BAB 7 FLUIDA7.1 Pengertian dan Klasifikasi Fluida

Fluida merupakan suatu bentuk materi yang dapat mengalir. Sifat kemudahan mengalir dan kemampuan menyesuaikan dengan tempatnya berada merupakan aspek utama yang membedakan fluida dengan benda tegar. Adapun sifat dari masing-masing zat yang termasuk dalam fluida adalah sebagai berikut, Zat cair Zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, melainkan mengambil bentuk yang ditempatinya. Molekul-molekulnya kebanyakan berikatan seperti zat padat tetapi tidak mempunyai posisi yang tepat. Ini karena molekul-molekul dari cairan bebas bergerak. Seperti benda padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan, dan perubahan volume yang cukup signifikan terjadi jika diberikan gaya yang besar. Gas Gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Gas akan menyebar untuk memenuhi/mengisi wadah/ruangan tertutup yang dia tempati, dan jika ruangan itu terbuka, gas akan menyebar keluar. (Gaya tarik bumilah yang menjaga sehingga lapisan atmosfer tetap berada di tempatnya. Bulan, yang hanya memilki 1/6 gaya gravitasi bumi, tidak dapat mengganggu lapisan atmosfer). Dalam gas, molekul-molekulnya berpisah/berjauhan. Setiap molekul bergerak secara bebas dalam garis lurus sampai dia menumbuk molekul lain atau dinding-dinding wadahnya. Artinya tidak memaksa gerakan molekul sehingga gas dapat diperluas. Selanjutnya, semua gas memiliki kandungan yang sama karena frekuensi tumbukan molekul sangat kecil sehingga perilaku dari gas yang bebeda tidak

1

dipengaruhi oleh perbedaan sifat dari gaya diantara molekulmolekulnya. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis. Fluida statik selalu mempunyai bentuk yang dapat berubah secara kontinu mengikuti bentuk wadahnya karena fluida tidak dapat menahan gaya geser, sedangkan fluida dinamis yaitu fluida dalam keadaan bergerak dimana gerak fluida dipandang sebagai fungsi tempat dan waktu.

Sifat fluida ideal yaitu, Tidak dapat ditekan (volume tetap karena tekanan) Dapat berpindah tanpa mengalami gesekan Mempunyai aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel) Kecepatan partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama. 7.1 Tekanan pada fluida Konsep tekanan identik dengan gaya. Gaya selalu menyertai pengertian tekanan. Tekanan yang besar dihasilkan dari gaya yang besar pula, sebaliknya tekanan yang kecil dihasilkan dari gaya yang kecil. Tekanan P = FA (satuan N/m2) pada fluida diperoleh dari gaya eksternal atau dari gaya berat (gaya gravitasi) fluida itu sendiri, dimana F dipahami bekerja tegak lurus terhadap permukaan A.

(gb. 7.1)

2

Misalkan kita sedang berendam dalam air, kita meraasa seolah-olah air menekan seluruh tubuh kita yang bersentuhan dengan air. Tekanan ini semakin besar apabila kita masuk lebih dalam ke dalam air. Pernyataan ini mengandung pengertian bahwa fluida memberikan tekanan terhadap benda yang berada di dalamnya. Pengertian ini diperluas menjadi: tekanan pada fluida bergantung pada kedalamannya. Dalam zat cair, tekanan berhubungan dengan tekanan permukaan zat cair yaitu tekanan hidrostatis. Udara atau atmosfir terdiri dari gas-gas yang juga merupakan bentuk dari fluida. Maka udara juga akan memiliki tekanan seperti definisi di atas. Tekanan udara kita anggap sama untuk ketinggian tertentu di permukaan bumi namun untuk ketinggian yang sangat tinggi di atas permukaan bumi besarnya menjadi berbeda. Hal ini dapat dilakukan karena udara kita anggap kerapatannya kecil sehingga untuk titik-titik yang tidak terlalu jauh perbedaan ketinggiannya bisa dianggap sama. Dalam hal ini hukum yang berlaku adalah hukum Pascal yang dinyatakan dengan tekanan yang dikerjakan pada suatu fluida akan menyebabkan kenaikan tekanan ke segala arah dengan sama besar. (Blaise Pascal 1623-1662).F1A1

F2

A2

P1=P2 (gb 7.2) 7.2 Massa jenis

F1A1=F2A2

F2F1=A2A1

Massa jenis () dari sebuah zat adalah perbandingan massa m dari zat terhadap volumenya V = mV, memiliki satuan kg/m3 atau g/cm3

3

Massa jenis merupakan sifat dari zat, tidak bergantung kepada volume atau massanya. Massa jenis berhubungan dengan kerapatan benda tersebut. Kita ambil contoh, suatu ruangan yang diisi oleh orang. Sepuluh orang menempati ruang kecil dikatakan lebih rapat dibandingkan dengan sepuluh orang yang menempati ruangan yang besar. Kerapatan berbanding terbalik dengan volume (isi) ruang. Kerapatan yang besar dihasilkan dari ruang yang kecil. Kemudian, kerapatan juga sebanding dengan jumlah materi yang ada di dalam ruang atau massa benda. Jadi, tekanan pada fluida yang diam adalah sama di setiap titik pada kedalaman yang sama. Tekanan atmosfer Kita hidup di bawah atmosfer dengan tekanan Po dari permukaan laut kira-kira 14,7 lb/in.2, atau 1,01x105 N/m2. Satuan tekanan disebut atmosfer didefinisikan dengan persamaan 1 atm = 760 mm Hg = 1,0133105N/m2 Tekanan atmosfer hampir sama dengan tekanan fluida di sekitar makhluk hidup. Tekanan fluida disekitar sel sama dengan tekanan di luar sel, sehingga tidak ada gaya total pada dinding sel. Tekanan darah dalam arteri lebih tinggi dari tekanan atmosfer, sehingga tidak ada gaya luar di dinding arteri. Tekanan terukur Penting untuk diperhatikan bahwa pengukur tekanan ban, dan sebagian besar pengukur tekanan lainnya, mencatat tekanan tanpa memperhitungkan tekanan atmosfir. Tekanan ini disebut tekanan terukur. Dengan demikian untuk mendapatkan tekanan absolut, P, kita harus menambahkan tekanan atmosfir, PA, ke tekanan terukur PG : P = PA + PG 7.3 Gaya apung dan prinsip Archimedes

4

Prinsip Archimedes menyatakan bahwa Gaya apung pada benda dalam zat cair sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Dengan demikian, benda yang tenggelam dalam fluida akan tampak lebih ringan dibandingkan di luar fluida. Hal ini disebabkan benda di dalam fluida mengalami gaya angkat atau gaya apung atau bouyancy yaitu tekanan dalam fluida naik sebanding dengan kedalaman. Sebagai contoh, sebuah batu besar yang tenggelam di dasar sungai seringkali lebih mudah diangkat dibandingkan mengangkat batu yang sama di atas tanah. Pada batu di dasar sungai tersebut, gaya gravitasi bekerja ke bawah. Tetapi sebagai tambahan, gaya apung ke atas dilakukan oleh zat cair tersebut. Ketika dua fluida immiscible dari massa jenis berbeda bercampur, fluida dengan massa jenis lebih kecil mengapung di atas fluida dengan massa jenis lebih besar. Jika kedua fluida adalah miscible, fluida yang kurang tebal akan mengapung di atas fluida lebih tebal jika dijaga agar kedua fluida tidak bercampur. Fakta ini merupakan dasar penting dari sirkulasi air di danau dan sirkulasi udara di atmosfir. Pada musim panas, permukaan air danau dipanaskan oleh matahari, menyebabkan kerapatannya lebih kecil daripada air yang lebih dingin di bawahnya. Permukaan air yang panas ini mengapung di atas air yang lebih dingin dan terhindar dari percampuran dengan air danau yang lebih rendah oleh gaya ke atasnya. Sirkulasi udara di atmosfir berbeda. Selama siang hari, matahari memanaskan permukaan bumi, yang bergiliran memanaskan udara di atmosfir yang lebih rendah. Udara yang lebih panas ini naik, saat kerapatan yang lebih dingin di atas udara jatuh. 7.4 Aliran fluida

5

Fluida berbagai

dinamik macam

yaitu

fluida

dalam

keadaan pesawat

bergerak. terbang,

Merupakan pengetahuan yang sangat penting untuk memahami fenomena terbangnya burung, dan serangga di udara, aliran darah melalui pembuluh pada sistem peredaran darah dan sirkulasi udara di atmosfir. a. Viskositas Fluida yang riil memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu yang disebut viskositas. Viskositas ada pada zat cair maupun gas, dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Pada zat cair, viskositas terutama disebabkan oleh gaya kohesi antara molekul. Pada gas, viskositas muncul dari tumbukan antar molekul. b. Hukum Bernoulli Pada intinya, prinsip Bernoulli menyatakan bahwa jika kecepatan fluida tinggi maka tekanan rendah dan jika kecepatan rendah maka tekanan tinggi.

fluida P2A2v2 P1A1v1

(gb 7.3) (menentukan kecepatan aliran fluida dengan venturimeter) c. Aliran pada tabung : persamaan Poiseuille Laju aliran fluida dalam tabung yang bulat bergantung pada viskositas fluida, perbedaan tekanan dan dimensi tabung. Ilmuwan Prancis J. L. Poiseuille (1799-1899), yang tetarik pada fisika dari peredaran darah, menentukan

6

bagaimana variabel-variabel tersebut mempengaruhi laju aliran fluida yang tidak bisa ditekan yang mengalami aliran laminer pada tabung silinder. Hasilnya, yang dikenal dengan nama persamaan Poiseuille, adalah : Q = r4(P1-P2)8L Dimana r adalah radius dalam tabung, L adalah panjangnya, P1 P2 merupakan perbedaan tekanan antara ujung-ujungnya, adalah koefisien viskositas, dan Q adalah laju volume aliran (volume fluida yang mengalir persatuan waktu dinyatakan dalam satuan SI m3/s). Persamaan ini juga berlaku untuk persamaan laminer. 7.1 Aplikasi hukum-hukum fluida dalam biologi a. Tekanan darah pada manusia Tekanan yang disebabkan berat atmosfir diberikan pada sebuah benda yang berada di dalam lautan udara yang luas ini, termasuk tubuh kita. Bagimana tubuh manusia menahan tekanan yang besar pada permukaannya? Jawabannya adalah bahwa selsel hidup mempertahankan tekanan dalam yang hampir sama dengan tekanan luar, sama seperti tekanan di dalam balon sedikit lebih besar dari tekanan atmosfir di luar. Ban mobil, karena ketegarannya, dapat mempertahankan tekanan dalam yang lebih besar dari tekanan luar. Salah satu tekanan terhadap tubuh manusia adalah tekanan darah. Beberapa komponen yang berpengaruh besar pada tekanan darah manusia: 1. Kerja jantung Jantung merupakan organ vital dari proses aliran darah dalam tubuh. Dengan menggunakan sistem vibrasi atau getaran jantung memompa darah ke seluruh tubuh. Baik darah bersih maupun darah kotor (dari pembuluh balik). Kekuatan tekanan

