KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kehadirat
Allah SWT, yang telah melimpahkan segala rahmat, taufiq, serta hidayahnya
sehingga kita dapat menyelesaikan makalah Teori Kinetic Gas Ideal dengan baik
Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada bpk.
Zaelani S.Pd. selaku guru fisika, dan
teman-teman yang turut membantu menyelesaikan makalah ini.
Kami sadar bahwa makalah “Teori Kinetic Gas Ideal ”
ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kami mengharap kritik dan saran
dan pembaca untuk menyempurnakan makalah selanjutnya.
Akhir kata, penyusun berharap semoga makalah ini
bermanfaat bagi pembaca amien…….amien.
Tanjung
bintang,31 mei 2012
Penyusun
daftar
isi
Kata pengantar
|
|
|
2
|
Daftar isi
|
|
|
3
|
Standar
kompetensi dan kompetensi dasar
|
|
|
4
|
Bab 1
|
|
|
5
|
a.
Kata pengantar
|
|
|
5
|
b.
Tujuan
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
standar kompetensi dan kompetensi dasar
Standar
kompetensi
|
Kompetensi
dasar
|
indikator
|
Bab
|
3.
menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor
|
3.1
mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik
|
·
Mendeskripsikan persamaan umum gas ideal pada
persoalan fisika sehari-hari.
·
Menerapkan persamaan umum gas ideal pada proses
isotermik
·
Menerapkan persamaam umum gas ideal pada proses
isokhorik
·
Menerapkan persamaan umum gas ideal pada proses
isobarik
|
Teori kinetik
gas
|
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Gas merupakan suatu zat yang molekul atau
partikelnya bergerak bebas. pada bab ini akan dipelajari mengenai sifat
mikroskopik dari suatu gas dengan meninjau dari tekanan, volum dan suhu yang
sering disebut dengan teori kinetik gas.
Semoga makalah ini dapat berguna bagi rekan-rekan
yang lain serta adik-adik kelas kami.
B. Tujuan
penulisan makalah ini diharapkan
mampu memberikan manfaat sebagai berikut :
- Memberikan
tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang persamaan teori kinetik gas
ideal.
- Memberikan
penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan dalam teori
kinetik gas
- Memberikan
pengetahuan kepada pembaca tentang pengertian dan hukum-hukum teori
kinetik gas.
BAB II
PEMBAHASAN
1. Teori Kinetik Gas Ideal
Dalam
hal ini yang disebut gas ideal adalah gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai
berikut :
1.
Terdiri
atas partikel dalam jumlah yang banyak dan tidak ada gaya tarik-menarik antar partikel
2.
Setiap
partikel gas selalu bergerak dengan arah acak(sembarang)
3.
Ukuran
partikel diabaikan terhadap ukuran wadah
4.
Setiap
tumbukan yang terjadi secara lenting sempurna.
5.
Partikel-partikel
gas terdistribusi merata pada seluruh ruang dalam wadah.
6.
Gerak
partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak.
Berdasarkan eksperimen persamaan keadaan gas yang
telah dilakukan dengan mengubah besaran tekanan, volum, dan suhu ternyata ada
kesebandingan antara hasil kali tekanan dan volum terhadap suhu yaitu sebagai
berikut :
PV
= α T
demikian
juga dengan massa system gas setelah divariasi dengan tekanan, volum, dan suhu
terdapat kesebandingan yaitu sebagai berikut :
|
untuk membuat
persamaan diatas menjadi sempurna maka diperlukan suatu konstanta pembanding
yang nilainya sama untuk semua gas. dari hasil eksperimen nilai konstanta
pembanding adalah berbeda untuk setiap gas jika kita menggunakan satuan massa
tetapi menggunakan mol. 1 mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang ada pada 12
gram atom karbon-12 yaitu sebanyak 6,02 x 1023 partikel. bilangan 6,02 x 1023
disebut bilangan avogrado(na)
dengan demikian
mol zat dapat dinyatakan dalam jumlah partikel n seperti berikut :
n =
atau n = n na
dengan
n = jumlah zat (mol)
n = banyaknya partikel
(molekul)
na = bilangan avogrado
(6,02
x 1023)
konstanta perbandingan
universal, yang berlaku untuk semua gas adalah r (konstanta gas universal)
sehingga persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis manjadi seperti berikut.
pV = nRT
dengan
p =tekanan gas (atm
atau n/m2)
V = volum gas (m3 atau
liter)
N = jumlah mol gas
(mol)
R = tetapam gas
universal (8,31 j/mol k)
T = suhu gas (k)
oleh karena n =
maka persamaan keadaan gas ideal dapat dinyatakan dalam jumlah molekul.
