gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya di ruang bebas disebut faktor kecepatan, dan tergantung pada sifat elektromagnetik konduktor dan bahan isolasi sekitarnya, dan pada bentuk dan ukuran.

Besaran  dari ketiga kecepatan dapat diilustrasikan dengan sebuah analogi dengan tiga kecepatan yang sama terkait dengan gas.

Kecepatan drift rendah biaya operator adalah analog dengan gerak udara, dengan kata lain, angin.

Kecepatan tinggi gelombang elektromagnetik kira-kira analog dengan kecepatan suara dalam gas (gelombang ini bergerak melalui media jauh lebih cepat daripada partikel individual)

Gerak acak dari tuduhan adalah analog dengan panas - kecepatan termal secara acak bergetar partikel gas.

Analogi ini sangat sederhana dan tidak lengkap: Penyebaran yang cepat dari gelombang suara tidak memberikan perubahan apapun dalam kecepatan pergeseran molekul udara ', sedangkan gelombang EM tidak membawa energi untuk menyebarkan arus aktual pada tingkat yang jauh, jauh lebih tinggi dari kecepatan drift elektron '. Untuk menggambarkan perbedaan: Suara dan perubahan dalam kecepatan drift udara itu (kekuatan embusan angin) jarak lintas pada tingkat setara kecepatan suara dan transmisi mekanik kekuatan (tidak lebih tinggi dari tingkat kecepatan melayang), sedangkan yang perubahan dalam bidang EM dan perubahan pada saat ini (kecepatan elektron melayang ') baik merambat melintasi jarak pada tingkat jauh lebih tinggi daripada kecepatan arus yang sebenarnya.Anda dapat mendengar suara angin jauh lebih awal daripada kekuatan embusan mencapai Anda, tetapi Anda tidak mengamati perubahan dalam medan EM lebih awal daripada Anda dapat mengamati perubahan arus.

Ketika arus listrik dalam suatu material adalah sebanding dengan tegangan di atasnya,materi dikatakan "ohmik", atau untuk mematuhi hukum Ohm. Pandangan mikroskopismenunjukkan bahwa proporsionalitas ini berasal dari kenyataan bahwa medan listrik diterapkan superimposes kecepatan pergeseran kecil di elektron bebas dalam logam.Untuk arus biasa, ini kecepatan drift pada urutan milimeter per detik berbeda dengan kecepatan elektron sendiri yang berada di urutan satu juta meter per detik. Bahkankecepatan elektron itu sendiri kecil dibandingkan dengan kecepatan transmisi sinyal listrik ke kawat, yang pada urutan kecepatan cahaya, 300 juta meter per detik.

Kerapatan arus (arus listrik per satuan luas, J = I / A) dapat dinyatakan dalam halkepadatan elektron bebas sebagai

 

Jumlah atom per satuan volume (dan jumlah elektron bebas atom seperti tembaga yang memiliki satu elektron bebas per atom) adalah

 

Dari bentuk standar hukum Ohm dan ketahanan dalam hal resistivitas:

 

Langkah berikutnya adalah untuk menghubungkan kecepatan melayang dengan kecepatan elektron, yang dapat didekati oleh kecepatan Fermi:

Table

Kecepatan hanyut dapat dinyatakan dalam bentuk E medan listrik mempercepat,massa elektron, dan karakteristik waktu antara tabrakan.

Konduktivitas material dapat dinyatakan dalam hal kecepatan Fermi dan jalan bebas rata-rata dari sebuah elektron dalam logam.

Neraca massa

Neraca Massa adalah cabang keilmuan yang mempelajari kesetimbangan massa dalam sebuah sistem. Dalam neraca massa, sistem adalah sesuatu yang diamati atau dikaji. Neraca massa adalah konsekuensi logis dari Hukum Kekekalan Massa yang menyebutkan bahwa di alam ini jumlah total massa adalah kekal; tidak dapat dimusnahkan ataupun diciptakan. Contoh dari pemanfaatan neraca massa adalah untuk merancang reaktor kimia, menganalisa berbagai alternatif proses produksi bahan kimia, dan untuk memodelkan pendispersian polusi.

