A. Teori Ekipartisi

Bayangkan sebuah wadah yang dilengkapi piston berisi molekul-molekul gas yang saling bergerak ke segala arah sehingga saling bertumbukan baik dengan sesama molekul maupun dengan wadah. Energi yang dimiliki molekul hanyalah energi gerak ke segala arah atau energi kinetik translasi dengan nilai Ek = 1/2kT . Jika energi sebuah molekul bertambah karena tumbuhan molekul dan piston karena pergerakan piston selama penekanan maka molekul lain akan cepat mendistribusi ulang energi tambahan agar bila gas kembali setimbang, energi terbagi merata di antara energi kinetik translasi yang terkait dengan gerakan dalam arah x, y, dan z . Pembagian energi merata ini dalam energi kinetik translasi adalah kasus khusus dari teorema ekipartisi. Tiap kordinat, komponen kecepatan, komponen kecepatan angular, dan seterusnya yang muncul dalam pernyataan untuk energi molekul dinamakan derajat kebebasaan. Derajat kebebasan tertentu dikaitkan dengan energi kinetik translasi, rotasi, dan vibrasi.

Teorema Ekipartisi menyatakan

Bila suatu zat ada dalam kesetimbangan, maka ada energi rata-rata sebesar 1/2kT per molekul atau 1/2RT per mole yang dikaitkan dengan tiap derajat kebebasan

B. Teori Ekipartisi pada Gas Monoatomik dan Diatomik

  1. Gas Monoatomik

          Molekul gas monoatomik hanya memiliki gerak translasi saja pada sumbu x, y, dan z sehingga molekul gas monoatomik mempunyai 3 derajat kebebasan. Energi kinetik rata-rata untuk setiap molekul gas monoatomik adalah 3(1/2kT) dengan kapasitas kalor C = 3(1/2R)

 2. Gas Diatomik

Pada gas diatomik selain melakukan translasi, gas juga melakukan rotasi pada 3 sumbu yaitu x, y, dan z, Gerak rotasi pada sumbu x tidak termasuk karena kedua atom yang membentuk molekul saling terhubung dan berhimpit pada sumbu x sehingga momen inersia kedua atom 0. Dengan demikian gas diatomik memiliki 5 derajat kebebasan, sehingga dapat diketahui energi kinetik rata-rata yaitu 5(1/2kT) dan kapasitas kalor C = 5(1/2R)

3. Gas Poliatomik

Gas poliatomik memiliki kapasitas panar molar mendekati 3R. Apabila dimodelkan dengan teori ekipartisi, gas poliatomik terdiri dari deretan teratur atom-atom dimana tiap atom memiliki kesetimbangan tetap dan dihubungkan dengan pegas ke atom di sekitarnya setiap atom dapat bervibrasi ke arah x, y, dan z. Selain dari getarannya, atom juga memiliki energi dari pemodelan pegas khayal dengan atom lain sehingga padatan memiliki 6 derajat kebebasan sehingga dapat diketahui energi kinetik rata-rata yaitu 6(1/2kT)dan kapasitas kalor C = 6(1/2R)

C. Energi Dalam

Hukum pertama termodinamika tentang kekekalan energi menyatakan “panas neto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem”. Dengan memahami hukum pertama termodinamika diatas maka dapat diketahui persamaan energi dalam sistem yaitu

Q=ΔU+WQ=ΔU+W

Dengan Q adalah panas, U adalah energi dalam, dan W adalah usaha.