sifat-sifat gas ideal Hukum tentang gas 3. Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor

Transkripsi

1 teori kinetik gas mempelajari sifat makroskopis dan sifat mikroskopis gas. TEORI KINETIK GAS sifat-sifat gas ideal 1. terdiri atas molekul-molekul yang sangat banyak dan jarak pisah antar molekul lebih besar daripada ukurannya. 2. tumbukan antara molekul dengan dinding terjadi lenting sempurna 3. memenuhi hukum gerak Newton 4. gaya tarik menarik antar molekul dapat diabaikan Hukum tentang gas H Boyle H Gay Lussac H Charles H Boyle - Gay Lussac persamaan umum gas ideal PV = konstan P/T = konstan V/T = konstan PV/T = konstan PV = nrt atau PV = NkT Standart Kompetensi 3. Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor Kompetensi Dasar 3.1 Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik Indikator 1. Memformulasikan hukum Boyle-Gay Lussac 2. Menggunakan persamaan keadaan gas ideal 3. Menerapkan persamaan keadaan gas ideal dalam kehidupan sehari-hari. 4. Memformulasikan tekanan gas dari sifat makroskopik 5. Memformulasikan energi kinetik dan kecepatan rata-rata partikel gas. 6. Memformulasikan energi dalam pada gas ideal 43 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

2 TEORI KINETIK GAS Teori Kinetik Gas Kinetik adalah berhubungan dengan gerak, dalam hal teori kinetik gas yang bergerak adalah molekul-molekul gas. Teori kinetik gas mempelajari sifat makroskopis (dapat dilihat dengan mata telanjang) dan mikroskopis gas (sifat ukuran yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang) Sifat-sifat makroskopis gas seperti volume, tekanan, suhu, dan massa. Sifat mikroskopis gas adalah perilaku molekul-molekul gas dalam ruang yang terbatas. Pengertian Gas Ideal Pada teori kinetik gas ini pengertian gas dibatasi pada gas ideal. Gas ideal sebenarnya tidak ada di alam. Namun, untuk memudahkan perhitungan maka digunakanlah gas ideal dalam teori kinetik gas. Sifat-sifat gas ideal 1. Terdiri atas molekul-molekul yang banyak sekali dan bergerak sembarang. 2. Setiap molekul mempunyai masa yang sama. 3. Tidak ada gaya tarik menarik antara molekul satu dengan molekul lain. 4. Jarak antara molekul jauh lebih besar daripada ukurannya. 5. Tumbukan antara molekul dengan dinding terjadi lenting sempurna. 6. Memenuhi hukum gerak Newton. Massa molekul dan pengertian mol Satu mol zat adalah banyaknya zat mengandung NA molekul (partikel). NA = bilangan Avogadro (6,022 x molekul setiap mol) Rumus: n = m Mr = N N A keterangan: n = jumlah mol gas (mol) Mr = massa molekul relatif (gr/mol) m = massa molekul (gr) N = jumlah molekul 44 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

3 Hukum-hukum tentang Gas Hukum Boyle Apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumnya. P.V = konstan atau P1 V1 = P2 V2 Hukum Gay Lussac Apabila volum gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. P T = konstan atau P 1 T 1 = P 2 T 2 Hukum Charles Apabila tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya. V T = konstan atau V 1 T 1 = V 2 T 2 Hukum Boyle - Gay Lussac Hukum Boyle - Gay Lussac merupakan gabungan dari hukum Boyle dan Gay Lussac. PV T = konstan atau P 1 V 1 T 1 = P 2V 2 T 2 Persamaan Umum Gas Ideal Persamaan umum yang berlaku untuk gas ideal: PV = nrt atau PV = NkT Keterangan: P = tekanan gas (Pa = N/m 2 ) T = suku mutlak (K) V = Volume gas (m 3 ) R = konstanta umum gas (8,341 J/kmol K) k = konstanta Boltzman (1,38 x J/K) 45 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

4 Contoh Soal 1. Berdasarkan persamaan PV = nrt, gas ideal di dalam suatu bejana yang dimampatkan akan mengalami... a. Kenaikan suhu d. penurunan laju partikel b. penurunan suhu e. penurunan jumlah partikel gas c. kenaikan jumlah partikel gas 2. persamaan gas ideal ditulis dalam bentuk PV pada... a. jenis gas d. eneri kinetik gas b. suhu gas e. jumlah partikel gas c. volume gas T = C, tetapan C bergantung gram gas Oksigen (M = 32 gr/mol) berada pada tekanan 1 atm dan suhu 27 o C. Tentukan volume gas jika: a. diberikan nilai R = 8,314 J/mol.K (0,0125 m 3 ) b. diberikan nilai R = 8314 J/kmol.K (0,0125 m 3 ) Kaji Soal 1. Sejumlah gas ideal bertekanan p dipanaskan dari 27 o C menjadi 54 o C. Jika volumenya naik menjadi dua kali, maka tekanannya menjadi. Energi Kinetik Rata-rata Gas Ideal, Tekanan, dan Kecepatan Rata-rata Partikel Gas Ideal Energi Kinetik Rata-rata Gas Ideal energi kinetik gas ideal bergantung pada besarnya suhu. Artinya, semakin tinggi suhu maka gerak molekul-molekul gas semakin cepat. Ek = 3 kt 2 Tekanan Gas Ideal Tekanan gas ideal berhubungan dengan energi kinetik rata-rata gas ideal. Artinya, semakin besar energi kinetik rata-rata gas ideal maka tekanan gas ideal semakin besar. P = 2 3 N Ek V 46 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

