Makalah GAS IDEAL

18

Bab v
Gas ideal

OLEH :
Kelompok 8
NANDA RAHMADANI
LINDA RAMADHANI HARAHAP
TESYA NATALIA MARPAUNG
SAMUEL TOM W. PADANG
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Makalah ini kami buat untuk melengkapi tugas mata kuliah Termodinamika.
Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.
Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki sangat kurang. Oleh karena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.

Medan, 2 Oktober 2016

Penulis

Daftar Isi :
KATA PENGANTAR…………………………………………………….………….i
DAFTAR ISI…………………………………………………………..……………..ii
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang………………...………………………………………..………....1
Rumusan Masalah………………………………………………………..………..1
Tujuan……………………………………………………………………..……....1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Persamaan pada gas ideal dan gas Nyata…………………………………………………………….…..2
2.2 Energi Dalam Pada Gas Ideal Dan Gas Nyata …………………………………………………..…..7
2.3 Kapasitas Kalor Gas Ideal Dan Gas Nyata…………………………………………………………...…7
2.4 Dua Proses Penting Gas Ideal……………………………………………………………………………..…10
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan…………………………………………………………………………………………………………………14
3.2. Saran…………………………………………………….…………………………………………………………………….14
DAFTAR PUSTAKA

BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi. Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi.
Selain memprediksi kelakuan gas dan cairan, terdapat juga beberapa persamaan keadaan dalam memperkirakan volume padatan, termasuk transisi padatan dari satu keadaan kristal ke keadaan kristal lainnya. Terdapat juga persamaan-persamaan yang memodelkan bagian dalam bintang, termasuk bintang netron. Konsep yang juga berhubungan adalah mengenai fluida sempurna di dalam persamaan keadaan yang digunakan di dalam kosmologi.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana persamaan pada gas ideal dan gas nyata?
2. Apa yang dimaksud energi dalam pada gas ideal dan gas nyata?
3. Bagaimana kapasitas kalor pada gas ideal dan gas nyata?
4. Bagaimana proses penting pada gas ideal dan gas nyata?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui persamaan pada gas ideal dan gas nyata
2. Mengetahui energi dalam pada gas ideal dan gas nyata
3. Mengetahui kapasitas kalor pada gas ideal dan gas nyata
4. Mengetahui proses penting pada gas ideal dan gas nyata

BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Persamaan pada gas ideal dan gas nyata
Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.
Persamaan keadaan gas ideal adalah hukum gas ideal.

PV = n R T
Dimana ;
P = tekanan (atm)
V= volume (Liter)
n = jumlah substansi gas (mol)
R = konstanta gas
T = temperatur (Kelvin)

Dalam gas ideal terdapat berbagai hukum :
Hukum Boyle
Hukum Boyle dikemukakan oleh fisikawan Inggris yang bernama Robert Boyle. Hasil percobaan Boyle menyatakan bahwa apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.

P1V1= P2V2
Dengan ;
p1 :tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)

b. Hukum Charles
Hukum Charles dikemukakan oleh fisikawan Prancis bernama Jacques Charles. Charles menyatakan bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
V1/T1=V2/T2
Keterangan:
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)

C. Hukum GayLussac
Hukum Gay Lussac dikemukakan oleh kimiawan Perancis bernama Joseph Gay Iussac. Gay Lussac menyatakan bahwa jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
PI/T1=P2/T2
Keterangan:

d. Hukum Avogadro
V1/V2 = n1/n2

Keterangan:
n1 : jumlah substansi gas pada keadaan 1 (mol)
n2 : jumlah substansi gas pada keadaan 2 (mol)

Gas nyata adalah gas yang tidak mematuhi persamaan dan hukum gas lainya di semua kondisi suhu dan tekanan.
Van der Waal menunjukkan asumsi kesalahan yang dibuat dalam merumuskan model kinetik molekular gas.
Kekuatan tarik antara molekul gas dianggap diabaikan. Asumsi ini hanya berlaku pada tekanan rendah dan suhu tinggi karena dalam kondisi molekul berjauhan. Tetapi pada tekanan tinggi dan suhu rendah volume gas kecil dan sehingga kekuatan menarik meskipun sangat kecil.

