TEORI KINETIK GAS
KELOMPOK 4: NATALIA TUMBEL SILVIA DILAPANGA WITRIASTIKA MUDA RATUWANGI DEVID RUMETOR RENAL RANTUNG
(17504007) (17504001) (17504108) (17504120) (17504082) (17504085)
KELAS : B (SEMESTER I) JURUSAN MATEMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MANADO 2017
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kami panjatkan ke-hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan karunia-Nyalah, makalah Teori Kinetik Gas ini dapat terselesaikan. Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi Tugas Mata Pelajaran Fisika, pada semester I. Dengan membuat tugas ini kami diharapkan mampu untuk lebih mengenal tentang materi ini. Kami sadar, sebagai seorang pelajar yang masih dalam proses pembelajaran, penulisan makalah ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat positif, guna penulisan yang lebih baik lagi di masa yang akan datang. Harapan kami, semoga makalah yang sederhana ini, dapat memberi pemahaman yang lebih jelas bagi kita semua bahwa kita juga harus mengetahui lebih jelas tentang pemahaman Teori Kinetik Gas.
DAFTAR ISI
Kata Pengantar .............................................. .................................................................... .............................................. ............................. ..... Daftar isi ............................................. ................................................................... .............................................. ........................................ ................ BAB I : PENDAHULUAN A. Latar Belakang ............................................. ................................................................... ................................ .......... B. Rumusan Masalah ............................................... ..................................................................... ......................... ... C. Tujuan ............................................................. ................................................................................... ................................. ........... BAB II : PEMBAHASAN A. Teori Kinetik Gas................................................. Gas...................................................................... ..................... B. Gas Ideal ............................................ ................................................................... ...................................... ............... C. Persamaan (Hukum Gas Ideal) .................................................. .................................................. 6 D. Hubungan antara Tekanan, Energi Kinetik Gas dan Suhu dalam gas ideal ............................................. ................................................................... ...........................11 .....11 BAB III: PENUTUP A. Kesimpulan ........................................................ .............................................................................. .............................. ........ B. Daftar Pustaka ............................................. .................................................................... ............................. ...... 14
1 2 3 3 3 5 5
14
BAB I PENDAHULUAN A.
Latar Belakang
Teori kinetik adalah teori yang menjelaskan perilaku sistem – sistem sistem fisis dengan menganggap bahwa sistem-sistem fisis tersebut terdiri atas sejumlah besar besar molekul yang bergerak sangat cepat. Teori kinetik gas adalah teori yang digunakan digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat atau kelakuan suatu gas. Teori kinetik gas tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel, tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut .
B. Rumusan Masalah 1. Apa pengertian dari teori kinetic gas? 2. Sebutkan sifat sifat umum gas ideal? 3. Bagaimana penjelasan para ahli tentang pengertian dan hokum hokum teori kinetic gas ? 4. Bagaimana hubungan antara tekanan, suhu , dan energy kinetic? 5. Sebutkan penerapan teori kinetic dalam kehidupan sehari-hari? C. Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui pengertian dari teori kinetic gas 2. Untuk mengetahui sifat sifat umum gas ideal 3. Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang pengertian dan hokum hokum teori kinetic gas 4. Untuk mengetahui hubungan antara tekanan, suhu , dan energy kinetic 5. Untuk mengetahui penerapan teori kinetic dalam kehidupan sehari-hari
BAB II PEMBAHASAN A. Teori Kinetik Gas Teori Kinetik Gas merupakan cabang ilmu fisika yang menjelaskan tentang sifat-sifat gas dengan menggunakan hukum-hukum Newton tentang gerak berdasarkan gerak acak partikel/molekul penyusun gas yang yang berlangsung terus menerus Setiap benda, baik cairan, padatan, maupun gas tersusun atas atomatom, molekulmolekul, atau partikel-partikel. Oksigen, nitrogen, hidrogen, uap air, bahkan udara di sekitar kita merupakan contoh gas. Sifat-sifat gas dapat dibedakan menjadi sifat makroskopis dan sifat mikroskopis.
Sifat makroskopis seperti temperatur, tekanan, dan volume. Sifat mikroskopis seperti kelajuan, massa tiap-tiap partikel penyusun inti, momentum, serta energi yang dikaitkan dengan tingkah ti ngkah laku partikel gas.
Teori Kinetik (atau teori kinetik pada gas ) berupaya menjelaskan sifat-sifat makroskopis gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh gerakan vibrasi (getaran) di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda.
Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan. Dengan demikian, teroi kinetika gas membahas sifat-sifat gas berdasarkan gerak acak partikelnya yang berlangsung terus menerus. Adapun Adapun gas yang akan dibahas adalah gas ideal, yaitu gas yang secara tepat memenuhi hukum-hukum gas
B. Gas Ideal Gas yang akan kita bahas di sini adalah gas ideal. Gas ideal sebenarnya tidak ada di alam. Gas ideal merupakan penyederhanaan atau idealisasi dari gas yang sebenarnya (gas nyata) dengan membuang sifat-sifat yang tidak terlalu signifikan sehingga memudahkan analisis. Namun orang dapat menciptakan kondisi sehingga gas nyata memiliki sifat-sifat yang mendekati sifat-sifat gas ideal. Sifat-sifat gas pada tekanan rendah dan suhu kamar mendekati sifat-sifat gas ideal, sehingga gas tersebut dapat dianggap sebagai gas ideal. Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut. 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 arah 4. Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran partikelnya 5. Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila bertumbukan 6. Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding) bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat 7. Hukum Newton tentang gerak berlaku
C. Persamaan Umum Gas Ideal Dalam pembahasan keadaan gas, ada tiga besaran yang saling berhubungan. Besaran besaran tersebut adalah tekanan (P), volume (V), dan temperatur mutlak (T). Hubungan ketiga besaran ini telah dipelajari dan diteliti oleh para ilmuwan. Untuk mengetahui bagaimana hubungan ketiga variabel tersebut, mari kita pelajari beberapa hukum mengenai gas ideal. 1. Hukum Boyle Seorang ilmuwan yang menyelidiki hubungan volume dengan tekanan gas adalah Robert Boyle. Boyle telah menyelidiki hubungan tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup pada temperatur tetap. Boyle menemukan menemukan bahwa : “Jika suhu yang berada dalam ruang tertut up dijaga tetap, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas” . Hukum ini kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle. Secara matematis, Hukum Boyle dituliskan dalam bentuk : P V = konstan atau P₁ V P₁ V₁₁ = P₂ V₂ Keterangan: P1 = Tekanan awal (N/m²) P2 = Tekanan akhir (N/m²) V1 = Volume awal (m3) V2 = Volume akhir (m3)
Dari persamaan Hukum Boyle tersebut, hubungan tekanan dan volume pada temperatur tetap dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti Gambar disamping. Proses isotermal (Suhu tetap) Jika tekanan diturunkan, volume gas akan naik. Sebaliknya, jika tekanan dinaikkan, volume gas akan mengecil Contoh Penerapan Hukum Boyle Salah satu penerapan prinsip hukum Boyle dapat dilihat pada semprotan obat nyamuk. Pompa berfungsi untuk mengubah volume gas dalam tabung semprotan. Saat pompa digerakkan ke kanan maka volume gas akan mengecil dan tekanan gas meningkat. Tekanan gas yang besar keluar melalui ujung tabung dan membuat cairan pada pipa tandon tersemprot keluar. Sedangkan ketika pompa ditarik kearah kiri maka volume gas semakin besar dan tekanan gas dalam tabung menjadi menurun.
Contoh Soal Suatu gas dengan volume 2 m³ berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) yang suhunya dijaga tetap, tekanan mula-mula gas tersebut adalah 2 Pa. Jika tekanannya dinaikkan menjadi 4 Pa, tentukan besar volumenya ?
Penyelesaian : Diketahui : V₁ = 2 m³ P₁ = 2 Pa P₂ = 4 Pa Ditanya : V₂ = … ? Jawab : P₁ V₁ = P₂ V₂
V₂ = P₁P₂V₁ = 2 4x 2 = 1 m³ m³
Jadi besar volumenya menjadi 1 m³
2. Hukum Charles Berdasarkan penyelidikannya, Jacques Charles menemukan bahwa: “Jika gas dalam ruang tertutup tekanannya dijaga konstan maka volume gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya” Pernyataan Charles ini dikenal sebagai Hukum Charles dan dituliskan dalam bentuk persamaan :
= ₁ = ₂ ₁ ₂ Grafik hubungan volume dan temperatur pada tekanan tetap Keterangan: V1 = Volume awal (m3) V2 = Volume akhir (m3) T1 = Suhu awal (K) T2 = Suhu akhir (K)
Jika suhu gas biasanya dinyatakan dalam t℃, t ℃, suhu mutlak T menggunakan satuan Kelvin (K) dinyatakan dengan persamaan : T = t + 273 Contoh peristiwa Contoh peristiwa dapat dilihat secara langsung melalui balon yang ditempatkan pada mulut botol yang direndam air panas. Gambar tersebut menunjukkan semakin tinggi suhu gas dalam botol maka volume gas juga membesar. Sebaliknya, semakin rendah suhu gas dalam botol maka semakin kecil volume gasnya
Contoh Soal Tekanan suatu gas dengan volume 3 m³ yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) dijaga tetap. Suhu mutlaknya mula-mula 100 K. Jika volumenya diubah menjadi 6 m³, hitunglah besar suhu mutlaknya ?