7

saat vibrasi akan berpengaruh pada tekanan darah pada setiap pembuluh darah. Darah dalam jantung bergerak dari ruang ke ruang melalui katub-katub jantung. Pada saat berdenyut, setiap ruang jantung mengendur dan terisi darah (disebut Kedua diastol). serambi Selanjutnya mengendur jantung dan berkontraksi dan memompa darah keluar dari ruang jantung (disebut sistol). berkontraksi secara bersamaan, dan kedua bilik juga mengendur dan berkontraksi secara bersamaan. Darah mengalir dari jantung ke dalam aorta dan dari situ darah akan masuk ke arteri-arteri. Dari arteri utama ini bercabang lagi ke arteri kecil (arteriole), yang bercabang lagi menjadi sejumlah pembuluh kapiler yang amat kecil. Darah kembali ke jantung melalui vena. 2. Kondisi dan posisi pembuluh darah Dalam tubuh manusia terdapat macam-macam pembuluh dan masing-masing mempunyai ukuran yang berbeda. Besar kecilnya ukuran pembuluh akan berpengaruh pada kecepatan aliran darah pada setiap pembuluh. Jauh dekatnya posisi pembuluh dari jantung juga akan mempengaruhi tekanan darah pada pembuluh. Sistem aliran darah pada pembuluh mengikuti aturan dari hukum Bernoulli dan Poiseuille. Bahwa aliran darah dalam tubuh akan dipengaruhi oleh faktor tekanan, kekuatan aliran dan tahanan yang berlaku dalam susunan pembuluh darah. Selain itu tekanan darah dalam tubuh juga dipengaruhi oleh vaktor posisi dari tubuh/pembuluh. Pembuluh darah yang berada di kaki akan mempunyai tekanan yang lebih besar dari pada tekanan darah di bagian kepala. Darah merupakan bagian dari zat cair, dan setiap zat cair akan tunduk pada hukum hidrostatis yang menyatakan bahwa tekanan zat cair

8

dipengaruhi oleh faktor ketinggian dan percepatan grafitasi bumi. P = . g. h 3. Kandungan darah Darah merupakan cairan jaringan tubuh. Darah manusia berwarna merah, antara merah terang apabila kaya oksigen sampai merah tua apabila kekurangan oksigen. Warna merah pada darah disebabkan oleh hemoglobin, protein pernapasan (respiratory protein) yang mengandung besi dalam bentuk heme, yang merupakan tempat terikatnya molekul-molekul oksigen. Jumlah darah orang dewasa 4,5 liter. Dalam 1 kali kontraksi jantung terpompa 80 ml darah permenit beredar 1 siklus dalam tubuh. Dalam sirkulasi darah terdapat 80% sirkulasi sistemik (20% di arteri, 10% di kapiler, dan 70% di vena), dan 20% sirkulasi paru-paru (7% di kapiler paru-paru, 93% di arteri dan vena paru-paru).

a. Mengukur tekanan darah

9

Gam bar alat pengukur tekanan darah Prinsip kerja alat pengukur tekanan darah sama dengan UTube Manometer (gambar di samping). Manometer adalah alat pengukur tekanan yang menggunakan tinggi kolom (tabung) yang berisi liquid statik untuk menentukan tekanan. Manset dipasang mengikat mengelilingi lengan dan kemudian ditekan dengan tekanan di atas tekanan arteri lengan (brachial) dan kemudian secara perlahan tekanannya diturunkan. Pembacaan tinggi mercuri dalam kolom (tabung manometer) menunjukkan peak pressure (systolic) dan lowest pressure (diastolic). b. Aliran zat cair melalui pembuluh darah Menurut hukum Poiseuille : cairan yang melalui suatu pipa kecepatannya berbanding lurus dengan penurunan tekanan dan pangkat empat jari-jari. V = r4(P1-P2)8L

10

Tubuh mengendalikan aliran darah dengan pita-pita kecil otot yang mengelilingi arteri. Pengerutan otot ini memperkecil diameter arteri dan, karena r4 pada persamaan di atas, laju aliran berkurang cukup besar karena perrubahan radius yang kecil saja. Aksi yang sangat kecil oleh otot-otot ini dapat mengendalikan dengan tepat laju darah ke bagian tubuh yang berbeda. Aspek lainnya adalah bahwa radius arteri diperkecil sebagai akibat dari arteriosclerosis (pengerasan arteri) dan tertumpuknya kolesterol, jika ini terjadi, gradient tekanan harus ditambah untuk mempertahankan laju aliran yang sama. Jika radius diperkecil setengah, jantung harus menambah tekanan dengan faktor sebesar 24 = 16 untuk mempertahankan laju aliran darah yang sama. Janutng harus bekerja jauh lebih keras pada kondisi ini tetapi biasanya tidak dapat mempertahankan laju aliran seperti awalnya. Dengan demikian, tekanan darah tinggi merupakan indikasi bahwa jantung bekerja lebih keras dan laju aliran darah diperkecil. Panjang pendeknya pembuluh mempengaruhi kecepatan aliran darah. Semua ini sesuai dengan hukum-hukum dalam fluida. Makin panjang pembuluh dengan diameter sama, darah akan mendapat tahanan semakin besar, maka debit darah akan lebih besar pada pembuluh yang pendek. Kecepatan aliran darah akan makin cepat pada diameter yang pembuluhnya makin kecil yang berlaku

11

Efek kekentalan Semakin kental zat cair semakin besar tahanan terhadap dinding pembuluh, sehingga dapat ditentukan konsentrasi sel darah merahnya.

Catatan : Pada darah normal kekentalan 3,5 kekentalan air.

a. Osmosis Osmosis adalah kasus khusus dari transpor pasif, dimana molekul air berdifusi melewati membran yang bersifat selektif permeabel. Dalam sistem osmosis, dikenal larutan hipertonik (larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut tinggi), larutan hipotonik (larutan dengan konsentrasi terlarut rendah), dan larutan isotonik (dua larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut sama). Jika terdapat dua larutan yang tidak sama konsentrasinya, maka molekul air melewati membran sampai kedua larutan seimbang. Dalam proses osmosis, pada larutan hipertonik, sebagian besar molekul air terikat (tertarik) ke molekul gula (terlarut), sehingga hanya sedikit molekul air yang bebas dan bisa melewati membran. Sedangkan pada larutan hipotonik, memiliki lebih banyak molekul air yang bebas (tidak terikat oleh molekul terlarut), sehingga lebih banyak molekul air yang melewati membran. Oleh sebab itu, dalam osmosis aliran netto molekul air adalah dari larutan hipotonik ke hipertonik.

12

Proses berbeda.

osmosis Sel yang

juga

terjadi

pada

sel

hidup

di

alam. maka

Perubahan bentuk sel terjadi jika terdapat pada larutan yang terletak pada larutan isotonik, volumenya akan konstan. Dalam hal ini, sel akan mendapat dan kehilangan air yang sama. Banyak hewan-hewan laut, seperti bintang laut (Echinodermata) dan kepiting (Arthropoda) cairan selnya bersifat isotonik dengan lingkungannya. Jika sel terdapat pada sel larutan hewan), yang atau hipotonik, maka sel tersebut sel akan mendapatkan banyak air, sehingga bisa menyebabkan lisis (pada turgiditas tinggi (pada tumbuhan). Sebaliknya, jika sel berada pada larutan hipertonik, maka sel banyak kehilangan molekul air, sehingga sel menjadi kecil dan dapat menyebabkan kematian. Pada hewan, untuk bisa bertahan dalam lingkungan yang hipo- atau hipertonik, maka diperlukan pengaturan keseimbangan air, yaitu dalam proses osmoregulasi. Keadaan tegang yang timbul antara dinding sel dengan dinding isi sel karena menyerap air disebut turgor, sedang tekanan yang ditimbulkan disebut tekanan turgor. Untuk sel tumbuhan bersifat selektif semipermiabel. Setiap sel hidup merupakan sistem osmotik. Jika sel ditempatkan dalam larutan yang lebih pekat (hipertonik) terhadap cairan sel, air dalam sel

13

akan terhisap keluar sehingga menyebabkan sel mengkerut. Peristiwa ini disebut plasmolisis.

b. Laju urin Jika kita meminum air, maka kita akan merasa ingin pipis setengah jamnya kemudian. Itulah fungsi dari ginjal, untuk menjaga jumlah air dalam tubuh dan membersihkan darah. Tubuh manusia terdiri dari 70% air dan ginjal adalah pengontrol fluida dalam tubuh. Ginjal menyaring, membersihkan dan menjaga volume air agar dapat memberikan tekanan darah yang sehat. Air yang kamu minun merupakan salah satu proses dalam ginjal yang kemudian akan dikeluarkan berupa urine. Mulut Kita mendapatkan cairan tubuh dari minuman dan makanan. Kita minum ketika kita merasa haus. Kita merasa haus ketika bagian dalam otak kita sense haus merasakan kadar fluida dalam tubuh kita rendah. Rasa haus itu memerintahkan kita minum untuk meningkatkan kadar cairan tubuh kita dan menjaga agar tekanan darah kita normal Sistem susunan pencernaan Air diserap ke dalam pembuluh darah melalui usus kecil dan usus besar. Darah dan tekanan darah Air diserap dari sistem pencenaan yang diambil dari sekitar pembuluh darah dan digunakan untuk meningkatkan cairan tubuh. Hanya sekitar 7% cairan yang berada dalam darah. Hal ini terjadi pada jaringan tubuh, pada sel-sel dan pada ruang antar sel-sel. Jika kita tidak mendapatkan cairan yang cukup,