Penjelasan Umum

Massa yang masuk ke dalam suatu sistem harus keluar meninggalkan sistem tersebut atau terakumulasi di dalam sistem. Konsekuensi logis hukum kekekalan massa ini memberikan persamaan dasar neraca massa :

[massa masuk] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

dengan [massa masuk] merupakan massa yang masuk ke dalam sistem, [massa keluar] merupakan massa yang keluar dari sistem, dan [akumulasi massa] merupakan akumulasi massa dalam sistem. Akumulasi massa dapat bernilai negatif atau positif. Pada umumnya, neraca massa dibangun dengan memperhitungkan total massa yang melalui suatu sistem. Pada perhitungan teknik kimia, neraca massa juga dibangun dengan memperhitungkan total massa komponen-komponen senyawa kimia yang melalui sistem (contoh: air) atau total massa suatu elemen (contoh: karbon). Bila dalam sistem yang dilalui terjadi reaksi kimia, maka ke dalam persamaan neraca massa ditambahkan variabel [produksi] sehingga persamaan neraca massa menjadi:

[massa masuk] + [produksi] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

Variabel [produksi] pada persamaan neraca massa termodifikasi merupakan laju reaksi kimia. Laju reaksi kimia dapat berupa laju reaksi pembentukan ataupun laju reaksi pengurangan. Oleh karena itu, variabel [produksi] dapat bernilai positif atau negatif. neraca adalah alat pengukur massa pad asuatu benda,dan neraca memiliki beberapa jenis

Jenis Neraca Massa

Neraca massa dapat berjenis integral atau diferensial. Suatu neraca massa integral menggunakan pendekatan kotak hitam dan berfokus pada karakteristik menyeluruh dari sistem. Sementara itu, neraca massa diferensial berfokus pada detail yang terjadi dalam sistem (yang juga memengaruhi karakteristik menyeluruh). Untuk membuat suatu neraca massa integral, pada awalnya harus diidentifikasi batasan sistem, bagaimana sistem terhubung dengan lingkungan dan bagaimana lingkungan memengaruhi sistem. Pada beberapa sistem, batasan sistem dengan mudah dapat diidentifikasi. Contohnya adalah suatu tangki reaktor dengan dinding tangki sebagai batas sistem. Pada tangki reaktor ini, lingkungan memengaruhi sistem melalui saluran masuk tangki dan saluran keluar tangki. Untuk kasus seperti studi tanah perhutanan, penetapan vegetasi sebagai eksternal atau internal sistem (pendefinisian batasan sistem) sangat tergantung dari fokus dan tujuan studi yang dilakukan. Untuk membuat suatu neraca massa diferensial, pada awalnya perlu diidentifikasi detail yang ada dalam sistem. Reaksi yang terjadi dalam sistem dan senyawa kimia apa saja yang terlibat di dalamnya perlu dengan jelas diketahui.

B. Penyusunan Neraca Massa

Langkah penyusunan neraca massa yang menurut saya paling mudah adalah :
1. Menentukan basis perhitungan, misalnya basis perhitungan : umpan A 1000 kg/j.

2. Menghitung satu per satu per alat massa masing - masing senyawa berdasarkan ketentuan tiap alat, dari depan ke belakang sampai diperoleh produk akhir.

3. Hitung berapa produk akhir yang diperoleh berdasarkan basis, misalnya dengan basis umpan A 1000 kg/j diperoleh produk B 950 kg/j.

4. Hitung Ratio perhitungan
Ratio= produk sebenarnya diinginkan/produk didapat dari basis
Maka umpan A sebenarnya = Ratio x 1000 kg/j

6. Tinggal hitung ke belakang menggunakan umpan sebenarnya, atau kalikan massa semua yang telah hitung berdasarkan basis dengan Ratio perhitungan.

7. Cek neraca massa total overall pabrik, total masuk harus = total keluar

Laju reaksi

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang berlangsung per satuan waktu. Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan tiap detik reaksi. Perkaratan besi merupakan contoh reaksi kimia yang berlangsung lambat, sedangkan peledakan mesiu atau kembang api adalah contoh reaksi yang cepat.
Laju reaksi dipelajari oleh cabang ilmu kimia yang disebut kinetika kimia.