5 Kecepatan Rata-rata Partikel Gas Ideal Kecepatan Rata-rata Partikel Gas Ideal disebut VRMS (root mean square), yaitu akar rata-rata dari kuadrat kecepatan VRMS = v 2 Kecepatan VRMS bergantung pada suhu, artinya, semakin tinggi suhu maka gerak molekulmolekul gas semakin cepat. VRMS = 3kT m 0 = 3RT M r Keterangan: Ek = energi kinetik rata-rata molekul (J) VRMS = kecepatan rata-rata molekul gas ideal (m/s) Energi Dalam pada Gas Ideal Energi dalam pada gas ideal (U) adalah jumlah energi kinetik seluruh molekul gas di dalam sistem. U = N Ek = N f ( 1 kt) 2 Pada gas monoatomik (seperti He, Ne) dengan derajat kebebasan f = 3 U = 3 2 N k T Pada gas diatomik (seperti O2, H2) dengan derajat kebebasan f = 5 U = 5 2 N k T Keterangan: f = derajat kebebasan U = energi dalam gas ideal (J) Contoh Soal 1. Dalam suatu gas ideal, energi dalam adalah... a. Fungsi dari volume saja d. Fungsi dari lintasan saja b. Fungsi dari tekanan saja e. Fungsi dari suhu saja c. Dapat dinyatakan sebagai fungsi tekanan, volume dan suhu 2. Gas dalam ruang tertutup memiliki energi kinetik Ek. Jika gas tersebut dipanaskan maka energi kinetik gas tersebut berubah. Faktor yang mempengaruhi perubahan energi kinetik gas adalah... a. Tekanan c. suhu mutlak e. Volume b. konstanta gas d. Jenis gas 47 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

6 3. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas di dalam ruang tertutup: (1) Tekanan (3) suhu (2) Volume (4) jenis zat Pernyataan yang benar adalah... a. (1) dan (2) c. (1) dan (4) e. (3) b. (1) dan (3) d. (2) 4. Sejumlah gas ideal dalam tabung tertutup dipanaskan secara isokhorik sehingga suhunya naik menjadi empat kali suhu semula. Energi kinetik ratarata molekul gas menjadi... a. Seperempat kali energi kinetik rata-rata molekul gas semula b. Setengah kali energi kinetik rata-rata molekul gas semula c. Sama dengan energi kinetik rata-rata molekul gas semula d. Dua kali energi kinetik rata-rata molekul gas semula e. Empat kali energi kinetik rata-rata molekul gas semula 5. Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai Ek = 3 kt, T menyatakan 2 suhu mutlak dan Ek = energi kinetik rata-rata molekul gas. Berdasarkan persamaan di atas... a. Semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin kecil b. Semakin tinggi suhu gas, gerak partikel semakin lambat c. Semakin tinggi suhu gas, gerak partikel semakin cepat d. Suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas e. Suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas 6. Gas dalam ruang tertutup memiliki suhu sebesar T Kelvin energi kinetik ratarata Ek = 1200 joule dan laju efektif V = 20 m/s. Jika suhu gas dinaikkan hingga menjadi 2T tentukan: a. perbandingan energi kinetik rata-rata gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya (2 : 1) b. energi kinetik rata-rata akhir (2400 J) c. perbandingan laju efektif gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya ( 2 : 1) d. laju efektif akhir (20 2) 48 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