14

sel-sel menjadi kering dan tekanan darah menurun. Kondisi ini yang kita tahu sebagai dehidrasi. Ginjal Ginjal kamu membentuk urin dari tempat penyaringan darah yang kita sebut glomerolus. Semua sel-sel darah dan molekulmolekul berukuran besar berada dalam darah dan hanya cairan yang tidak digunakan lagi dan molekul-molekul kecil yang disaring langsung masuk ke tempat tubulus. karena kita tidak ingin kehilangan semua molekul kecil, beberapa mineral dan garam diserap kembali dan di angkut langsung oleh darah masuk ke system ekskresi. Ureter dan kandung kemih Urine yang dihasilkan ginjal, dikumpulkan untuk masuk ke tempat penyaluran terakhir pada ginjal (renal pelvis) lalu menuju kandung kemih melalui ureter. Urine disimpan di kandung kemih sampai kita ingin membuangnya. Dinding kandung kemih tersusun dari otot, jadi ketika kita ingin membuangnya, kandung kemih berkontraksi dan mendorong urine keluar melalui uretra. Sebagian besar dari kita dapat menampung sekitar 450ml urine dalam kandung kemih kita sebelum kita ingin membuangnya. Urine

15

SOAL FLUIDA1. Seorang penari ballet dengan berat 110 lb berdiri pada satu ujung

kakinya. Berapa tekanan dari lantai di bawah jari kakinya jika luas jari kakinya adalah 3,5 in2?2. Tepi pahatan mempunyai luas 0,12 in2. Ketika dihentikan oleh

sebuah martil, pahatan menggunakan gaya momen sebesar 20 lb pada batu. Berapa tekanan yang diberikan dari pahatan tersebut?3. Sebuah ledakan membuat peningkatan tekanan di sekeliling udara

(kelebihan tekanan). Hitunglah gaya total yang dikerahakan pada dinding bangunan setinggi 20 ft dan lebar 30 ft oleh sebuah tekanan 0,4 lb/in2!4. Tekanan darah sistol seorang pasien adalah 220 mmHg. Ubahlah

tekanan ini ke (a) N/m2, (b) lb/in2, (c) cmHg.5. Tekanan udara dikirim ke pasien oleh respirator sebesar 20 cm H2O.

Ubah tekanan ini ke dalam (a) N/m2, (b) lb/in2, (c) mmHg.

16

6. Diameter dari piston besar dan kecil dalam sebuah pengangkat hidrolik berturut-turut adalah 6,0 dan 1,5 in. (a) berapa gaya yang harus digunakan piston yang lebih kecil untuk mengangkat mobil dengan gaya 2000 lb dari piston yang lebih besar? (b) jika piston kecil ditekan 5 in., berapa banyak piston besar terangkat? (c) berapa gaya angkat rata-rata?7. Sebuah gaya sebesar 4 N dikerahkan untuk menyedot pada sebuah

alat penyemprot injeksi yang mempunyai luas sampel 2,5 cm2. (a) berapa tekanan fluida dalam penyemprot? (b) fluida melewati sebuah jarum suntik dengan luas 0,008 cm2. Berapa gaya yang harus dikerahkan jarum yang berhenti untuk mencegah fluida keluar? (c) berapa Fmin yang harus dikerahkan penyemprot untuk menyuntikkan fluida kedalam urat darah dengan tekanan darah 12 mm Hg?8. Jantung memompa darah ke dalam aorta dengan tekanan rata-rata

100 mm Hg. Jika luas permukaan aorta adalah 3 cm2, berapa gaya rata-rata yang harus digunakan oleh jantung untuk memasukkan darah ke aorta? 9. Berapakah massa dari 200 ml trichloromethane ? 10.Hitunglah massa dari udara dalam ruangan dengan lebar 6 m, panjang 10 m, dan tinggi 4 m. 11.(a) Hitunglah massa aluminium silinder dengan panjang 10 cm dan berdiameter 4 cm. (b) massa silinder tungsten dengan bentuk dan ukuran yang sama 1758 gram. 12. In. H2O. Satuan tekanan ini biasanya digunakan pada terapi respirasi, tekanan digunakan 1 in. Maka konversikan satuan a) Centimeter dari air (cmH2O) b) Millimeter of mercury (mmHg) 1. In. Hg adalah sebuah satuan tekanan yang kadang digunakan dalam meteorology. Ubah dari in. Hg ke (a) mm Hg, (b) atm.2. Sebuah tanggul mengalami kebocoran di bagian bawah permukaan

4 meter. Jika luas lubang tersebut 1,5 cm2 , maka gaya yang diberikan oleh pekerja agar air tidak kelur terus menerus ?

17

3. (a) plasma mengalir dari sebuah kantung melalui sebuah pembuluh ke dalam urat darah seorang pasien. Ketika kantung berada 1,5 m di atas lengan pasien, berapa tekanan plasma saat masuuk ke dalam urat darah? (b) jika tekanan darah dalam urat adalah 12 mm Hg, berapa ketinggian minimum kantung agar plasma dapat mengalir ke dalam urat halus? (c) asumsi bahwa seorang astronot membutuhkan transfusi di bulan. Berapa ketinggian minimum seharusnya dari kantung pada kasus ini? 4. Dalam sebuah eksperimen untuk mendemonstrasikan adanya tekanan darah, darah dari arteri seekor kuda dapat mengalir ke dasar pembuluh vertikal. Berapa ketinggian darah agar dapat naik ke pembuluh? Asumsi bahwa tekanan darah kuda adalah 80 mm Hg dan bahwa massa jenis darah kuda sama dengan manusia.5. Beberapa orang mengalami kesusahan mendengar saat masuk ke

dalam elevator dikarenakan perbedaan tekanan. Jika tekanan di belakang gendang telinga tidak berubah selamam penaikan, maka berkurangnya tekanan di luar disebabkan gaya luar gendang telinga. (a) berapa perubahan tekanan udara saat masuk 100 m dalam elevator? (b) berapakah gaya luar gendang telinga dengan luas 0,6 cm2?6. Sekitar tahun 1646 Pascal mempersembahkan sebuah eksperimen

yang diutunjukkan dalam gambar 7.28. Sebuah pipa panjang dengan luas A = 3 10-5 m2, dihubungkan ke sebuah tong anggur yang mempunyai penutup dengan luas A = 0,12 m2. Tong tersebut pertama-tama dipenuhi dengan air kemudian air ditambahkan ke pipa sampai tong penuh. Ini terjadi ketika kolom air setinggi 12 m. Berapakah (a) berat air dalam pipa, (b) tekanan air pada tutup tong, (c) gaya yang digunakan penutup tersebut?7. Dengan kekuatan inspiratory effort dengan mengisap kuat, tekanan

terukur dalam paru-paru dapat dikurangi sampai 80 mm Hg. (a) berapa ketinggian tertinggi sehingga air dapat dihisap jerami? (b)

18

massa jenis gin adalah 920 kg/m3. Berapakah ketinggian tertinggi sehingga gin dapat dihisap jerami?8. Sebuah manometer Hg dihubungkan pada pembuluh seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 7.29. (a) berapakah tekanan terukur dalam pembuluh? (b) berapakah tekanan mutlak dalam pembuluh, dengan asumsi tekanan armosfir adalah 1,01105 N/m2? (c) jika tekanan mutlak dalam pembuluh dua kali lebih banyak, berapakah tekanan terukur?9. Sebuah manometer Hg dihubungkan ke pembuluh seperti

ditunjukkan pada gambar 7.30. (a) jika tinggi dA pada kolom kiri adalah 0,22 m, berapakah tinggi dB pada kolom kanan ketika tekanan terukur di dalam pembuluh sebesar 0,16 105 N/m2? (b) berapakah ketinggian dA dan dB ketika tekanan terukur adalah 0,32 105 N/m2?10. Sebuah silinder mempunyai luas A = 4x10-4 m2 dihubungkan dengan

pipa ke satu bagian manometer mercury. Berapa perbedaan ketinggian kedua kolom ketika suatu benda bermassa 3 kg ditempatkan di atas piston silinder? 11.Berapakah tinggi seharusnya sebuah barometer dipenuhi dengan gliserin? 12.As 13.Dik : r = 0,3m=0,1 atm=1,01104Nm2

A = 0,09 m2 14.Ag15. Pada gelembung udara panas berkisar (300C) di atas permukaan

tanah, kenaikan pada udara dingin (100C) di atas permukaan tanah . (a) jika volume gelembung 8 m3 berapakah gaya totalnya? (b) berapakah percepatan gelembung dengan mengabaikan tekanan udara.

19

16.Mengapa balok kayu dipercepat ke atas, ketika dilepas dari dasar danau? 17.2 kg balok aluminium dicelupkan di dalam air dengan tali yang diikatkan pada skala (pegas) (gambar 7.3), berapakah skala yang terbaca? 18.Berat W dari gambar 7.33! skala yang terbaca W. Perhatikan rapat massa pada objek yang dicelupkan sebesar=WW-W'w

Berapakah massa jenis w air?19. Diketehui kecepatan vm melewati bagian kapiler sebesar 0,066 cms.

Dengan panjang L=0,1 cm, dan r = 2104 cm. a) Berapakah aliran fluida Q yang melewati kapiler ?b) Perkirakan jumlah total kapiler pada tubuh dengan fakta yang

ada dengan aliran yang melewati aourta 83 cm3s . 32. a) Hitunglah resistansi dari kapiler yang digambarkan pada soal 31. b) Hitunglah resistansi radius kapiler 2,510-4 cm. 33. a. Berapakah resistansi air dalam gelas kapiler dengan panjang L = 20 cm dan r = 0,06 cm?a b. berapakah perbedaan selisih tekanan dengan 15cmH2O ? c. berapakah selisih tekanan yang diberikan aliran fluida Q = 0,5cm3s ?

34.a) berapakah resistansi air hypodermic panjang L= 8 cm, dalam r = 0,04 cm ? b) sebuah selang yang digunakan untuk menyiram seluas 3,5 cm2. Berapakah gaya yang digunakan pada aliran air tersebut dengan Q = 2 cm3s ? asumsi tekanan 9 mmHg.