pv = rt
pv = nkt
dengan k = =
tetapan boltzman (1,38x10-23 j/k)
p = tekanan gas (n/m2)
v = volum gas (m3)
n = jumlah
molekul
t = suhu gas (k)
jika ditinjau
dari sudut pandang mikroskopik, partikel-partikel zat saling memberikan gaya
tarik berasal dari sifat elektris maupun gravitasinya (hukum newton tentang
gravitasi). selain gaya tarik antarpartikel juga terdapat gaya tolak
antarpartikel yang berasal dari sifat elektris inti atom yang bermuatan
positif. massa atom terpusat pada inti atom sehingga juka jarak atom terlalu
dekat maka akan terjadi gaya tolak yang cukup besar dari atom-atom tersebut.
dengan demikian, terdapat jarak minimum yang harus dipertahankan oleh atom-atom
tersebut agar tidak terjadi gaya tolak.
persamaan
keadaan gas ideal
persamaan gas
ideal adalah suatu persamaan yang menyetakan hubungan antara tekanan, volume,
dan suhu suatu gas. berikut persamaan yang ditemukan dalam bentuk hukum fisika.
2. Hukum-hukum dari persamaan gas ideal
a. hukum boyle
hukum boyle yang
berbunyi bila massa dan suhu suatu gas dijaga konstan maka volum gas akan
berbanding terbalik dengan tekanan mutlak, yang dikemukakan oleh robert boyle
(1627-1691).
keterangan =
pernyataan lain
dari hukum boyle adalah bahwa hasil kali antara tekanan dan volum akan bernilai
konstan selama massa dan suhu gas dijaga konstan. secara matematis dapat di
tulis
pv = c
keterangan =
p = tekanan gas
(n/ m2 atau pa)
v = volum gas (m3)
c = tetapan
berdimensi usaha
contoh soal
dalam suatu wadah terdapat 4 liter gas dengan
tekanan 4 atm dan suhu 470c. kemudian tekanan gas menjadi 1/4 dari tekanan semula dan suhu gas dijaga
konstan. berapakah volum gas sekarang?
pembahasan :
p1 = 4 atm dari hukum boyle, pada
suhu tetap hubungan yang
p2 = ¼ p1 = 1 atm berlaku adalah : p1.v1 = p2.v2
t = 470c v2 = =
v1 = 4l = 16 liter
v2 =….? jadi,
volum gas sekarang adalah 16 liter.
b. hukum
charles
hukum charles berbunyi volum gas berbanding
lurus dengan suhu mutlak, selama massa dan tekanan gas dijaga konstan,
dikemukakan oleh jacques charles tahun 1787. dengan demikian volum dan suhu
suatu gas pada tekanan konstan adalah berbanding lurus dan secara matematis
kesebandingan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.
v = kt, dengan k adalah
konstanta
kemudian untuk gas dalam suatu wadah yang
mengalami perubahan volum dan suhu dari keadaan 1 ke keadaan 2 saat tekanan dan
massa dijaga konstan, dapat dirumuskan berikut :
=
dengan
v1 = volum gas mula-mula (m3)
v2 = volum gas akhir (m3)
t1 = suhu gas mula-mula (k)
t2 = suhu gas akhir (k)
contoh soal
gas dalam ruang tertutup memiliki volum 1 liter
pada tekanan 10 atm dan suhu 470c. gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga
suhunya menjadi 770c. berapakah volum gas sekarang?
pembahasan
p = 10 atm pada
tekanan tetap berlaku hubungan seperti berikut.
v1 = 1l =
t1 = 470c = 320 k = è v2 = = 1,094
liter
t2 = 770c = 350 k jadi, volum gas sekarang adalah 1,094 liter
c. hukum gay lussac
pada volume
konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. hubungan ini
dikenal dengan julukan hukum gay-lussac, dinyatakan oleh joseph gey
lussac (1778-1850). secara matematis ditulis sebagai berikut :
atau
p = c.t
=
c ===> v = tetap
untuk gas dalam
suatu wadah yang mengalami pemanasan dengan volum dijaga tetap, pada proses 1
dan 2 hukum gey lussac dapat ditulis seperti berikut :
=
===> v = tetap
Dengan
p1 = tekanan mula-mula
(atm)
p2 = tekanan akhir
(atm)
t1 = suhu mutlak
mula-mula (k)
t2 = suhu akhir (k)
contoh soal
gas dalam ruang
tertutup memiliki volum 2,5 liter, tekanan 2 atm, dan suhu 270c. berapakah
tekanan gas tersebut jika suhu dinaikan menjadi 670c pada volum tetap?