Definisi formal

Untuk reaksi kimia

dengan a, b, p, dan q adalah koefisien reaksi, dan A, B, P, dan Q adalah zat-zat yang terlibat dalam reaksi, laju reaksi dalam suatu sistem tertutup adalah

dimana [A], [B], [P], dan [Q] menyatakan konsentrasi zat-zat tersebut.

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi

Laju reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

Luas permukaan sentuh

Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam banyak, sehingga menyebabkan laju reaksi semakin cepat. Begitu juga, apabila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh, maka semakin kecil tumbukan yang terjadi antar partikel, sehingga laju reaksi pun semakin kecil. Karakteristik kepingan yang direaksikan juga turut berpengaruh, yaitu semakin halus kepingan itu, maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi; sedangkan semakin kasar kepingan itu, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi.

Suhu

Suhu juga turut berperan dalam mempengaruhi laju reaksi. Apabila suhu pada suatu reaksi yang berlangusng dinaikkan, maka menyebabkan partikel semakin aktif bergerak, sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering, menyebabkan laju reaksi semakin besar. Sebaliknya, apabila suhu diturunkan, maka partikel semakin tak aktif, sehingga laju reaksi semakin kecil.

Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama: katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerat. Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. Ikatan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:

... (1)

... (2)

Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi :

Beberapa katalis yang pernah dikembangkan antara lain berupa katalis Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen. Reaksi katalitis yang paling dikenal adalah proses Haber, yaitu sintesis amonia menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat menghancurkan produk emisi kendaraan yang paling sulit diatasi, terbuat dari platina dan rodium.

Molaritas

Molaritas adalah banyaknya mol zat terlarut tiap satuan volum zat pelarut. Hubungannya dengan laju reaksi adalah bahwa semakin besar molaritas suatu zat, maka semakin cepat suatu reaksi berlangsung. Dengan demikian pada molaritas yang rendah suatu reaksi akan berjalan lebih lambat daripada molaritas yang tinggi.

Konsentrasi

Karena persamaan laju reaksi didefinisikan dalam bentuk konsentrsi reaktan maka dengan naiknya konsentrasi maka naik pula kecepatan reaksinya. Artinya semakin tinggi konsentrasi maka semakin banyak molekul reaktan yang tersedia dengan demikian kemungkinan bertumbukan akan semakin banyak juga sehingga kecepatan reaksi meningkat

Persamaan laju reaksi

Untuk reaksi kimia

hubungan antara laju reaksi dengan molaritas adalah

dengan:

• V = Laju reaksi
• k = Konstanta laju reaksi
• m = Orde reaksi zat A
• n = Orde reaksi zat B

Orde reaksi zat A dan zat B hanya bisa ditentukan melalui percobaan.
2. Ungkapan Laju Reaksi untuk Sistem Homogen

Untuk sistem homogen, laju reaksi umum dinyatakan sebagai laju penguragan konsentrasi molar pereaksi atau laju pertambahan konsentrasi molar produk untuk satu satuan waktu, sebagai berikut:


















Jika diketahui satuan dari konsentrasi molar adalah mol/L. Maka satuan dari laju reaksi adalah mol/L.det atau M/det.
3. Laju Rerata dan Laju Sesaat
a. Laju rerata
Laju rerata adalah rerata laju untuk selang waktu tertentu. Perbedaan antara laju rerata dengan laju sesaat dapat diandaikan dengan laju kendaraan. Misalnya suatu kendaraan menempuh jarak 300 km dalam 5 jam. Laju rerata kendaraan itu adalah 300 km/5 jam = 60 km/jam. Tentu saja laju kendaraan tidak selalu 60 km/jam. Laju sesaat ditunjukkan oleh speedometer kendaraan.

b. Laju Sesaat
Laju sesaat adalah laju pada saat tertentu. Sebagai telah kita lihat sebelumnya, laju reaksi berubah dari waktu ke waktu. Pada umumnya, laju reaksi makin kecil seiring dengan bertambahnya waktu reaksi. oleh karena itu, plot konsentrasi terhadap waktu berbentuk garis lengkung, seperti gambar di bawah ini. Laju sesaat pada waktu t dapat ditentukan dari kemiringan (gradien) tangen pada saat t tersebut, sebagai berikut.

1. Lukis garis singgung pada saat t
2. Lukis segitiga untuk menentukan kemiringan
3. laju sesaat = kemiringan tangen