gas
a
(atm dm6 mol-2)
b
(atm dm6 mol-2)
He
0,0341
0,0237
Ne
0,2107
0,0171
H2
0,244
0,0266
NH3
4,17
0,0371
N2
1,39
0,0391
C2H
4,47
0,0571
CO2
3,59
0,0427
H2O
5,46
0,0305
CO
1,49
0,0399
Hg
8,09
0,0170
O2
1,36
0,0318

Bila dibandingkan dengan persamaan gas ideal, persamaan Van der Waals ini dapat digunakan pada gas nyata denga besaran suhu dan tekanan yang lebih besar. Disamping itu juga persamaan Van der Waals juga dapat menjelaskan penyimpangan gas nyata dari gas ideal. Namun walaupun demikian, persamaan Van der Waals ini belum dapat secara sempurna menggambarkan sifat0sifat gas sehingga digunakan persamaan lain yang dikenal persamaan Virial.

Batas-batas Hukum termodinamika II
Menurut clausius
Sifatnya reversibel (bolak-balik) entropi di alam semesta tidak akan berkurang dan tidak bertambah.Kalor yang di lepaskan dari suhu rendah ke suhu tinggi akan membutuhkan usaha.

Menurut Calvin Plank
Tidak semua kalor yang di serap dari lingkungan di ubah menjadi energi.

NB: Proses dalam Termodinamika cenderung tidak teratur ukuran ketidakteraturannya disebut Entropi (S) di pengaruhi oleh kalor yang di terima dan di keluarkan.
Hukum Gay lussac (Hukum perbandingan volume)

Bunyi hukum tersebut adalah : "Bila di ukur pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas gas yang bereaksi dan volume gas gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana".
Hukum gay lussac di dasari oleh hasil penemuan ahli kimia inggris yang bernama Henry Cavendish (1731-1810)bahwa perbandingan volume gas hidrogen yang bereaksi dengan gas oksigen membentuk air adalah 2:1 dengan syarat harus di ukur pada suhu dan tekanan yang sama.pada tahun 1808, Joseph Louis Gay Lussac melakukan percobaan serupa dengan menggunakan berbagai macam gas. Ia menemukan bahwa perbandingan volume gas-gas dalam reaksi selalu merupakan bilangan bulat sederhana.
2 volume gas hidrogen + 1 volume gas oksigen 2 volume uap air
1 volume gas nitrogen + 3 volume gas hidrogen 2 volume gas amonia
1 volume gas hidrogen + 1 volume gas klorin 2 volume gas hidrogen klorida
dari hasil percobaan inilah gay lussac mengemukakan hukumnya.

Avogadro pada tahun 1811. Hipotesis Avogadro menyatakan bahwa dua sampel gas ideal dengan volume, suhu, dan tekanan yang sama, maka akan mengandung molekul yang jumlahnya sama. Contohnya adalah, ketika hidrogen dan nitrogen dengan volume yang sama mengandung jumlah molekul yang sama ketika mereka berada pada suhu dan tekanan yang sama. Avogadro menyebut partikel sebagai molekul.
Untuk suatu massa dari gas ideal, volume dan mol gas secara langsung akan proporsional jika suhu dan tekanannya konstan. Persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut:

atau

Dimana:
V adalah volume gas
n adalah jumlah zat dari gas (dalam satuan mol)
k adalah konstanta yang sama dengan RT/P, di mana R adalah konstanta gas universal, T adalah suhu Kelvin, dan P adalah tekanan. Sebagai suhu dan tekanan yang konstan, RT/P juga konstan dan disebut sebagai k. Ini berasal dari hukum gas ideal.
Hukum ini menjelaskan bagaimana dalam kondisi suhu, tekanan, dan volume gas yang sama pasti mengandung jumlah molekul yang sama. Untuk membandingkan substansi yang sama di bawah dua set yang kondisinya berbeda, hukum ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