pembahasan :
v = 2,5 l pada volum
tetap berlaku hukum gey lussac,
p1 = 2 atm =
==> p2 = p1
==> p2 = x
2
t1 = 270c = 300k p2
= 2.27 atm
t2 = 670c = 340k jadi, tekanan gas pada suhu
670c adalah 2,27 atm
d. hukum boyle-gay lussac
suatu rumus
turunan dari perkembangan dari hukum boyle dan gay lussac yaitu persamaan
keadaan gas yang lebih umum yang menghubungkan besaran tekanan, volum, dan suhu
dalam berbagai keadaaa, sehingga memperoleh persamaan berikut :
=
c apabila dalam dua keadaan maka dapat
ditulis dengan =
keterangan
p1 = tekanan gas
mula-mula (n/m2)
v1 = volum gas
mula-mula (m3)
t1 = suhu mutlak
gas mula-mula (k)
p2 = tekanan gas
akhir (n/m2)
v2 = volum gas
akhir (m3)
t2 = suhu mutlak
gas akhir (k)
contoh soal
massa jenis
suatu gas pada suhu t dan tekanan p adalah p. jika tekanan gas tersebut
dijadikan 2p dan suhunya diturunkan menjadi 0,5 t. tentukan lah massa jenis
akhir?
pembahasan :
p1 = p
p2 = 2p
t1 = t
t2 = 0,5t
v1 =
v2 =
B.
Tekanan, suhu, dan energi gas
1. model partikel gas
SIFAT GAS UMUM
a.
Gas mudah berubah bentuk dan
volumenya.
b.
Gas dapat digolongkan sebagai fluida,
hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
SIFAT GAS IDEAL
Sifat-sifat gas ideal dapat dijelaskan dengan dasar sebagai berikut:
a. Gas terdiri atas molekul dalam jumlah besar.
b. Partikel-partikel gas bergarak dalam lintasan
lirus dengan kelajuan tetap dan gerakanya acak karena tumbukan.
c. Semua tumbukan bersifat lenting sempurna.
d. Selang waktu tumbukan antar partikel sangat
sedikit.
e. Volume partikel gas sangat kecil dibandingkan
volume ruang yang ditempati, sehingga dapat diabaikan.
f. Pada semua partikel gas berlaku hukum newton
tentang gerak.
2.
Hubungan antara tekanan, suhu, dan energi partikel gas
dijelaskan oleh teori kinetik
sebagai kemunculan dari gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang
menabrak dinding wadah. Misalkan suatu gas denagn N molekul,
masing-masing bermassa m, terisolasi di dalam wadah yang mirip kubus
bervolume V. Ketika sebuah molekul gas menumbuk dinding wadah yang tegak
lurus terhadap sumbu koordinat x dan memantul dengan arah berlawanan
pada laju yang sama (suatu tumbukan
lenting), maka momentum yang
dilepaskan oleh partikel dan diraih oleh dinding adalah:
di mana vx adalah komponen-x
dari kecepatan awal partikel.
Partikel memberi tumbukan kepada
dinding sekali setiap 2l/vx satuan waktu (di mana l
adalah panjang wadah). Kendati partikel menumbuk sebuah dinding sekali setiap 1l/vx
satuan waktu, hanya perubahan momentum pada dinding yang dianggap, sehingga
partikel menghasilkan perubahan momentum pada dinding tertentu sekali setiap 2l/vx
satuan waktu.
gaya yang
dimunculkan partikel ini adalah:
Keseluruhan gaya yang menumbuk dinding adalah:
di mana hasil jumlahnya adalah semua molekul gas di
dalam wadah.
Besaran kecepatan untuk tiap-tiap partikel mengikuti
persamaan ini:
Kini perhatikan gaya keseluruhan yang
menumbuk keenam-enam dinding, dengan menambahkan sumbangan dari tiap-tiap arah,
kita punya:
dimana faktor dua muncul sejak saat ini, dengan
memperhatikan kedua-dua dinding menurut arah yang diberikan.
Misalkan ada sejumlah besar partikel yang bergerak
cukup acak, gaay pada tiap-tiap dinding akan hampir sama dan kini perhatikanlah
gaya pada satu dinding saja, kita punya:
Kuantitas dapat
dituliskan sebagai , di mana
garis atas menunjukkan rata-rata, pada kasus ini rata-rata semua partikel.
Kuantitas ini juga dinyatakan dengan di mana dalah akar
kuadrat rata-rata kecepatan semua partikel.
Jadi, gaya dapat dituliskan sebagai:
Tekanan, yakni gaya per satuan luas, dari gas dapat
dituliskan sebagai:
di mana A adalah luas dinding sasaran gaya.
Jadi, karena luas bagian yang berseberangan dikali
dengan panjang sama dengan volume, kita punya pernyataan berikut untuk tekanan
di mana V adalah volume. Maka kita punya
Karena Nm adalah masa keseluruhan gas, maka
kepadatan adalah massa dibagi oleh volume .