Penyelesaian: Diketahui :
Ditanya : Jawab :
V₁ T₁ V₂ T₂
= 3 m³ = 100 K = 6 m³ =…?
V₁ = V₂ T₁ T₂
T₂ = V₂V₁T₁ = 6 x3100 = 200 K
Jadi suhu mutlaknya adalah 200 K
3. Hukum Gay Lussac Seorang ilmuwan bernama Joseph Gay Lussac, telah menyelidiki hubungan tekanan dan temperatur gas pada volume tetap. Gay Lussac menyatakan: “Jika gas dalam ruang tertutup volumenya dijaga konstan maka tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya” mutlakny a”. Pernyataan ini disebut Hukum Gay Lussac yang dituliskan dalam bentuk persamaan berikut:
= ₁ = ₂ ₁ ₂ Keterangan: P1 = Tekanan awal (N/m²) P2 = Tekanan akhir (N/m²) T1 = Suhu awal (K) T2 = Suhu akhir (K)
(Grafik hubungan tekanan dan temperatur pada volume tetap)
Contoh Penerapan Peristiwa yang berkaitan dengan pernyataan tersebut adalah botol pengharum ruangan yang dipanaskan. Semakin tinggi suhu botol saat dipanaskan maka semakin besar pula tekanan gas dalam botol sehingga menyebabkan botol akhirnya meledak
4. Hukum Boyle - Gay Lussac Ketiga hukum keadaan gas yang telah kita pelajari, yaitu hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay Lussac dapat digabungkan menjadi satu persamaan. Hasil gabungan ketiga hukum tersebut dikenal sebagai hukum Boyle - Gay Lussac. Hukum Boyle-Gay Lussac menyatakan hubungan antara suhu, tekanan dan volume gas. Hukum ini dinyatakan dalam bentuk persamaan :
= ₁₁ = ₂₂ ₁ ₂
Keterangan: P ₁ = Tekanan awal Tekanan awal (N/m²) P ₂ = Tekanan akhir Tekanan akhir (N/m²) V ₁ = Volume awal (m³) V ₂ = Volume = Volume akhir (m³) T ₁ = Suhu awal Suhu awal (K) T ₂ = Suhu akhir Suhu akhir (K)
Contoh Soal Suatu gas ideal sebanyak 4 liter memiliki tekanan 1,5 atmosfer dan suhu 27 oC. Tentukan tekanan gas tersebut jika suhunya 47 oC dan volumenya 3,2 liter !
Penyelesaian: Diketahui :
Ditanya Jawab :
:
V₁ = 4 liter V₂ = 3,2 liter P₁ = 1,5 atm T₁ = 27 oC = 27 + 273 = 300 K T₂ = 47 oC = 47 + 273 = 320 K P₂ = … ?
P₁V₁ = P₂V₂ T₁ T₂ 1,5 x 4 = P₂ x 3,2 300 320 x 4 x 320 = 2 atatm P₂ = 1,5300 x 3,2 Persamaan Gas Ideal
PV = nRT Keterangan : P = tekanan gas (N/m 2 = Pa) V = volume gas (m 3) n = jumlah mol gas (mol) T = suhu gas (K) R = konstanta umum gas = 8,31 J/mol K (apabila P dalam Pa atau N/m 2, V dalam m 3, dan n dalam kmol = 0,082 L atm/mol K (apabila P dalam atm, V dalam liter, li ter, n dalam mol)
Untuk menentukan n dapat menggunakan 2 rumus berikut : Atau
Keterangan :
m = Massa gas M = Massa molekul molekul relatif N = Jumlah partikel gas NA = Bilangan Avogadro (6,02 x 10 23 mol) Persamaan umum gas ideal tersebut di atas dapat juga dinyatakan dalam bentuk : Jika persamaan kita substitusikan ke persamaan PV = nRT akan diperoleh persamaan
N RT PV = Nₐ Jika
k = ₐ maka
P V = N (ₐ ) T ⟹ = k = Konstanta Boltzman (1,38 x 10 -23 J/K )
Contoh Soal Gas dalam ruang tertutup yang bervolume 20.000 liter dan suhu 27℃ memilki tekanan 10 atm. Tentukan jumlah mol gas yang berada dalam ruang tersebut ?
