Konsep Fundamental dalam Proses Perpindahan (2) : Sistem kontinyu dan diskontinyu, State materi

Perbedaan antara pendekatan diskontinu dan kontinu

Sistem kontinyu dan diskontinyu dalam pendekatan local

Secara riil, materi (atom/molekul) yang ada di dalam alam ini dipisahkan dengan ruang hampa. Kita bisa bernapas karena ada udara(oksigen) yang bisa kita hirup. Meskipun udara tersebut tidak bisa kita lihat, namun kita bisa merasakan keberadaannya. Sistem diskontinyu mengandung pengertian bahwa ketika kita memberikan sebuah gaya kepada sebuah system, tiap entitas yang berada pada system tersebut akan bereaksi tidak sama, karena tiap entitas yang berada dalam satu system memiliki jarak yang cukup signifikan antara satu sama lain. 

Sebaliknya, system kontinyu, mengandung pengertian bahwa jarak antara satu entitas dengan entitas yang lainnya sangat kecil, sehingga ketika kita memberikan sebuah gaya, gaya tersebut akan tersalurkan secara teratur dari satu molekul ke molekul lainnya hingga kemudian gaya itu lenyap setelah mencapai jarak tertentu karena adanya energy yang hilang akibat penyaluran gaya tersebut. Pendekatan kontinyu ini adalah pendekatan yang dipakai ketika kita menggunakan pendekatan local. Namun, ia hanya bisa berlaku jika dimensi karakteristik system kita lebih besar jika dibandingkan dengan mean free path untuk fluida berfasa gas, atau diameter rata-rata molekul atau atom untuk fluida berfasa liquid. 

Sebuah bilangan tidak berdimensi yang bisa kita gunakan untuk memperkirakan apakah pendekatan secara kontinyu bisa dipergunakan adalah bilangan KNUDSEN :

 ===========================================================

Kn = λ/dc (mean free path untuk gas atau diameter rata-rata atom/molekul untuk liquid dibagi dengan diameter karakteristik)

 ===========================================================

penerapan bilangan knudsen untuk menentukan pendekatan penyelesaian masalah pada suatu sistem

Pendekatan secara kontinu, yang dipakai dalam cabang ilmu teknik proses klasik ini tidak berlaku jika :

1. Gas berada pada tekanan rendah. Seperti kita ketahui, gas dalam tekanan rendah akan memiliki mean free path yang jauh lebih besar dibandingkan dengan gas pada tekanan tinggi. Hal ini tentu saja akan mengakibatkan nilai Kn yang juga tinggi.
2.  Dimensi karakteristik system yang kecil. Contohnya: pekerjaan yang dilakukan pada bagian interior pori atau pada potongan submikronik

Sebagai tambahan, jika nilai Kn > 0.1, kita bisa bekerja dengan pendekatan diskontinu atau balistik.

State (kondisi) suatu materi

Di alam ini, kondisi suatu materi dapat dikategorikan menjadi tiga kelompok:

1. Gas (kompressibel).
2. Liquid (inkompressibel)
3. Solide (kecuali bubuk)

Suatu materi dapat dikatakan kompressibel jika apabila ia diberi tekanan,volumnya mengalami perubahan. Gas dan liquid disebut juga dengan “fluid”. Dalam kondisi ini materinya bisa mengalir sehingga bisa mengalami deformabilitas tanpa batas. Sedangkan solid,dimana disini tidak termasuk bubuk, dikarenakan bubuk sebagaimana kita ketahui bisa difluidisasikan, memiliki deformabilitas yang sangat terbatas dan kita hanya bisa memindahkannya dalam bentuk kumpulan (blok-blok).

Tiga kondisi materi tersebut ditentukan oleh kesetimbangan antara dua energy yang bekerja pada materi tersebut :

1. Energi kohesi               : gaya tarik-menarik antar atom atau antar molekul. Contoh gaya kohesi ini adalah ikatan hydrogen pada air yang menyebabkan molekul air bersifat polar. Akibat dari ikatan hydrogen ini adalah air lebih sukar untuk diuapkan 
2. Energi agitasi termal   : gaya saling menolak dikarenakan adanya rigiditas antar atom atau antar molekul. Sebagaimana kita tahu dalam percobaan yang dilakukan oleh Robert Brown, yang meneteskan serbuk benang sari ke dalam air. Jika diamati secara seksama melalui mikroskop, terjadi gerakan zig-zag dari benang sari tersebut. Maka dapat disimpulkan bahwa partikel air tidaklah diam, melainkan bergerak secara random seperti ditunjukkan oleh gerakan serbuk sari dengan energy kinetic tertentu. Suhu merupakan sebuah parameter penting yang bisa diukur untuk menandakan derajat agitasi termal dari atom-atom/molekul yang memiliki implikasi pada tingkat elevasi dari jarak antar atom atau antar molekul. Maka, jika kita kembali pada contoh air, jika temperature dinaikkan, dimana akan memicu berubahnya jarak antar molekul air. Pada suatu saat, energy agitasi yang bersifat saling menolak ini akan mengalahkan energy kohesi yang bersifat aktraktif. Hingga akhirnya, terjadilah perubahan fasa air dari liquid menjadi gas. 

Energi kohesi vs energi agitasi termal

Definisi :
mean free path : jarak tempuh rata-rata yang ditempuh oleh molekul sebelum akhirnya terjadi collision (tabrakan) antar molekul