Persamaan ini menunjukkan bahwa, jika jumlah mol gas meningkat, volume gas juga akan meningkat secara proporsional. Dan sebaliknya, jika jumlah mol gas berkurang, maka volume juga menurun.
Dalam kimia, hukum perbandingan tetap atau hukum Proust (diambil dari namakimiawan Perancis Joseph Proust) adalah hukum yang menyatakan bahwa suatusenyawa kimia terdiri dari unsur-unsur dengan perbandingan massa yang selalu tepat sama. Dengan kata lain, setiap sampel suatu senyawa memiliki komposisi unsur-unsur yang tetap. Misalnya, air terdiri dari 8/9 massa oksigen dan 1/9 massahidrogen. Bersama dengan hukum perbandingan berganda (hukum Dalton), hukum perbandingan tetap adalah hukum dasar stoikiometri.
Dari hasil eksperimen yang dilakukan Joseph Louis Proust (1807) ditemukan fakta sebagai berikut:Perbandingan massa unsur-unsur dalam setiap senyawa adalah selalu tetap. Inilah yang menjadi salah satu hukum dassar kimia yang kemudian dikenal sebagai Hukum Perbandingan Tetap atau Hukum Proust.
2.2 Energi Dalam Pada Gas Ideal Dan Gas Nyata
Energi dalam ialah jumlah energi kinetik seluruh partikel gas. Rumus energi dalam pada gas monoatomik dan gas diatomik memiliki persamaan yang berbeda. Bahkan pada gas diatomik rumus atau persamaan energi dalam dibedakan berdasarkan tingkatan suhu gas. Tingkatan suhu dibedakan menjadi suhu rendah, yaitu pada suhu kisaran 300 Kelvin, suhu sedang pada kisaran 500 Kelvin, dan suhu tinggi pada kisaran 1000 Kelvin.
Rumus energi dalam untuk gas monoatomik seperti Helium, Neon, Argon, dan sebagainya:
U = Ek = 3/2 N.k.T atau U = 3/2 n.R.T
Dimana :
U = energi dalam
Ek = energi kinetik gas
N = jumlah partikel gas
k = Konstanta Boltzmann
R = tetapan gas
T = suhu gas
Sedangkan rumus energi dalam untuk gas diatomik seperti Oksigen (O2), Nitrogen (N2), Hidrogen (H2), dan sebagainya, bisa dihitung dengan persamaan:
a. Pada suhu rendah (+/- 300K)
U = 3/2 N.k.T atau U = 3/2 n.R.T
Pada suhu sedang (+/- 500K)
U = 5/2 N.k.T atau U = 5/2 n.R.T
Pada suhu tinggi (+/- 1000K)
U = 7/2 N.k.T atau U = 7/2 n.R.T
2.3 Kapasitas Kalor Gas Ideal Dan Gas Nyata
Kapasitas kalor C suatu zat menyatakan banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 kelvin. Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai
C = Q/ΔT atau Q = CΔT
C= Kapasitas Kalor
Q = Qalor
T = Kenaikan Suhu
Kapasitas gas kalor adalah kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau volum tetap (proses isokhorik). Karena itu, ada dua jenis kapasitas gas kalor yaitu:
1. Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap
2. Kapasitas kalor pada volum tetap.

Kapasitas kalor gas diperoleh dari fungsi empirik temperatur, dan biasanya dalam bentuk yang sama. Kapasitas kalor gas sangat dipengaruhi oleh tekanan, namun pengaruh tekanan pada sifat termodinamika tidak digunakan dalam. Karena gas pada tekanan rendah biasanya mendekati ideal, kapasitas kalor gas ideal bisa digunakan untuk hampir semua perhitungan gas real pada tekanan atmosfir.
a. kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (Cp)
Kapasitas kalor gas adalah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu Kelvin pada tekanan tetap. tekanan system dijaga selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam, kalor, dan kerja pada proses ini tidak ada yang bernilai nol.
Maka secara matematis :
Cp = Q/ΔT = ((5/2PΔV)/(ΔT)) = ((5/2nRΔV)/(ΔT)
Cp = 5/2nR