Penyelesaian: Diketahui:
Ditanya
:
V T P n
= 20.000 liter = 27 ℃ = 27 + 273 273 = 300 K = 10 atm =…?
Jawab: PV = nRT
n=
PV RT
=
10 x 20000 0,082 x 300
=
200000 24,6
= 8.130,081 mol
D. Hubungan antara Tekanan, Energi Energi Kinetik Gas dan Suhu dalam gas ideal
Salah satu sifat gas ideal adalah molekul-molekulnya dapat bergerak bebas (acak). Sekarang kita akan membahas pengaruh gerak molekulmolekul gas terhadap sifat gas secara umum dengan Teori Kinetik Gas. Beberapa konsep yang dibicarakan dalam teori kinetik gas antara lain tekanan akibat gerak molekul gas, kecepatan molekul gas, dan e nergi kinetik gas.
1. Tekanan Gas Gambar disamping merupakan suatu gas yang berada dalam ruangan tertutup sebagai partikel-partikel yang selalu bergerak setiap saat. Dan akhirnya partikel partikel tersebut selalu menumbuk dinding kubus sehingga menimbulkan tekanan suhu gas dengan kecepatan tertentu
Tekanan gas di dalam sebuah ruangan tertutup sama dengan tekanan gas pada dindingnya akibat ditumbuk molekul gas. Gaya tumbukan yang merupakan laju momentum terhadap dinding inilah yang memberikan tekanan gas.
Tekanan Gas dalam Ruang Tertutup Gambar disamping menunjukkan sebuah partikel gas yang massanya m dalam kubus tertutup yang memiliki panjang rusuk L. sebuah partikel dari gas ideal tersebut bergerak dalam arah sb-x dengan kecepatan v x dan melakukan gerak bolak-balik. Jarak yang ditempuh partikel tersebut adalah 2L. Kecepatan selama bergerak selalu sama karena tumbukan yang terjadi antarpartikel dan dinding sebagai tumbukan lenting sempurna. sempurna. Waktu tempuh partikel pada pada gerak bolak-balik adalah : •
t
s v x
⟹
t
2 v x
Adapun perubahan momentum (selisih) yang dialami partikel dapat ditulis sebagai berikut. Perubahan momentum = momentum akhir – akhir – momentum momentum awal P P 2 P 1 P mv x 2 mv x1 m(v2 v1 ) x 2mv x
Tanda negatif pada momentum menunjikkan arah gerak partikel setelah tumbukan, yang berlawanan arah dengan gerak awalnya seperti terlihat pada gambar dia tas. Dari persamaan perubahan momentum tersebut, dapat dicari gaya yang bekerja pada partikel, yaituperubahan momentum yang dipindahkan oleh partikel kedinding per satuan waktu.
F
P t
2
2mv x
2
mv x
v x
Untuk mengetahui tekanan yang dialami dinding, persamaan tersebut dibagi dengan luas permukaan kubus (A). Hal tersebut dikarenakan tekanan merupakan perubahan momentum yang dipindahkan oleh sejumlah partikel ke dinding per satuan waktu untuk setiap satuan luas.