20

JAWABAN FLUIDA 1. Dik : gaya penari balet pada saat berdiri dengan satu kaki = 110 lb Akaki = 3,5 in.2 Dit : P = ....? Jawab : P = FA=110 lb3,5 in.2=31,4 lbin.2 2. Dik : Apahatan = 0,12 in.2 Dipukul dengan sebuah martil dengan F = 20 lb Dit : P = .....? Jawab : P = FA=20 lb0,12 in.2=166,6 lbin.2 3. Dik : terjadi ledakan hbangunan = 20 ft Lebar bangunan : 30 ft P = 0,4 lb/in.2 Dit : F yang dikerjakan bangunan = .....? Jawab : P = FA ,F=PA=0,4 lb/in.2600ft2

= 57,6 lb/ft2 x 600 ft2 = 34560 lb 4. Dik : P = 220 mmHg Dit : ubah ke (a) N/m221

(b) Lb/in.2 (c) Cm H2O

Jawab :(a) P = 220 mm Hg = 1,65 N/m2 (b) P = 220 mm Hg = 4,246 lb/in.2 (c) P = 220 mm Hg = 299,2 cm H2O pada 40C 1. Dik : tekanan udara pada saat terjadi respirasi = 20 cm H2O

Dit : ubah tekanan tersebut ke : (a) N/m2 (b) lb/in.2 (c) mm Hg jawab :(a) P = 20 cm H2O = 20 cm H2O x 98,1 N/m2 =1.962 N/m2 (b) P = 20 cm H2O = 20 cm H2O x 1,42x10-2 lb/in.2 = 0,284

lb/in2 (c) P = 20 cm H2O = 20 cm H2O x 0,736 mm Hg = 14,72 mm Hg 1. Dik : sebuah piston dengan A1 = 36 in.2 A2 = 2,25 in.2 Dit : (a) F2 = ....? jika F1 = 2000 lb (b)Piston kecil ditekan sejauh 5 in., berapakah kenaikan piston besar? Jawab : (a) F1A1=F2A2, F2=A2A1F1=2,25362000 lb=125 lb (b) 1. Dik : alat penyedot F = 4N A = 2,5 cm2 = 2,5x10-4 m2 Dit : (a) Pfluida dalam alat penyemprot =....? (b) Ffluida yang melewati jarum suntik = ...? dengan A = 0,008 cm2 (c) Fmin =.....? jika Pdarah = 12 mmHg Jawab : (a) Pfluida = FA=4 N2,510-4m2=1,6104N/m2 (b) A = 0,008 cm2 = 8x10-7 m222

F=PA=1,6104Nm28m2=0,0128N (c) Fmin = Pdarah x Aplunger

= 1596 N/m2 X 2,5x10-4m2 = 0,4 N 1. Dik : jantung memompa darah menuju aorta dengan P = 100 mm Hg = 13300 N/m2 Aaorta = 3 cm2 = 3x10-4 m2 Dit : F = .......? Jawab :F=PA

= 13300 N/m2 x 3x10-4 m2 = 3,99 N 2. Berapakah massa dari 200 ml trichloromethane ? Jawab Dengan : 200 ml = 2102103=210-1 L210-1 L 103cm3=200 cm3 =mv 1,483 gramcm3 =m200 ml m=200 cm3 1,483 gramcm3 =296,6 gram =297 gram

10.Dik : sebuah ruang dengan lebar 6 m, panjang 10 m, dan tinggi 3 m Dit : mudara = .....? jawab : udara = 1,30 kg/m3 Vruangan = (6 x 10 x 3) m3 = 180 m3 Jadi,=mV m = V=1,30 kg/m3 x 180 m3 = 234 kg

11. (a) Hitunglah massa aluminium silinder dengan panjang 10 cm dan berdiameter 4 cm. (b) massa silinder tungsten dengan bentuk dan ukuran yang sama 1758 gram.23

Jawaba) volume=r3L =3,142cm(10cm =125,6 cm3 Dengan : =2,7 gramcm3 = mv m=v =2,7gramcm3125,6 cm3 =339,12 gram b) mt=1758 gram , vt=vsilinder vt =121,6 cm3

Maka=mtvt=1758 gram125,6 cm3=13,9gramcm3 10. In. H2O. Satuan tekanan ini biasanya digunakan pada terapi respirasi,

tekanan digunakan 1 in. Maka konversikan satuan a) Centimeter dari air (cmH2O) b) Millimeter of mercury (mmHg) Jawab : a) Tekanan dalam cmH2Op=1lbin2=70,3 cmH2O

b) Tekanan dalam mmHgp=1lbin2=51,7 mmHg

10.Dik : satuan tekanan in. Hg Dit : ubah ke dalam : (a) mm Hg (b)atm jawab : (a) 1 in. Hg = 25,4 mm Hg (b)1 in. Hg = 0,0333 atm10. Sebuah tanggul mengalami kebocoran di bagian bawah permukaan 4

meter. Jika luas lubang tersebut 1,5 cm2 , maka gaya yang diberikan oleh pekerja agar air tidak kelur terus menerus ? Jawab

24

F=1,510-2 m28,9 ms2 =0,1335 N

11.a. dik : plasma mengalir dari sebuah kantung ke urat nadi pasien melalui pembuluh darah. hkantung = 1,5 m Dit : P = .....? Jawab : plasma = 1030 kg/m3 P =gh = 1030 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,5 m = 15141 N/m2 = 113,8 mm Hg b. dik : Pdarah = 12 mm Hg = 1596 N/m2 dit : hmin kantung= .......? jawab : P =ghh=Pg=1596 N/m21030 kg/m3 x 9,8 m/s2 =0,158 m

c. dik : seorang sstronot membutuhkan transfusi di bulan. gbulan = 1,63 m/s2 dit : hmin kantung = ........? jawab :h=Pg=1596 N/m21030 kg/m3 x 1,63 m/s2 =0,95 m 12. Dik : sebuah eksperimen untuk menunjukkan adanya tekanan darah,

digunakan aliran darah dari arteri seekor kuda. Asumsi bahwa tekanan daraha kuda adalah 80 mm Hg = 10640 N/m2 dan massa jenisnya sama dengan manusia. Dit : hdarah yang naik ke pembuluh darah Jawab :h=Pg=10640 N/m21030 kg/m3 x 9,8 m/s2 =1,054 m

13.Dik : terjadi kesukaran pendengaran dalam lift karena adanya perbedaan tekanan dengan tekanan di luar lift. Dit : (a) Perubahan tekanan udara (P) pada h = 100 m (b) Fgendang telinga = ....? Jawab : (a) PA PB = gh udara dihitung dari permukaan laut = 1,2 kg/m3 PA PB = gh = 1,2 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 100 m25

= 1176 N/m2 (b) A = 0,6 cm2 = 0,6x10-4 m2 F =P x A = 1176 N/m2 x 0,6x10-4 m2 = 0,07 N10. Dik : sebuah pipa panjang A = 3x10-5 m2 dihubungkan dengan sebuah

tong anggur dengan luas permukaan A = 0,12 m2. hkolom = 12 m. Dit : (a) Berat air dalam pipa, (b)Tekanan air pada penutup tong , (c) Ftotal pada penutup tong. Jawab : (a) Berat air dalam pipa w = Agh = 1000 kg/m3 x 3x10-5 m2 x 9,8 m/s2 x 12 m = 3,53 N (b) Ptutup tong = gh = 1000 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 12 m = 1,18x105 N/m2 (c) Ftotal = P x A = 1,18x105 N/m2 x 0,12 m2 = 1,4x104 N10. Dik : P = 80 mm Hg = 10640 N/m2

Dit :(a) hmax yang dapat diserap oleh jerami =.......? (b) gin = 920 kg/m3. hmax agar gin dapat diserap jerami

= ........? jawab :(a) h=Pg=10640 N/m21000 kg/m3 x 9,8 m/s2 =1,08 m (b) gin = 920 kg/m3 h=Pging=10640 N/m2920 kg/m3 x 9,8 m/s2 =1,18 m

10.Dik : sebuah manometer mercury dihubungkan dengan pembuluhmercury=13600 kg/m3

Dari gambar diketahui bahwa h = (0,35-0,10)m = 0,25 m Dit :(a) P=? (b) P = ......? jika Po = 1,01x105 N/m2 (c) Jika P dua kali lebih besar, maka P=?

Jawab :(a) P=gh=13600kgm39,8ms20,25m=3,3104N/m2 26

(b) Po = 1,01x105 N/m2 P=P-P0 P=P+P0=3,3104N/m2+1,01105 N/m2=1,34105N/m2 (c) Jika P dua kali lebih besar, maka P = 2 x 1,34105N/m2 = 2,68105N/m2 P=P-P0=2,68105N/m2-1,01x105 N/m2=1,67105N/m2

10.Dik : Sebuah merkuri manometer mempunyaiP=0,16105Nm3 hA=0,22 m Hg=13.600Kgm3

Dit :(a) dB= .......? jika dA=0,22 m (b) dA dan dB =......?

Jawab(a) P=gh 0,16105Nm2=13600kgm39,8ms2h h=0,12 m

maka : dB=h+dA=0,22 m+0,12 m=0,34 m(b) P=0,32105Nm2 h=Pg=0,32105Nm213600kgm39,8ms2=0,24 m h=dB-dA , dengan dB=1,5dA h=15dA-dA dA=0,24m0,5m=0,48 m dB=h+dA=0,24 m+0,48 m=0,72m

10. Dik : luas silinder A = 410-4m2dihubungkan dengan pipa kesatu bagian

manometer. Dit : ketinggian kedua kolom h = .....? JawabF=mg=3 kg9,8ms2=29,4N mg=Ah h=mA=3kg13600kgm3(4104m2)=0,55 m 27

11. Dik : P=1 atm=1,01105Nm2 gly=1.260 kgm3

Dit : h =........? JawabP=gh h=PA=1,01105Nm21.260kgm3(9,8ms2)=8,17 m

12.AG 13.Dik : r = 0,3 mP=0,1 atm=1,01104Nm2 A=0,32=0,09 m

Dit : F =.....?

JawabF=PA=1,01104Nm20,09 m=909 N

14.Bl15. Dik : udara panas berkisar (30o) dan udara dingin (10o) di atas

permukaan tanah Dengan m = 0,8 m3, g = 9,8 ms2 Dit :(a) Ftot = .....?

(b) a = ......? jawab(a) F=mg =8m39,8ms2 =78,4 N (b) F=mg a=Fm=78,4 N8 m3=9,8ms2

10.Mengapa balok kayu dipercepat keatas ketika dilepas dari dasar danau ? Jawab28

Pada kasus ini berlaku hukum archimedes. Karena kayu dapat terapung pada fluida jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis fluida atau danau. 11.2 kg balok aluminium dicelupkan kedalam air dengan tali yang di ikatkan pada skala (gambar 7.3). berapakah skala yang terbaca ? JawabFT'=W=mg=2kg9,8ms2=19,6 N 12. Berat w dari gambar 7.33 skala yang terbaca w. Perhatikan rapat massa pada objek yang dicelupkan sebesar =ww-w'w Berapakah massa jenis w air ?

