Upload
alden
View
303
Download
31
Embed Size (px)
DESCRIPTION
TEORI KINETIK GAS. &. HUKUM I TERMODINAMIKA. Model Gas Ideal. Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
TEORI KINETIK GAS
HUKUM I TERMODINAMIKA
&
Model Gas Ideal
1. Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar
2. Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang
3. Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah4. Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran
partikel5. Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila
bertumbukan6. Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding)
bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat
7. Hukum Newton tentang gerak berlaku
Persamaan Keadaan Gas Ideal
P = Tekanan gas [N.m-2]V = Volume gas [m3]n = Jumlah mol gas [mol]N = Jumlah partikel gasNA = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023
R = Konstanta umum gas = 8,314 J.mol-1 K-1
kB = Konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J.K-1
T = Temperatur mutlak gas [K]
TNknRTPV B
AN
Nn
Tekanan Gas Ideal
Tinjau N buah partikel suatu gas ideal dalam kotak, masing-masing dengan kecepatan:
………….
kvjvivv zyxˆˆˆ
1111
kvjvivv zyxˆˆˆ
2222
z
x
y
A
Tinjau 1 partikel ...Kecepatan partikel mula2:
Kecepatan partikel setelah menumbuk dinding kanan (asumsi: tidak ada tumbukan antar partikel):
Perubahan momentum partikel:
Selang waktu partikel tsb dua kali menumbuk dinding kanan:
Besarnya momentum yg diberikan partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:
kvjvivv zyxˆˆˆ
kvjvivv zyxˆˆˆ
jmvvmvmp yˆ2
yvt
2
jmv
jmv
t
p yy ˆˆ2
2 22
Bagaimana dengan N partikel ?Besarnya momentum total yg diberikan N buah
partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:
Tekanan gas pada dinding kanan:
Tetapi dan
sehingga
jvvvm
t
pyNyy
ˆ... 222
21
2222
21 ... yyNyy v
V
mNvvv
A
m
tA
pP
2222zyx vvvv 222
zyx vvv 22
3
1vv y
2
3
1v
V
NmP
Temperatur Gas Ideal
Dari persamaan
dan persamaan gas ideal
sehingga
atau
dan
2
3
1v
V
NmP
2
2
1
2
3vmTkB
TNknRTPV B
Energi kinetik translasi partikel gas
kB EvmTk
2
2
1
2
3
M
RT
m
kTvrms
33
Energi Dalam Gas IdealTNkvmN B2
3
2
1 2
nRTTNkU B 2
3
2
3
VV T
UC
nRCC VP
67,13
5
V
P
C
C
Dari hubungan terakhir di atas dapat dituliskan
yaitu energi kinetik gas, yg juga merupakan energi total dan energi dalam gas
kapasitas Panas
Kapasitas kalor pada volume tetap:
atau kapasitas kalor pd tekanan tetap:
Perbandingan CP dan CV adalah suatu konstanta:
nRCV 2
3
nRCP 2
5
Bandingkan dengan hasil eksperimen ...
Persesuaian dengan hasil eksperimen hanya terdapat pada gas mulia monoatomik saja !
Gas CP/nR CV/nR
Monoatomik He Ne Ar Kr Xe
1,66 1,64 1,67 1,69 1,67
2,50 2,50 2,51 2,49 2,50
1,51 1,52 1,50 1,47 1,50
Diatomik H2 O2
N2
CO NO Cl2
1,40 1,40 1,40 1,42 1,43 1,36
3,47 3,53 3,50 3,50 3,59 4,07
2,48 2,52 2,46 2,46 2,51 2,99
Poliatomik CO2 NH3 CH3
1,29 1,33 1,30
4,47 4,41 4,30
3,47 3,32 3,30
Dilakukan sekitar suhu 300-600 K
Penyimpangan nilai CP dan CV pada gas-gas selain gas mulia monoatomik ?
Penyimpangan nilai CV, CP dan pada gas-gas selain gas monoatomik
(tabel) disebabkan oleh kontribusi energi kinetik rotasi dan vibrasi disamping energi kinetik translasi.