7 Kaji Soal 1. Sebuah ruang tertutup berisi gas ideal dengan suhu T dan kecepatan partikel gas di dalamnya v. Jika suhu gas itu dinaikkan menjadi 2T maka kecepatan partikel gas tersebut menjadi a. 2 v c. 12 v e. 2 v b. 4 v d. v 2 2. Didalam sebuah ruangan tertutup terdapat gas dengan suhu 27 o C. Apabila gas dipanaskan sampai energi kinetiknya menjadi 5 kali energi semula, maka gas itu harus dipanaskan sampai suhu a. 100 o C c. 135 o C e o C b o C d o C KAJI SOAL UN 1. Sebanyak 3 liter gas Argon bersuhu 27 C pada tekanan 1 atm( 1 atm = 10 5 Pa) berada di dalam tabung. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J mol 1 K 1 dan banyaknya partikel dalam 1 mol gas 6,02 x partikel, maka banyak partikel gas Argon dalam tabung tersebut adalah...(un Fisika 2008 P4 no 18) a. 0,83 x partikel d. 0,72 x partikel b. 0,42 x partikel e. 0,22 x partikel c. 0,12 x partikel 2. Tekanan gas ideal di dalam ruang tertutup terhadap dinding tabung dirumuskan: P = 2N /3V Ek ; [P = tekanan (Pa); N = jumlah molekul (partikel) gas; V = volume gas; dan Ek = adalah energi kinetik rata-rata molekul (J)]. Pernyataan yang benar terkait rumusan diatas adalah... (UN Fisika 2008 P4 no 19) a. tekanan gas terhadap dinding tergantung pada jumlah molekul persatuan volume b. energi kinetik gas tidak tergantung pada tekanan yang ditimbulkan molekul terhadap dinding c. volume gas dalam tabung tidak berubah jika tekanan gas berubah d. jumlah molekul gas berkurang maka energi kinetik molekul akan bertambah e. volume gas bertambah maka jumlah molekul gas bertambah 49 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

8 3. Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan), maka gas akan mengalami... (UN Fisika 2009 P4 no 16) a. penurunan laju partikel d. penurunan suhu b. kenaikan suhu e. penambahan partikel gas c. penurunan partikel gas 4. Sejumlah gas ideal dalam tabung tertutup dipanaskan secara isokhorik sehingga suhunya naik menjadi empat kali suhu semula. Energi kinetik ratarata molekul gas ideal menjadi... (UN Fisika 2009 P4 no 17) a. 1 /4 kali semula c. 1 /2 kali semula e. 4 kali semula b. sama dengan semula d. 2 kali semula 5. Suatu gas ideal dengan tekanan P dan volume V dalam ruang tertutup. Jika tekanan gas dalam ruang tersebut diturunkan menjadi 1 /4 kali semula pada volume tetap, maka perbandingan energi kinetik sebelum dan sesudah penurunan tekanan adalah... (UN Fisika 2009 P45 no 14) a. 1 : 4 c. 1 : 2 e. 2 : 1 b. 4 : 1 d. 5 : 1 6. Gas ideal berada dalam ruang tertutup dengan volume V, tekanan P dan suhu T. Apabila volumenya mengalami perubahan menjadi 1 /2 kali semula dan suhunya dinaikkan menjadi 4 kali semula, maka tekanan gas yang berada dalam sistem tersebut menjadi... (UN Fisika 2009 P45 no 18) a. 8 P1 c. 2 P1 e. 1 /2 P1 b. 1 /4 P1 d. 1 /8 P1 7. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 5 /4 T dan volumenya menjadi 3 /4 V, maka tekanannya menjadi... (UN Fisika 2010 P4 no 15) a. 3 /4 P c. 4 /3 P e. 3 /2 P b. 5 /3 P d. 2 P 8. Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai Ek = 3 /2 kt, T menyatakan suhu mutlak dan E = energi kinetik rata-rata molekul gas. Berdasarkan persamaan diatas... (UN Fisika 2010 P4 no 16) a. semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin kecil b. semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin lambat c. semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin cepat d. suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas e. suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas 50 F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

9 9. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V pada suhu T dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 3 /2 T dan tekanannya menjadi 2 P, maka volume gas menjadi... (UN Fisika 2010 P37 no 15) a. 3 /4 V c. 4 /3 V e. 3 /2 V b. 3 V d. 4 V 10. Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai Ek = 3 /2 kt, T menyatakan suhu mutlak dan E = energi kinetik rata-rata molekul gas. Berdasarkan persamaan diatas... (UN Fisika 2010 P37 no 16) a. semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin kecil b. semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin lambat c. semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin cepat d. suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas e. suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas 11. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas di dalam ruang tertutup: (2) Tekanan (3) Suhu (3) Volume (4) jenis zat Pernyataan yang benar adalah... (UN Fisika 2011 P12 no 4) a. (1) dan (2) c. (1) dan (3) e. (1) dan (4) b. (2) saja d. (3) saja 12. Sejumlah gas ideal berada di dalam ruang tertutup mula-mula bersuhu 27 C. Supaya tekanannya menjadi 4 kali semula, maka suhu ruangan tersebut adalah... (UN Fisika 2011 P12 no 5) a. 108 C c. 297 C e. 300 C b. 927 C d C 13. Di dalam ruang tertutup suhu suatu gas 27 C, tekanan 1 atm dan volume 0,5 liter. Jika suhu gas dinaikkan menjadi 327 C dan tekanan menjadi 2 atm, maka volume gas menjadi... (UN Fisika 2012 A86 no 18) a. 1 liter c. 0,5 liter e. 0,25 liter b. 0,125 liter d. 0,0625 liter Banun, Choirul dan Supriyana FRESH UPDATE TOP NO 1. FISIKA SMA/MA (Kelas 1, 2, 3). Jakarta. Wahyumedia F i s i k a S M A X I ( 2 ) / M A N u r u l H u d a / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i