Jawabw=w-w'w 13. Kecepatan vm melewati bagian kapiler sebesar 0,066 cms. Dengan panjang L =0,1 cm, r = 210-4cm.

(a). Berapakah aliran fluida Q melewati kapiler. (b). Perkirkan jumlah total kapiler pada tubuh dengan fakta yang ada aliran fluida melewati aorta 83 cm3s. Jawab (a). Q=12r2vm=12210-4cm(0,066cms) =4,1410-9cm3s

(b). Dari data yang telah diketahui jumlah total kapiler pada tubuh adalah 21010 14.(a). Hitunglah resistansi dari kapiler pada soal 31. (b). Hitunglah resistansi radius kapiler 2,510-4cm Jawab(a) R=8rLr4=8210-4(0,1)0,14=0,50 NScm5 (b) R=8rLr4=8( 2,510-4)210-4(2,510-4)4=32,6NScm5

10.(a). Berapakah resistansi air dalam gelas kapiler yang panjang L = 20 cm dan r = 0,06 cm? (b). Berapakah perbedaan selisih tekanan yang diberikan aliran fluida sebesar 15 cmHg? (c). Berapakah selisi tekanan yang diberikan a;iran fluida Q = 0,5 cm3s ? Jawab29

(a) R=8rLr4=80.0610-2(2010-2)(0,06109)4=2,35109NScm5 (b) P = 15 cmHg = 1995 Nm2 (c) R=P1-P2Q P1-P2=RQ P1-P2=2,35109NScm50,5 cm3s=1,17109Nm2

10.(a) berapakah resistansi air hydroponic dengan panjang L = 8 cm , r = 0,04 cm. (b). sebuah selang yang digunakan untuk menyiram seluas 3,5 cm2. Berapakah gaya yang digunakan pada aliran air tersebut dengan Q = 2cm3s . asumsi tekanan 9 mmHg. Jawab(a) R=8rLr4=80,04cm(8cm)(0,04cm)4=3,1105NScm5 (b) F=PA P = 9mmHg = 1,1103Nm2 =(1,1103Nm2)0,032 m2 =35,2 N

BAB 8 GAS 8.1 Densitas partikel Massa dari atom tunggal atau molekul biasanya diberikan dalam massa unit atom (u). unit ini di definisikan dalam bentuk normal atom carbon12

C, yang memiliki massa 12.00000 u. Massa absolute dari atom C-

12 ditemukan secara eksperimen mC-12 = 19.92637 x 10-27 kg. Konversi dari massa atom unit ke kilogram adalah 1 u = 19.9263 x 10-27kg12

30

= 1.660531 x 10-27 = 1.660531 x 10-24 g Untuk banyak tujuan, pengukuran besaran dari substansi

menggunakan mole. Mole adalah nomor standar molekul yang sama dengan N atom dalam 12 gram karbon. Jadi massa dari N atom karbon adalah NmC = 12 g = 12 gmc=12 g19.9x10-24g N = 6.02 x 1023 Ini disebut bilangan Avogadro. Satu mole setiap substansi adalah besaran dari N molekul dari substansi tersebut. Jika massa dari molekul tunggal di tulis m = Mu = (1.66 x 10-24 M) g lalu massa satu mol molekul ini adalah M = Nm = (6.02x1023)(1.66x10-24)(M) g M = Mg Karena M adalah massa (dalam gram) dari satu mol subtansi, n mol substansi memiliki massa nM (dalam gram). Jika substansi menempti voume V ( daam sentimeter kubik, densitas ( dalam gram per sentimeter kubik) adalah

Densitas partikel didefinisikan sebagai banyaknya molekul per unit volume. Karena n mol berisi nN molekul, densitas partikel dari n mol substansi dalam volume V adalah31

=nNV

Volume harus dalam sentimeter kubik. Karena gas memuai untuk mengisi wadah yang menampungnya, densitas akan berubah bervariasi tergantung ukuran wadahnya. Ketika densitas partikel sangat kecil (kurang dari 1020 molekul/cm3), tiap molekul gas berjarak sangat jauh dan mereka jarang untuk bertumbukan satu sama lain. Hal ini merupakan karakteristik dari gas ideal.

8.2 Temperatur Meskipun setiap orang memiliki pemikiran kasar bahwa temperature adalah pengukuran relative panas atau dinginnya suatu substans, hal ini membawa kita sangat jauh dari maksud fisis dari pana dan dingin. Dari poin yang terlihat dari operasional, temperature adalah apa yang diukur oleh thermometer. Thermometer laboratorium normal terdiri dari tabung kaca dengan pentolan di salah satu ujungnya. Pentolan tersebut di isi oleh suatu liquid (biasanya raksa) dan tabung kacanya dibuat hampa. Temperature dari es didefinisikian 00 dalam skala celcius. Jadi untuk mengkalibrasi thermometer, pertama yang dilakukan adalah memasukan thermometer kedalam es dan menandai daerah yang dicapai liquid diluar kaca. Lalu pindahkan thermometer ke air mendidih yang didefinisikan 1000 dalam skala celcius. Ketia dihangatkan, raksa memuai lebih dari pemuaian tabung kaca, tandai dengan garis kedua daerah ketika raksa berhenti memuai. Lalu daerah diantara 00 sampai 1000 C dibagi menadi 100 interval. Temperatur substansi dapat diukur dengan menyentuhakan substansi suhu 200 C tersebut ke pentolan thermometer bukan bagian atas thermometer. Jika raksa memuai hingga poin 20 berarti substansi memiliki

32

Sayangnya temperature yang diukur begantung pada jenis liquid yang digunakan dalam thermometer. Sebagai contoh, thermometer alcohol dan thermometer raksa, keduanya dikalibrasi dengan cara yang sama namun memberikan sesikit perbedaan dalam pengukuran temperature substansi karena keduanya memiliki tingkat pemuaian yang berbeda. Sehingga diperlukan satu definisi standar temperature. Namun hal ini mempunyai dasar fisis yang kurang. Untuk mendapatkan maksud lebih dari definisi dari temperature, ini memunginan untuk memiliki thermometer yang tidak bergantung dari sifat bahan. Karena setiap gas berprilaku sama pada densitas digunakan (gambar 8.2). Pada thermometer gas standar, gas ideal di tempatkan di dengan pentolan tabung kaca sempit yang te dihubungkan rendah, sebagai thermometer gas ideal standar thermometer

monometer yang berisi raksa. Bagian kiri dari manometer diaga dalam tekanan nol, sehingga perbedaan tinggi dari dua kolom rsa ama dengan tekanan absolute gas ideal. Dua bagian manometer dihubungkan dengan selang fleksibel untuk mengizinkan bagian kiri dinaikan atau ditinggikan relative terhadap bagian kanan. Selama beroperasi bagian kiri digerakan keatas dan kebawah sampai raksa yang berada di sebelah kanan mencapai ujung atas manometer. Pada saat itu volume yang ditempati oleh gas dijaga konstan. Alat ini dikalibrasi dengan pertama-tama mengukur tekanan

absolute pi dalam pentolam ketika pentolan berada dalam es. Ketika pentolan dipindahkan ke dalam air mendidih, tekanan dalam gas meningkat, sehingga raksa terdorong dari tabung sebelah kanan. Dengan meningkatnya merkuri pada tabung bagina kiri, level merkuri dalam

33

tabung sebelah kanan kembali keatas tabung. Setelah ini terjadi, nilai pi dan ps tergantung dari banyak gas yang berada dalam pentolan. Namun, jika densitas partikel sangat kecil rasio ps/pi tidak tergantung oleh besar dan juga tidak dengan komposisi kimia gas. Ini merupakan konstanta universal, yang tidak bergantung pada jenis gas. Pengukuan dari rasio dengan menggunakan gas ideal adalahpspi=1.366

Bagaimanapun, rasio p/pi, dimana p adalah tekanan gas pada setiap suhu, ia juga tidak bergantung pada sifat gas. Sehingga didefinisikan skala temperature fundamental dalam bentuk rasio tersebut yaituT=ppi

Dimana p adalah tekanan dalam pentolan pada temperature ini dan adalah suatu konstanta yang dapat berubah. Konstanta ini dipilih untuk membuatperbedaan antara temperature uap air Ts dan temperature es Ti yang sebenarnya 100 unit temperature atau Kelvins (K). dari definisi tersebut makaTS=pspi=1.3661 Ti=pipi=

Jadi selisihnya adalah Ts Ti = 1.3661 = 0.3661 Dengan mengganti nilai ini menjadi 100 K kita mempunyai Ts Ti = 100K = 0.3661 =100K0.3661=273.15 K

Sehingga tempetarur absolute T pentolan ketika tekanannya p adalahT=273.15K xppi

34

Temperatur adalah dimensi fundamental baru, dan satuannya adalah Kelvin. Temperatur diukur pada absolute atau Kelvin, yang diberi symbol K. sebagai contoh titik es adalah 273.15 K. Karena tekanan dalam pentolan tidak dapat menjadi nol,

temperature dibawah nol Kelvin tidak dapat didefinisikan. Faktannya temperature dibawah temperature absolute tidak ada sehingga poin nol pada skala absolute adalah temperature terdingin yang dapat dicapai. Gas Ideal Gas ideal adalah gas yang jarak antar molekulnya sangat jauh sehingga setiap molekul tersebut jarang bertumbukan satu sama lain. Karena hal tersebut dapat terjadi pada gas ketika massa jenisnya rendah, maka semua gas ideal memiliki massa jenis rendah. Fakta ini digunakan untuk mendefinisikan temperatur absolut dalam bentuk tekanan gas ideal pada volume konstan. Persamaan 8.3 dapat ditulis sebagai berikut

p=8.6

pi T

Persamaan ini mengatakan bahwa pada volume konstan tekanan berbanding lurus dengan temperatur. Ketergantungan temperatur terhadap volume dalam gas ideal dapat diperoleh dari persamaan 8.6 dengan asumsi bahwa pi (tekanan pada suhu 00 sebanding dengan massa jenis gas,

p i = b

8.7 dimana b adalah konstanta yang bergantung pada komposisi kimia gas. Asumsi ini beralasan karena seperti yang akan dijelaskan pada sub bab35

selanjutnya bahwa tekanan gas disebabkan oleh tumbukan setiap molekul dengan dinding wadah tempat gas berada. Ketika massa jenis gas dinaikan 2 kali maka banyaknya molekul yang menumbuk dinding menjadi dua kali, sehingga tekanan gas menjadi dua kali lipat. Massa jenis partikel yang dihubungkan dengan banyak mole n dan volume V gas melalui persamaan 8.3 dan 8.7 dapat ditulispi = bnN V