P
Keterangan : P = tekanan (N/m 2 = Pa) F = gaya (N) A = luas penampang (m 2)
F
A 2
Jika persamaan
F x
mv x
disubtitusikan ke persamaan F P A menjadi
2
P x
mv x
2
mv x
2
A
P x
A
mv x V
Karena l.A = V maka
Pₓ adalah tekanan pada dinding untuk sumbu-x . Dengan cara yang sama, tekanan gas pada dinding tegak searah sumbu-y dan dan sumbu-z. Pada persamaan tersebut, partikel yang menumbuk dinding tidak hanya satu partikel, tetapi sejumlah N partikel. Sehingga:
N m vx2 Px V N m v y2 P y V N m vz2 Pz V Walaupun arah kecepatan molekul tidak sama, namun besar kecepatan (kelajuan) molekul 2
gas ke semua arah dapat dianggap sama
v x
2
v y
2
v z
sehingga
v
2
2
v x
2
v y
kecepatan tiap partikel tidak sama, maka diambil rata-ratanya sehingga diperoleh: v
2
3v
v
2
atau
x
1
2
x
v
2
3
Jika 1
2
v x
3
2
v
2
P x
disubstitusikan ke persamaan
Nmv x
P x
V
menjadi
Nm 1
V 3
v
2
atau
2
v z
Karena
P
1 Nmv
2
P
3
V
atau
2 N E k
V
3
Keterangan : P = Tekanan gas (N/m2) v = Kecepatan partikel gas (m/s) m = Massa tiap partikel gas (kg) N = Jumlah partikel gas V = Volume gas (m3)
2. Hubungan energi kinetik rata-rata dengan suhu mutlak dalam gas ideal Jika partikel atau molekul gas hanya satu, maka: E k
3
RT
E k
2
3
kT
2
Atau
Jika partikel atau molekul gas lebih dari satu, maka: E k
3
E k
nRT
2
Atau
3
NkT Nk T
2
Keterangan: Ek = = Energi kinetik rata-rata gas (Joule) N = Jumlah partikel k = konstanta Boltzman (1,38 x 10 -23 J/K)
3. Kecepatan Gerak Partikel Kecepatan efektif gas ideal vrms (rms = root mean square) didefinisikan sebagai akar pangkat dua dari rata-rata kuadrat kecepatan. Yang secara matematis :
atau
Untuk menentukan besarnya kecepatan gerak dari partikel di dalam gas ideal digunakan rumus energi kinetik pada gas ideal. E k
1
2
mv
3
2
2
kT
Sehingga
v
2
2
substitusikan 1
mv
3k T
2
m
Maka kecepatan rata-rata partikel gas idealnya adalah
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Teori kinetik gas adalah yang menjelaskan perilaku system-sistem fisis dengan menganggap bahwa sistem-sistem fisis tersebut terdiri atas sejumlah besar molekul yang bergarak sangat cepat. Teori ini didasarkan atas 3 pengandaian: 1. Gas terdiri daripada molekul-molekul yang bergerak secara acak d an tanpa henti. 2. Ukuran molekul-molekul dianggap terlalu kecil sehingga boleh diabaikan, maksudnya garis pusatnya lebih kecil daripada jarak purata yang dilaluinya antara perlanggaran. 3. Molekul-molekul gas tidak berinteraksi antara satu sama lain. Perlanggaran sesama sendiri dan dengan dinding bekas adalah kenyal yaitu jumlah tenaga kinetik molekulnya sama sebelum dan sesudah perlanggaran.
Dapat kita ketahui bahwa sifat gas itu terdiri atas partikel dalam jumlah banyak yang disebut molekul. Partikelnya bergerak secara acak atau sembarang tidak ada gaya tarikmenarik antara partikel yang satu dengan partikel yang lain, selang waktu tumbukan antara satu partikel dengan partikel yang lain berlangsung sangat singkat. Macam-macam gas yaitu monatomik,diatomik,dan poliatomik.
B. Saran Dalam penulisan makalah ini mungkin jauh dari kesempurnaan, hal ini disebabkan oleh kurangnya Referensi yang dimiliki oleh penulis, maka untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari dosen pembimbing dan teman-teman demi kesempurnaan dimasa yang akan datang. DAFTAR PUSTAKA
kempetensi tensi F i sika si ka, Yogyakarta:Citra Aji parama. Siswanto ,2007, kemp Sukardjo, 2002, K imia imia Fi sika, Jakarta: Rineka Cipta. Rachmat.Dkk, 1999, Sai Sai ns F i sika 3a SM A ,Jakarta: Bumi Aksara. Sukardjo,1990,K imia ,Jakarta: Rineka cipta. imia Organi Organi k ,Jakarta: Roymond A.Serway dan Jhon W. Jewett. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Salemba Teknika: Jakarta. 2010 U. rachmat dkk. Sains Fisika untuk SMU . PT Bumi Aksara: Jakarta. 2000 Siswanto dan Sukaryadi. Kompetensi Sukaryadi. Kompetensi Fisika. Fisika. PT Citra Aji Parama: Yogyakarta. 2007 Daryanto. Fisika Daryanto. Fisika Teknik . Jakarta: Rineka Cipta. 1997