Maka tekanan adalah
Hasil ini menarik dan penting, sebab ia menghubungkan
tekanan, sifat makroskopik,
terhadap energi kinetik
translasional rata-rata per molekul yakni
suatu sifat mikroskopik.
Ketahuilah bahwa hasil kali tekanan dan volume adalah sepertiga dari
keseluruhan energi kinetik.
b.
Suhu
dan energi kinetik
Dari hukum
gas ideal
(1)
dimana B adalah konstanta Boltzmann
dan T adalah suhu
absolut. Dan dari rumus diatas, dihasilkan Gagal memparse
(kesalahan sintaks): PV={Nmv_{rms}^2\overset 3}
Derivat:
(2)
yang menuju ke fungsi energi kinetik dari sebuah
molekul
Energi kinetik dari sistem adalah N kali lipat dari
molekul
Suhunya menjadi
(3)
Persamaan 3 ini adalah salah satu hasil penting dari
teori kinetik
“
|
Rerata
energi kinetik molekuler adalah sebanding dengan suhu absolut.
|
”
|
Dari persamaan 1 dan 3 didapat:
(4)
Dengan demikian, hasil dari tekanan dan volume tiap mol
sebanding dengan rerata energi kinetik molekuler. Persamaan 1 dan 4 disebut
dengan hasil klasik, yang juga dapat diturunkan dari mekanika statistik[1].
Karena 3N adalah derajat
kebebasan (DK) dalam sebuah sistem gas monoatomik dengan N
partikel, energi kinetik tiap DK adalah:
(5)
Dalam energi kinetik tiap DK,
konstanta kesetaraan suhu adalah setengah dari konstanta Boltzmann. Hasil ini
berhubungan dengan teorema ekuipartisi.
Seperti yang dijelaskan pada artikel kapasitas
bahang, gas diatomik seharusnya mempunyai 7 derajat kebebasan,
tetapi gas yang lebih ringan berlaku sebagai gas yang hanya mempunyai 5.
Dengan demikian, energi kinetik tiap
kelvin (gas ideal monoatomik) adalah:
- Tiap mole: 12.47 J
- Tiap molekul: 20.7 yJ = 129 μeV
Pada STP (273,15 K , 1 atm), didapat:
- Tiap mole: 3406 J
- Tiap molekul: 5.65 zJ = 35.2 meV
c.
Banyaknya
tumbukan dengan dinding
Jumlah tumbukan atom dengan dinding
wadah tiap satuan luar tiap satuan waktu dapat diketahui. Asumsikan pada gas
ideal, derivasi dari [2] menghasilkan persamaan untuk jumlah
seluruh tumbukan tiap satuan waktu tiap satuan luas:
d.
Laju
RMS molekul
Dari persamaan energi kinetik dapat ditunjukkan bahwa:
dengan v pada m/s, T pada kelvin, dan R
adalah konstanta gas.
Massa molar diberikan sebagai kg/mol. Kelajuan paling mungkin adalah 81.6% dari
kelajuan RMS, dan rerata kelajuannya 92.1% (distribusi kelajuan Maxwell-Boltzmann).
daftar pustaka
hilman, setiawan. 2007.fisika untuk sma dan ma
kelas xi. piranti darma kalokatama.jakarta.
Purwanti,
endang.2009. pr fisika untuk sma/ma kelas xi semester ii.intan pariwara :klaten
http://www.google.com
maaf kalo mau minta softcopy nya bisa tidak?
BalasHapusDapat kita simpulkan bahwa Berdasarkan eksperimen persamaan keadaan gas yang telah dilakukan dengan mengubah besaran tekanan, volum, dan suhu ternyata ada kesebandingan antara hasil kali tekanan dan volum terhadap suhu yaitu sebagai berikut :
BalasHapusPV = α T
demikian juga dengan massa system gas setelah divariasi dengan tekanan, volum, dan suhu terdapat kesebandingan yaitu sebagai berikut :
PV = α MT
untuk membuat persamaan diatas menjadi sempurna maka diperlukan suatu konstanta pembanding yang nilainya sama untuk semua gas. dari hasil eksperimen nilai konstanta pembanding adalah berbeda untuk setiap gas jika kita menggunakan satuan massa tetapi menggunakan mol. 1 mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang ada pada 12 gram atom karbon-12 yaitu sebanyak 6,02 x 1023 partikel. bilangan 6,02 x 1023 disebut bilangan avogrado(na)
dengan demikian mol zat dapat dinyatakan dalam jumlah partikel n seperti berikut :
n = atau n = n na
dengan
n = jumlah zat (mol)
n = banyaknya partikel (molekul)
na = bilangan avogrado (6,02 x 1023)