Ketergantungan p dengan volume gas diperoleh dengan mensubtitusikan persamaan terakhir pada persamaan 8.7, sehingga

p=n

bN T V

8.8 BesaranbN

adalah

konstanta

gas

R

yang

memiliki

dimensi

energi/kelvin. Dan besarnya adalahR= bN = 8.314 J K

sehingga bentuk persamaan 8.8 menjadip= nRT V

atau

8.9

pV = nRT

36

Tekanan adalah tekanan absolut dalam newton per meter kuadrat, Volume dalam meter kubik dan temperature adalah temperature absolut dalam kelvin. Cara terbaik menggunakan persamaan 8.9 adalah membuat salah satu sisi menjadi besaran-besaran yang dapat berubah dan salah satu sisi lainya menjadi besaran besaran yang konstan. Contohnya jika p dan T berubah sedangkan V dan pastinya n dan R konstan maka persamaannya menjadip nR = T V

Hukum Dalton : Tekanan Sebagian Satu mole udara kering berisi 6.02 x 1023 molekul, dimana 78.1% moleul nitrogen, 20.9% oksigen, 0.9% argon, dan 0.03% karbon dioksida. Seperti yang telah kita hitung sebelumnya bahwa terdapat 44.5 mol gas ideal dalam 1 m3 udara dalam keadaan STP, maka terdapat 44.5 x 0.209 = 9.31 mol osigen dalam 1 m3 udara dalam keadaan STP. Molekul oksigen menimbulkan tekanan sebagian Po2 yang sama dengan tekanan pada persamaan 8.9. Tekanan sebagian digunakan ketika tidak terdapat molekul lainnya.p o2 = nRT (9.31 8.31J / K )(273K ) = V 1m 3

= 0.211 x 105 N/m2 = 0.209 atm Dimana 20.9% dari total tekanan 1 atm ditimbulkan oleh udara. Hal ini merupakan contoh dari hukum Dalton tentang tekanan sebagian yang mengatakan bahwa dalam campuran37

gas,

setiap

komponen

gas

menimbulkan tekanan sebagian yang sebanding dengan konsentrasi molekular masing-masing gas. Tekanan total gas campuran sama dengan jumlah tekanan sebagian semua komponen gas. Hukum Dalton ini penting karena efek psikologis setiap komponen gas dalam udara bergantung pada tekanan sebagian dari komponen gas dalam paru-paru bukan oleh tekanan total. Sebagai contoh, jumlah nitrogen yang terlarut dalam darah dan jaringan tubuh sebanding dengan tekanan sebagian nitrogen dalam paru-paru. Tekanan sebagian nitrogen akan menjadi sangat besar ketika penyelam menyelam sangat dalam.

8.3 Teori Kinetik Gas Dari Gas Ideal Tekanan, temperatur, dan energi kinetik. ` Tekanan gas yang ditimbulkan pada dinding wadah adalah sebagai

hasil dari tumbukan molekul gas dengan dinding. Merupakan hal yang mungkin untuk menghitung tekanan ini dalam bentik energi kinetik ratarata dari molekul gas ideal. Perhitungan secara eksak memang sulit, tapi dengan sedikit penyederhanaan asumsi, pendekatan kasar dapat dicapai dimana poin-pin esensial masih digunakan.perhitungan ini jugam memberikan dasar hubungan antara temperatur dengan energi kineti molekul gas ideal. Anggap molekul dengan massa m bergerak dengan kelajuan v menuju ke dinding (gambar 8.2). molekul tersebut tidak terpengaruhi oleh dinding sampai ia cukup dekat denagn dinding untuk berinteraksi dengannya. Untuk penyederhanaan kita asumsikan bahwa dinding tidak mengerakan gaya pada molekul sampai molekul tersebut mencapai titik A dan disalam titik ini dinding mengerjakan gaya konstan F mengarah keluar. Gaya ini meperlambat molekul dan membawanya berhenti di titik B yang berjarak d dari titik A. Molekul lalu dipercepat kembali menuju A

38

oleh F dengan kelajuan yang sama v ketika ia mendekati dinding. Hasilnya adalah molekul tidak bertumbuk tanpa kehilangan energi kinetik. Ketika molekul bergerak dari A ke B, energi kinetik berubah. Di titik A energi kinetiknya adalah KA = mv2 dan dititik B KB = 0. menurut teori usaha dan energi, perubahan energi kinetik ini sama dengan kerj W yang dilakukan oleh F. Karena F berarah berlawanan dengan gerak molekul selama timbukan, W sama dengan Fd dan teorema usaha energi memberikan hubungan W = -Fd = KB KA = 0 - mv2 F =12mv2d Gaya ini juga bekerja pada molekul untuk mempercepatnya kembali dari B ke A. Jadi selama berada diantara A dan B, molekul dikerjakan oleh gaya F . Pada setiap waktu, banyak molekul yang terletak dekat dengan dinding. Banyaknya molekul pada volume A (gambar 8.3) adalah V = Ad. Karena dinding mengerjakan gaya F pada setiap molekul maka gaya totalnya adalah Ftotal = FAd =12mv2dAd = 12mv2A

Dimana tidak bergantung pada d. Dengan hukum 3 Newton, molekulmolekul ini mengerjakan gaya reaksi Rtotal pada dinding yang sama dengan besarnya Ftotal tetapi arahnya berlawanan. Jadi tekanan yang yang diberikan molekul terhadap dinding adalah p = RtotalA=FtotalA = 12mv2

39

p= 8.10

K

Dimana K adalah energi kinetik gari molekul gas. Sebenarnya molekul gas memiliki distribusi lebar energi kinetik, sehingga K haru dimengerti sebagai energi kinetik rata-rata gas. Perhitungan ini mengabaikan fakta bahwa molekul dapat mendekati dinding dari berbagai sudut tidak hanya garis lurus. Ketika faktor ini diperhitungkan, ditemukan hubungan tekanan dengan K adalah P = K 8.11 Pada gas ideal juga berlaku p = nRTV dengan menggabungkan dua persamaan ini untuk p kita mempunyai hubungan antara temperatur dan energi kinetik molekul gas sebagai berikutnRTV=23K K= 32nRTV

8.12 Dengan menggunakan persamaan V = n , kita mempunyaiK=32nRTnN=32RTN K= 32kT

8.13 Dimana k adalah konstanta boltzman yang didefinisikan sebagaik=RN 40

Karena konstanta R adalah konstanta gas dari 1 mol gas dan N adalah banyaknya molekul dalam 1 mole, konstanta Boltzman k adalah konstanta gas permolekul k = 8.314 J/K6.02x1023=1.38 x10-23J/K Konstanta Boltzman menghubungkan temperatur dengan energi kinetik rata-rata.molekul gas ideal. Faktanya temperatur dihitung hanya dengan energi kinetik. Fakta ini merupakan maksud fisis pundamental dari temperatur.

8.4 Gas Nyata Tekanan dan volume dari gas nyata dihubungkan dengan hukum gas ideal hanya ketika densitas partikel sangat kecil. Seperti meningkatnya tekanan, penurunan volume menghasilkan peningkatan densitas. Pada tekanan tinggi hubungan tekanan-volume dari gas nyata menyimpang dari gas ideal. Pada hampir semua gas, penyimpangan ini menjadi sangat dekat ketika densita molekul diatas 1021 partikel/cm3, atau sekitar 1 mol/l. Jadi pada pada tekanan dimana 1 mol gas menempati 1 l, hukum gas ideal tidak berlaku. Diagram p-V

Pada diplot

gambar terhadap

8.6

tekanan

p

volume

yang

ditempati oleh 1 mol gas H2O. Setiap kurva memberikan variasi tekanan suhu41

dan

volume

dengan konstan,

masing-masing

sehingga kuva ini disebut isotermal. Kurva tipis menunjukan kurva gas ideal pada suhu tersebut dan kurva tebal menunjukan kurva hubungan p-V pada gas H2O. Seperti yang diharapkan penyimpangan antara kurva gas ideal dan kurva gas nyata kecil hanya bernilai V kurang dai 1 atau 2 l. Kurva isotermal pada gambar 8.6 adalah tipe kurva gas ideal. Diatas temperatur kritis, isotermal nyata adalah kurva halus yang terletak dibawah kurva isotermal ideal. Ini disebabkan oleh dalam gas nyata, beberapa molekul dicegah untuk menumbuk dinding wadah dengan kehadiarn molekul didekatnya, sehingga tekanan gas nyata kurang dari tekanan oleh gas ideal pada volume dan temperatur yang sama. Dibawah temperatur kritis, kurva isotermal seperti yang ditunjukan oleh gambar pada suhu 3500C yaitu terdiri dari bagian horizontal yang menghubungkan kurva bagian kasar dan halus. Bagian kurva horizontal mengindikasikan bahwa volume yang ditempati oleh gas dapat menurun panta kenaikan tekanan. Ini mungkin karena ketika gas dikompresi, beberapa molekul berkondensasi menjadi liquid. Bagaimanapun, gas dapat dikompresi menjadi liquid hanya jika temperatut dibawah temperature kritis. Tabel 8.3 memberikan temperature kritis beberapa substansi

42

Kurva isotermal pada temperatur kritis, isotermal kritis, adalah horizontal pada satu titik, yaitu titik kritis. Kurva isoterm H2O di sekitar titik kritis di tujukan oleh gambar 8.6. skala gambar ini diperbesar dari gambar 8.4 untuk menunjukan detailnya. Kurva isoterm diatas titik kritis memiliki kekusutan di dekat titik kritis(titik C pada gambar 8.6) tetapi kurva ini tidak pernah horizontal. Kurva isoterm dibawah titik kritis adalah memisahkan 2 bagia kurva denga kurva horizontal.