Contoh molekul diatomik (misalnya H2, O2, NaCl, dll.)
m2
x
z
K m1
Kontribusi tambahan pada energi kinetik translasi (thd sub-x, y dan z) diasosiasikan dengan energi kinetik rotasi (thd sb-x dan z) dan energi kinetik vibrasi (thd sb-y):
Ix = Iz : momen inersia thd sb x & z
K : Konstanta “pegas”
M : Massa tereduksi m1 dan m2
Energi (kinetik) total gas diatomik:
22
2
1
2
1zzxxrotasi IIE
22
2
1
2
1 MKEvibrasi
)()()( vibrasirotasitranslasitotal EEEE
TkTkxTkxTkx BBBB 2
7
2
12
2
12
2
13
Asas Ekipartisi Energi
Asas Ekipartisi Energi: untuk tiap derajat kebebasan yang energinya berbanding dengan kuadrat variabel bebasnya,
energi rata-ratanya adalah 1/2 kBT
Jadi untuk molekul gas diatomik:
; ;
Dari tabel, hasil eksperimen utk gas diatomik, 1,40 !
nRTTNkU B 2
7
2
7
nRT
UC
Vv 2
7
nRnRCC vP 2
9 29,1
7
9
V
P
C
C
Ketidaksesuaian dgn hasil eksperimen?
translasi
rotasi
vibrasi
Pada temperatur rendah molekul diatomik (H2) hanya
bertranslasi saja; pada temperatur kamar molekul H2
bertranslasi dan berotasi; pada temperatur tinggi molekul H2
bertranlasi, berotasi dan bervibrasi.
*) Gambar diambil dari buku Halliday Resnick, FISIKA, edisi ketiga, jilid 1, hal. 787
Hukum Pertama Termodinamika
Panas neto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem.
Q = ΔU + Watau
ΔU = Q - WQ = + panas masuk ke sistem
- panas keluar dari sistemU = energi internal sistemW = + usaha dilakukan oleh sistem
- usaha dilakukan pada sistem
Sebuah pemanas air menggunakan listrik sebagai sumbernya digunakan untuk memanaskan 3 kg air pada 80oC. Usaha yang diberikan filamen pemanas 25 kJ sementara panas yang terbuang karena konduksi sebesar 15 kkal. Berapa perubahan energi internal sistem?
Panas terbuang 15 kkal = 62,7 kJΔU = Q - WΔU = -62,7 kJ – (-25 kJ) ΔU = -37,7 kJ
contoh
Usaha dan diagram PV untuk gas
dVPW
Usaha = luas daerah di bawah kurva
P
VΔV
(Po, Vo)
Contoh
Sejumlah gas ideal dipanaskan pada tekanan tetap 2.104 N/m2. Sehingga volumenya berubah dari 20 m3 menjadi 30m3, usaha luar yang dilakukan gas selama ekspansi adalah….
Proses Isotermal
Selama proses temperatur sistem tetap konstan
A
B
0TRnU 23
Hk. Termodinamika ke-1: U = Q – W = 0
W = Q
Proses Adiabatik
Selama proses tidak terjadi transfer panas yang masuk atau keluar sistem
Hk. ke-1: U = Q – W = 0
Q = 0
U = - W
Proses Isobarik
Selama proses tidak terjadi perubahan tekanan pada sistem
Proses Isokhorik
Selama proses volume sistem tidak mengalami perubahanDisebut juga proses: volume konstan, isometrik, isovolumik
Hk. ke-1: U = Q – W = 0
V = 0 , jadi W = 0
U = Q
Contoh
Terdapat 1 mol gas ideal mula-mula tekanannya 3 atm, volumenya 1 L dan energi dalamnya 456 J. Gas kemudian berekspansi pada tekanan tetap sampai volumenya 3 L, kemudian didinginkan pada volume konstan sampai tekanannya menjadi 2 atm. (a) Tunjukkan proses yang dialami gas dalam diagram p–V, (b) hitunglah usaha yang dilakukan gas, (c) hitunglah kalor yang ditambahkan pada gas selama proses tersebut.