Embed Size (px)
Citation preview
BAB
Teori Kinetik Gas
Hukum dan Persamaan Gas Ideal
❖ Hukum Boyle
❖ Hukum Charles
❖ Hukum Gay-Lussac
❖ Persamaan Umum Gas Ideal
❖ Persamaan yang MelibatkanHukum-Hukum Gas Ideal
Besaran-BesaranTeori Kinetik Gas dan
Teori Ekipartisi Energi Gas
❖ Hubungan Tekanan denganKecepatan Rata-Rata
❖ Hubungan Tekanan dengan Energi Kinetik Rata-Rata Gas
❖ Hubungan Suhu dengan Energi Kinetik Gas
❖ Kecepatan Efektif Gas Ideal
❖ Teori Ekipartisi Energi
TEORI KINETIK GAS
Kembali ke daftar isi
Bunyi hukum Boyle: “Untuk jumlahtetap gas ideal tetap di suhu yangsama, P (tekanan) dan V (volume)merupakan proporsional terbalik(dimana yang satu ganda, yangsatunya setengahnya).”
pV konstan=
atau
1 1 2 2p V p V=
1.Hukum Boyle
3
1
2
31
2
p tekanan gas pada suhu tetap (Pa)
V volume gas pada suhu tetap (m )
p tekanan gas pada keadaan I (Pa)
p tekanan gas pada keadaan II (Pa)
V volume gas pada keadaan I (m )
V volume gas pada keadaan II (
=
=
=
=
=
= 3m )
A. Hukum dan Persamaan Gas Ideal
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
2. Hukum Charles
Hukum Charles menyatakan“jika gas dalam ruang tertutuptekanannya dijaga konstanmaka volume gas dalam jumlahtertentu berbanding lurusdengan temperatur mutlaknya”
Vkonstan
T= atau
1 2
1 2
V V
T T=
3
31
32
1
2
V volume gas pada tekanan tetap (m )
T suhu gas pada tekanan tetap (K)
V volume gas pada keadaan I (m )
V volume gas pada keadaan II (m )
T suhu gas pada keadaan I (K)
T suhu gas pada keadaan II (K)
=
=
=
=
=
=
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
3. Hukum Gay Lussac
Hukum Gay-Lussac menyatakanbahwa tekanan dari suatu massa gasberbanding lurus dengan suhumutlak gas, ketika volumedipertahankan konstan.
1 2
1 2
pkonstan
Tp p
T T
=
=
1
2
1
2
p tekanan gas pada volume tetap (Pa)
T suhu gas pada volume tetap (K)
p tekanan gas pada keadaan I (Pa)
p tekanan gas pada keadaan II (Pa)
T suhu gas pada keadaan I (K)
T suhu gas pada keadaan II (K)
=
=
=
=
=
=
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
4. Persamaan Umum Gas Ideal
Persamaan gas ideal adalah persamaan yangmerepresentasikan hubungan antara tekanan danvolume suatu gas dengan temperatur dan jumlah molgas. Persamaan gas ideal didasarkan hukum Boyle,hukum Charles, dan hukum Gay-Lussac.
A
pV nRT
mpV RT
MpM RT
NpV RT
N
pV NkT
=
=
=
=
=
3
3
p tekanan (Pa)
V volume (m )
T suhu gas (K)
n jumlah mol (mol)
R tetapan umum gas (8,314 J/mol K)
m massa gas (kg)
M massa relatif gas (kg/kmol)
massa jenis (kg/m )
N jumlah partikel
k tetapan Boltzman (1,3
=
=
=
=
=
=
=
=
=
= 238 10 J/K)−
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
5. Persamaan yang Melibatkan Hukum-Hukum Gas Ideal
Balon Udara
Gelembung minuman bersoda
Ban meletus di bawah terik sinar matahari
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
20 rt
1 Np m v
3 V
=
0
3
2 2 2rt
p tekanan gas (Pa)
m massa partikel (kg)
N jumlah partikel
V volume ruangan (m )
v kelajuan kuadrat rata-rata (m /s )
=
=
=
=
=
B. Besaran-Besaran Teori Kinetik Gas dan TeoriEkipartisi Energi Gas
1. Hubungan Tekanan dengan Kecepatan Rata-Rata
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
Energi kinetik rata-rata sebandingdengan kecepatan rata-rata kuadrat.