Pada gambar 8.6 setiap ujung garis horizontal dihubungkan dengan kuva yang disebut kurva saturasi. Kurva ini menyentuh titik kritis sehingga 2 kurva ini membagi diagram pV menjadi empat daerah. Daerah diatas kurva isoterm kritis yaitu daerah gas. substansi Daerah

berupa gas pada semua tekanan dibawah kurva isotermal kritis dan dikanan kurva saturasi, substansi masih berbentuk gas namun dapat menjadi liquid dengan kompresi, daerah ini yaitu daerah uap air. Dibawah kurva isotermal dan sebelah kiri kurva saturasi adalah daerah liquid. Area dibawah kurva saturasi adalah daerah liquid-uap. Tekanan pv dari bagian horizontal dalamkurva isoterm disebut tekanan uap. Ini merupakan tekanan ketika uap dan liquid berdampingan pada suhu yang sama. Tabel 8.2 memberikan tekanan uap H 2O pada berbagai temperatur dari 0 sampai 374.10C. Tekanan uap jelas tidak berada diatas temperatur kritis. Juga di sebutkan volume Vf dan Vg yang ditempati oleh 1 mol H2O pada tekanan pl ketika masing-masing dalam bentuk gas dan liquid.43

8.5 Aplikasi Dalam Biologi a. Pernapasan di Bawah Air Dalam pernapasan normal, diafragma berkontraksi dan volume rongga dada membesar, dan berdasarkan persamaan 8.9 hal ini mengakibatkan tekanan paru-paru rendah. Selama menghirup udara, tekanan ini turun sekitar 3 mmHg dibawah tekanan atmosfer sehingga udara ditarik masuk kedalam paru-paru melawan hambatan fluida dalam saluran pernapasan. Selama menghembuskan napas, diafragma berelaksasi, menurunkan volume rongga dada dan meningkatkan tekanan dalam paru-paru sekitar 3 mmHg diatas tekanan atmosfer. Tekanan ini memberikan gaya kepada udara dalam paru-paru sehingga udara keluar dari paru-paru. Pada normalnya, lalu tekanan udara dalam paru-paru berbeda sedikit paru-paru masing-masing 0.209 dan 0.781 atm. Di bawah air, penyelam dapat bernapas normal pada kedalaman yang besar jika udara dikirimkan padanya pada tekanan yang sama dengan tekanan pa air sekitarnya.pakaian dan peralatan menyelam di design untuk menyediakan udara untuk penyelam pada tekanan ditempat ia menyelam. Peralatan tersebut terdiri dari tangki udara bertekanan tinggi ( melebihi 170 atm) yang dihubungkan dengan masker mulut oleh tabung fleksibel. Regulator diantara tangki dan masker mulut menginginkan udara untuk masuk ke mulut penyelam hanya ketika beberapa mmHg dari tekanan atmosfer, agar tekanan sebagian oksigen dan nitrogen dalam

tekanan di saluran A turun dibawah pa (gambar 8.3). Udara pada paru-paru penyelam normalnya bertekanan sama dengan tekanan lingkungan sekitarnya, tetapi ketika ia menghirup udara, dia menurunkan tekanan paru-parunya dibawah pa. Ketika ia memhembuskan napas, ia meningkatkan tekanan paru-parunya diatas pa.44

Untuk pria yang tinggal dan bekerja pada kedalaman yang tinggi dibawah samudra, ia harus mwnghirup campuran gas khusus. Pada percobaan yang telah dilakukan, pria yang tinggal di kedalaman 200 m selama seminggu, menggunakna 97% helium dan 3% oksigen. Konsentrasi oksigen yang rendah dibutuhkan untuk menghiindari keracunan oksigen yang teradi pada tekanan tinggi. Hanya sekitar 3% konsentrasi oksigen, tekanan sebagian di atas batas normal karena tekanan pada 200 m adalah 21 atm. Sehingga tekanan sebagian dari oksigen po2 = 0.03x21 atm =0.63 atm, dimana masih tiga kali dari tekanan oksigen normal. Pada tekanan diatas 2 atm, oksigen menadai cukup merusak, untuk memprodukasi convulsion dan coma

b. Mekanisme Flatus Flatus merupakan keluarnya gas dalam saluran cerna melalui anus yang bersumber dari udara yang tertelan atau hasil produksi dari bakteri. Namun terjadinya flatus lebih sering diakibatkan oleh produksi dari bakteri di saluran cerna atau usus besar berupa hidrogen dan atau methan pada keadaan banyak mengkonsumsi kandungan gula dan polisakarida. Contoh gula adalah seperti laktosa (gula susu) , sorbitol sebagai pemanis rendah kalori, dan fruktosa pemanis yang biasanya digunakan pada permen dan minuman. Komposisi gas flatus tergantung dari seberapa banyak udara yang kita telan. Makin banyak udara anda telan, makin banyak kadar nitrogen dalam flatus (oksigen dari udara terabsorbsi oleh tubuh sebelum sampai di usus). Adanya bakteria serta reaksi kimia antara asam perut & cairan usus menghasilkan karbon dioksida. Bakteria juga menghasilkan metana & hidrogen. Proporsi masing-masing gas tergantung apa yang anda makan, berapa banyak udara tertelan, jenis bakteria dalam usus, berapa lama kita menahan kentut. Makin lama menahan flatus, makin besar proporsi nitrogen, karena gas-gas lain terabsorbsi oleh darah melalui dinding usus.45

Orang yang makannya tergesa-gesa kadar oksigen dalam flatus lebih banyak karena tubuhnya tidak sempat mengabsorbsi oksigen. Biasanya flatus berbau tidak sedap. Bau tidak sedap ini karena flatus. kandungan hidrogen sulfida & merkaptan. Kedua senyawa ini mengandung sulfur (belerang). Makin banyak kandungan sulfur dalam makanan anda, makin banyak sulfida & merkaptan diproduksi oleh bakteria dalam perut,& makin busuklah faltus anda. Telur & daging punya peranan besar dalam memproduksi bau busuk flatus. Kacang berperanan dalam memproduksi volume flatus, bukan dalam kebusukannya. Bunyi yang ditimbulkan ketika kita flatus adalah karena adanya vibrasi lubang anus saat kentut diproduksi. Kerasnya bunyi tergantung pada kecepatan gas. Meskipun densitas gas flatus ringan, ia tidak melakukan perjalanan ke atas. Hal ini disebabkan oleh adanya gerak peristaltic dalam usus. Gerak peristaltik usus mendorong gas dan isinya ke arah bawah ke arah anus yang memiliki tekanan yang lebih rendah . Gerak peristaltik usus menjadikan ruang menjadi bertekanan, sehingga memaksa isi usus, termasuk gas-nya untuk bergerak ke kawasan yg bertekanan lebih rendah, yaitu sekitar anus. Dalam perjalanan ke arah anus,gelembung-gelembung kecil bergabung jadi gelembung besar.Kalau tidak ada gerak peristaltik, gelembung gasakan menerobos ke atas lagi,tapi tidak terlalu jauh, karena bentuk usus yg rumit & berbelit-belit. Waktu yang dibutuhkan gas flatus untuk melakukan perjalanan ke hidung orang-orang tergantung kondisi udara, seperti kelembapan, suhu, kecepatan & arah angin, berat molekul gas flatus, jarak antara 'transmitter' dengan 'receiver'.Begitu meninggalkan sumbernya, gas flatus menyebar & konsentrasinya berkurang.Kalau flatus tidak dikesan dalam beberapa detik, bererti mengalami pengenceran di udara & hilang ditelan udara selama-lamanya.Kecuali kalau kita flatus di ruang sempit, seperti46

lift, kereta,konsentrasinya lebih banyak, sehingga baunya akan tinggal dalam waktu lama sampai akhirnya diserap dinding. Gas flatus mengandung sedikit oksigen sehingga kita bisa pening jika menghirup banyak gas flatus. Hewan-hewan karnivora seperti kucing dan anjing menghasilkan gas flatus yang lebih tidak sedap karena mereka memakan daging. Daging kaya akan protein.Protein mengandung banyak sulfur, jadi bau flatus binatang ini lebih berbau tidak sedap .Lain dengan herbivor seperti kambing, kuda, gajah, yang memproduksi gas flatus lebih banyak,lebih lama, lebih keras bunyinya, tapi relatif tidak berbau.

47

Soal-soal Gas

1. (a). Berapa massa molecular H2O? (b). Berapa banyak molekul H2O dalam 1 g air? 2. Berapa densitas partikel nitrogen (M=28) ketika STP (0oC dan 1 atm)? Gunakan tabel 7.2. 3. (a)Berapa volume rata-rata yang ditempati oleh molekul tunggal H2O? (b) berapa jarak-rata-rata antar molekul?(lihat problem 1) 4. (a) Berapa volume rata-rata yang ditempati molekul tunggal nitrogen pada keadaan STP?(b) berapa jarak antar molekul nittrogen?lihat problem 2

5. Udara di dalam bola tertutup memiliki tekanan 1 atm pada suhu 20 0C. (a) berapa tekanan dalam bola ketika suhunya 150 0C? (b) Pada suhu berapa tekanan dalam bola 2 atm? (c) pada suhu berapa tekanan didalam bola 0.5 atm?

6.0

Pada skala Fahrenheit, titik beku adalah 32 0F, dan titik didihnua 212 F. (a) Berapa derajat Fahrenheit yang sama dengan 1 derajat Celcius? (b) Tunjukan behwa konversi dari skala Fahrenheit ke skala Celcius di berikan oleh )

5 t c = (t f 320 9Dan konversi dari skala Celcius ke skala Fahrenheit diberikan oleh48

tF =

9 (t C + 320 ) 5

(c) Plot tF terhadap tC). pada suhu berapa tF = tC?(d) Berapa nilai nol mutlak dalam skala Fahrenheit?

7. Gas menempati volume 22 L ketika tekan gaugenya 1,5 atm. (a) Brapa tekanan absolute gas tersebut? (b) Gas ditekan sampai menempati volume 10 L pada temperature yang sama. Berapa tekanan absolute gas yang baru? (c) Berapa tekanan gauge gas yang baru?

8. Gelembung udara yang memiliki volume 15 cm3 terbentukpada dasar sebuah danau 12 m dibawah permukaan. Berapa volume gelembung udara ketika ia mencapai permukaai air?( Asumsikan temperature air tidak berubah) 9. Sebuah tabung berisi 0.6 ft3 oksigen pada temperature 250C dan tekanan 2200 lb/in2. (a) Berapa volume yang ditempati gas ketika memiliki temperature 250C dan tekanan atmosfer? (b) Seorang pria menghirup oksigen murni melalui masker dengan ratio 8 L/min. Berapa lama satu tabung oksigen akan habis?

10.

Sebuah tabung berisi udara yang ditekan mampu menyediakan

udapra bagi penyelam selama 90 menit pada permukaan air. Berapa lama udara dalam tabung yang sama akan habis jika penyelam menyelam dengan kedalaman 20 m dibawah permukaan air? (petunjuk : volume udara yang dihirup per menit tidak berubah terhadap kedalaman.)

49

11.

Dari hukum gas ideal, hitung rapat masa helium (M=4) pada

keadaan STP. Bandingkan dengan tabel 7.2

12.

Dari hokum gas ideal, hitung rapat massa dari uap air pada

temperature 1000C dan tekanan 1 atm. Bandingkan dengan tabel 7.2

13.

Berapa massa 5 L CO2 pada temperature 350C dan tekanan 2.5

atm? (petunjuk gunakan tabel 8.1)

14. no 9?

Berapa massa oksigen pada tabung yang digambarkan pada soal

15.

Berapa volume udara yang harus dikeluarkan dari suatu ruangan

ketika suhu ruangan naik dari 150C ke 250C? Dimensi ruangan adalah (10 x 7 x 4)m, dan tekanan tidak berubah ketika ruangan dipanaskan.

16.

Hitung volume yang ditempati oleh 1 mol gas ideal dalam

keadaan STP?

17. STP. 18.

Hitung Volume yang ditempati oleh 1 g oksigen pada keadaan

Tunukan bahwa pada tekanan atmosfer massa jenis udara (M29)

pada temperature T di berikan oleh

50

=

353K kg / m 3 T

Periksa kembali pada data di tabel 7.2

19. Udara didalam paru-paru memiliki komposisi yang berbeda dengan udara dalam atmosfer. Sebagai contoh, tekanan parsial karbon dioksida dalam alveolus alveolus? 20. Udara dalam paru-paru hanya mengandung 13.6% oksigen. Berapa tekanan parsial oksigen didalam paru-paru? 21. Berapa banyak mole oksigen dalam 1 l udaram dalam keadaan STP? 22. Suatu gas yang terdiri dari 3.5 g oksigen dan 1.5 g helium menempati volume 3 l pada temperatur 250C. (a) berapa tekanan parsial oksigen dan helium pada gas ini? 23. Berapa energi kinetik rata-rata dari molekul gas pada temperatur 370C? 24. Berapa fraksi molekul gas pada suhu 250C yang memiliki energi kinetik lebih besar dari energi kinetik rata-rata molekul gas pada suhu 12170C? 25. Berapa fraksi molekul gas yang memiliki energi kinetik kurang dari energi kinetik rata-rata molekul gas tersebut? 26. Berapa total energi kinetik molekul dalam 1 mol gas pada temperatur 00C? 27. (a) Berapa v2 rata-rata molekul oksigen pada suhu 270C? (b) akar kuadrat dari v2 disebut kelajuan root-mean-square (rms). Hitung kelajuan rms molekul oksigen pada 270C! adalah 40mmHg. Berapa persentasi CO2 dalam

51

28. Pada temperatur berapakah 11.2% molekul oksigen di atmosfer memiliki kelajuan lebih besar dari kelajuan escape? 29. Pada musim dingin, udara luar bersuhu 00C dan kelembaban relatif udara 30% masuk kedalam rumah ketika rumah dihangatkan hingga 200C. Berapa kelembaban relatif udara didalam rumah? 30. Termometer dibungkus dengan potongan kain dingin pada

pentolannya dan didiamkan di udara hingga raksa turun pada skala 150C. Temperatur udara 300C. (a) berapa titik embun udara? (b) berapa kelembaban relatif udara? 31. Kelembaban relatif 37.2% embunnya? 32. Titik embun adalah 300C pada hari ketika bersuhu 370C. Berapa kelembaban relatifnya? 33. satu mole H2O menempati volume 0.1 l pada 3000C. (a) berapa fraksi H2O pada fase cair? (b) berapa volume yang ditempati H2O cair? ketika hari bersuhu 200C. Berapa titik

Jawaban Soal Gas 1. (a) Massa H = 1 u

52

Massa O = 16 u Maka massa H2O = 2 u + 16 u = 18 u (b) M H2O = 18 u N=

n 6.02 10 23= =

g 6.02 10 23 M= 3.34

1 6.02 10 23 18

10 232.

=

nM V

Volume 1 mol nitrogen dalam keadaan STP 22.4 L

=

28 = 0.00125g 3 cm 22.4 103

Nilai ini sesuai dengan nilai densitas 1 mol nitrogen M=28 pada suhu 00C dan tekanan 1 atm 3. a. Pada problem 1 banyaknya molekul pada 1 gram H2O adalah 3.34.1022 mol H2O = 3.34 10 22 = 0.05mol 6.02 10 23 V = 0.05 . 22.4 l = 1.12 l

53

Volume yang ditempati 1 molekul tunggal H2O =

1.12l = 0.335 10 22 l 22 3.34 10b. jarak antar molekul adalah

33.5 10 24 l = 5.7 10 8 dm4. a. volume yang dilempati nitrogen pada keadaan STP

V=

22.4l = 3.72 10 23 l 23 6.02 10

b. Jarak antar molekul r=

37.2 10 24 l = 6.1 10 8 dm

5. T = 273.15K p pi

293.15 K= 273.15 K 1atm pi

atmp i = 0.932

(a) T = 273.15K p pi

54

423.15K = 273.15 K

p 0.932atm

P=

423.15K 0.932atm 273.15K= 1.44 atm (b) T = 273.15K p pi K

T=

273.15K 2atm = 591.87 0 0.923atmT = 318.70C (c) T = 273.15K p pi K

T=

273.15K 0.5atm = 147.960 0.923atmT = -1250C 6. (a) Rentang skala untuk Fahrenheit 180, dan untuk celcius 100, maka 1000C : 1800F 10C : 1.8 0F Maka 1 0C sama dengan 1.80F

55

(b)t c 100 5 = = t F 180 9

5 t c 0 = (t F 320 ) 9

5 t c = (t F 320 ) 9

t F 180 9 = = t C 100 5

9 t F 32 = (t c 0) 5 9 t F = (t c + 32) 5(c)

5 t c = (t F 320 ) 9t= )

5 (t 32 0 9

5 t t = 32 9 4 160 t= 9 9 0 t = 40

56

7. (a) Pabsolut = Pgauge+Patm = 1.5 atm + 1 atm Pabsolut = 2.5 atm (b) T1 = T2 P1V1 = P2V2

2.5atm 22L = P2 10L P2 = 2.5atm 22L 10L

P2 = 5.5 atm (c) Pabsolut = Pgauge+Patm Pgauge = Pabsolut Patm = 5.5 atm 1 atm Pgauge = 4.5 atm

8. P12 =

gh= 1000

kg

m3

9.81m

s2

12m

= 117720 Pa = 1.162 atm Pa12 = 1.162 atm + 1 atm = 2.162 tm Ketika di permukaan T1 = T 257

P1V1 = P2V2 2.162 15 = 1 V2 V2 = 32.43 cm3 9. P = 2200lb in 2 = 149.66atm

T1 = T2 P1V1 = P2V2 149.66 0.6 = 1 V2 V2 =89.8 ft3 t= 2536.6 L = 317.075 min 8L min = 5.28 h

10. Tekanan pada kedalaman 20 m P=

=

P = 196200 Pa = 1.94 atm

58

Volume gas dalam tangki V = 8 = 720 L T1 = T2 P1V1 = P2V2 Tekanan dipermukaan air 1 atm 1 V2 = 244.9 L atm

t

= = 30 min

11. M 1 mol helium = 4 g Pada keadaan STP PV = nRT 1.01

V

= = 0.02247m3

=

0.178

12. Dari hukum gas ideal PV = nRT

59

1.01 V= 3071.65

;M H2O = 18 u = 0.586

13. Dari persamaan gas ideal PV=nRT n= PV 2.5atm 5 L = RT 8.205 10 2 atm L 303.15K K n = 0.503 mol n= ; M CO2 = 44 g

g Mg=M

n = 44g 0.503 = 22.132g14. Volume O2 dalam tangki 0.6 ft3 T O2 = 298.15 K P = 2200 lb/in2 = 149.66 atm

60

n= PV 2200lb / in 2 0.6 ft 3 = = 10.39mol RT 4.26 10 2 lb / in 2 ft 3 298.15K K n= ; M O2 = 32

g Mg = nM = 10.39

32g = 332.48g15. Dari persamaan gas ideal PV=nRT Volume ruang 10mx7mx4m=280m3 Mol Oksigen dalam 380m3 dan suhu 150C n=

PV 1.013 105 Pa 280m 3 = = 0.11846mol RT 8.314 Pa m 3 288.15K KKetika suhu naik menadi 25 0C PV=nRT

1.013 105 Pa V = 0.11846 8.314 Pa m

3

K

298.15K

V = 289.72 m3 Maka volume oksigen yang harus dikeluarkan

V = 289.72 280 = 9.72m 3

61

16. Volume 1 mol gas ideal dalam keadaan STP PV = nRT 1 atm =

V = 22.41 L 17. Volume 1 g gas oksigen M=18 g dalam keadaan STP Mol gas oksigen n = PV = nRT 1 atm V = 0.700 L 18. massa jenis 1 mol udara M=29 pada keadaan atmosfer dan suhu T PV = nRT P = mol

=

19. Anggap didalam paru-paru tekanan total 1 atm

62

1 atm = 760 mmHg PCO2 = 40 mmHg % CO2 = 40mmHg 100% = 5.26% 760mmHg 20.

100% = 13.6% 760mHg PO2 = 760mmHg 0.136 = 103.36mmHg

PO2

21. PV=nRT

1atm 1l = n 8.205 10 2 atm l n= 1atm l 8.205 10 atm l2

K

273K

K

273K

= 0.044mol

Jumlah oksigen di udara 21 % Mol O2 =

21 0.044 = 9.33 10 3 10022. mol O2 =

3.5 = 0.11mol 32

63

mol He =

1 .5 = 0.375mol 4VO2 =

3.5 3l = 2.1l 5Vhe =

1.5 3l = 0.9l 5PO2 =2 atm l 298.15K nRT 0.11 8.205 10 K = = 1.28atm V 2.1l

PHe =2 atm l 298.15K nRT 0.375 8.205 10 K = = 10.2atm V 0.9l

=

m 5 10 3 kg = = 1.6 kg 3 3 3 m V 3 10 m

23.

K=

__

3 kT 2

K=

__

3 1.38 10 23 J 310.15K = 6.42 10 21 J K 2

64

24. K25 =

3 3 nkT = 1 1.38 J 298.15K = 617 10 23 J K 2 2

K=

__

3 3 kT = 1.38 J 1490.15K = 3084 10 23 J K 2 2

y= K K__

617 10 23 = = 0.2 3084 10 23

dari tabel y=0.2 maka f