kNE2p
3 V=
k
3
p tekanan gas (Pa)
N jumlah partikel gas
E energi kinetik rata-rata (joule)
V volume gas (m )
=
=
=
=
2. Hubungan Antara Tekanan dengan Energi Kinetik Rata-Rata Gas
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
k
3E kT
2= ( )
k
28
E energi kinetik rata-rata (joule)
k konstanta Boltzmann 1,38 10 J/K
T suhu (K)
−
=
=
=
3. Hubungan Antara Suhu dengan Energi Kinetik Gas
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
4. Kecepatan Efektif Gas Ideal
Dalam suatu ruangan dengan banyak molekul gas,molekul-molekul tersebut bergerak secara acak.Gerakan tiap-tiap molekul memiliki kelajuan yang tidakseluruhnya sama. Kecepatan efektif didefinisikansebagai akar rata-rata kuadrat kecepatan.
( )2rms rt
v v= atau ( )2 2rms rt
v v=
rms
0
3kTv
m=
rms
28
0
v kecepatan efektif (m/s)
k konstanta Boltzman (1,38 10 J/K)
T suhu (K)
m massa partikel (kg)
−
=
=
=
=
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
5. Teorema Ekipartisi Energi
a. Energi Kinetik Keseluruhan
Nilai energi kinetik pada sumbu X,sumbu Y, dan sumbu Z.
( ) ( ) ( ) ( )kx ky kz krt rt rtrt
1E E E E
3= = =
b. Derajat Kebebasan Gas Monoatomik
Derajat kebebasan berkaitandengan kemampuan suatu molekulmelakukan gerakan satu dimensisehingga terbentuk energi mekanikmolekul. Derajat kebebasandisingkat dengan df (degree offreedom)
c. Teorema Ekipartisi Energi
Sejumlah partikel yang memenuhihukum gerak Newton pada suatu sistemdengan suhu mutlak T memiliki energiyang terbagi merata pada setiap derajat
kebebasan (df) sebesar1
2kT. Nilai tersebut
dinyatakan sebagai energi mekanik rata-rata yang memiliki nilai sama denganenergi kinetik rata-rata.
( ) ( )m krt rt
1E E df kT
2
= =
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
5. Teorema Ekipartisi Energi
Derajat Kebebasan Gas Diatomik
1. Pada suhu rendah ± 250 K, gasdiatomik memiliki nilai df = 3.
2. Pada suhu sedang ± 500 K, gasdiatomik memiliki nilai df = 5.
3. Pada suhu tinggi ± 1.000 K, gasdiatomik memiliki nilai df = 7.
Derajat Kebebasan Gas Poliatomik
Gas poliatomik melakukan gerakantranslasi, rotasi, dan vibrasi sehinggaderajat kebebasannya adalahpenjumlahan dari ketiga geraktersebut.
Energi Dalam
Energi dalam (internal energy) berasaldari energi kinetik partikel gas karenaenergi ikat diabaikan
( )k rt
df dfU N E NkT nRT
2 2= = =
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
Contoh Soal
Contoh Soal 1
Sebuah tangki dengan volume 5 literberisi gas helium 1,5 mol pada suhu20°C. Berapakah energi kinetik rata-rata per molekul?
Pembahasan:
( )( )
k
23k
21k
3E kT
23
E 1,38 10 293 Joule2
E 6,06 10 Joule
−
−
=
=
=
Contoh Soal 2
Dalam suatu ruangan tertutup terdapat5,6 gram nitrogen bersuhu 7°C. Berapabesar energi dalam nitrogen pada ruangtersebut?
Pembahasan:
( )( )
dfU nRT
23 m
U RT2 M
3 5,6U 8,314 280
2 28
U 698,376 Joule
=
=
=
=
Kembali ke daftar isi Kembali ke awal bab