b. Kapasitas kalor gas pada volum tetap (Cv)
Kapasitas kalor pada volum tetap artinya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu kelvin pada volum tetap. Artinya kalor yang diberikan dijaga selalu konstan.
Karena volume system selalu konstan, maka system tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada system. Jadi kalor yang ditambahkan pada system digunakan untuk menaikan energi dalam sistem.
Maka secara matematis :
Cv = Q/ΔT = (3/2nRΔT)/ΔT
Cv = 3/2nR
Berdasarkan persamaan di atas dapat diperoleh bahwa:
Cp – Cv = 5/2nR – 3/2nR
Cp – Cv = nR
Kapasitas yang diperoleh pada persamaan tersebut adalah untuk gas monoatomik. Sedangkan untuk gas diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas. Dapat digunakan pembagian suhu sebagai berikut:
Pada suhu rendah (± 250 K): Cv = 3/2nR dan Cp = 5/2nR
Pada suhu sedang (± 500 K): Cv = 5/2nR dan Cp = 7/2nR
Pada suhu tinggi (± 1000 K): Cv = 7/2nR dan Cp = 9/2nR
Oleh karena itu, konstanta Laplace γ dapat dihitung secara teoretis sesuai persamaan sebagai berikut:
Gas monoatomik: γ = Cp/Cv = ((5/2nR)/(3/2nR)) = 5/3 = 1,67
Gas diatomik pada suhu kamar: γ = Cp/Cv = ((7/2nR)/(5/2nR)) = 7/5 = 1,4
Dengan memasukan nilai Qp danQc sertqa W diperoleh :
C p T – Cv T = p V
(C p – Cv ) = p V
C p – Cv= p V / T
Akhirnya kita mendapatkan rumus lengkap usaha yang dilakukan oleh gas seperti dibawah ini :
W = p V = p (V2- V1)
W = nR V = nR(T2- T1)
W = Qp - Qv = (Cp – Cv) T

2.4 Dua Proses Penting Gas Ideal
1. Proses temperatur konstan (isotermal)
Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T1 = T2 . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0.

Kerja pada proses isotermal dapat dihitung :

Dari hukum gas ideal :
Karena T = konstan maka p.V = konstan (C). sehinggamaka

m, R dan T konstan maka :

Didapat:

Perubahan energi dalam pada proses isotermal adalah 0 sehingga besar perubahan kalor akan sama dengan kerja pada proses isotermal.

Perubahan entalpi pada proses isotermal :

2. Proses Isentropis (adiabatis reversibel)
Proses adiabatis reversibel adalah proses termodinamika dimana tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (adiabatis) dan proses ini mampu balik (reversibel) artinya tidak ada hambatan atau gesekan. Pada kenyataannya proses ini tidak ada di alam, tetapi penyederhaan yang demikian dapat mempermudah untuk menganalisa sistem. Pada p-V diagram dapat digambarkan sebagai berikut.

Karena tidak ada kalor yang dapat masuk dan keluar dari sistem, maka tidak ada perubahan kalor atau dQ = 0. Sehingga kerja yang diberikan atau dilakukan oleh sistem akan mengubah energi dalam sistem. Proses ini berlangsung pada kondisi p.Vk = konstan. Dimana k adalah rasio panas jenis pada tekanan konstan dengan panas jenis pada volume konstan atau sering disebut juga sebagai index isentropis. Kerja pada proses adiabatis reversibel dapat dihitung sebagai berikut :
Karena proses berlangsung pada kondisi p.Vk = C , maka:
sehingga :

Perubahan energi dalam sistem adiabatis reversibel :

Tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem sehingga :

Entalpi pada proses adiabatis reversibel :
Entalpi proses adiabatis reversibel adalah massa dikali panas jenis tekanan konstan dan dikali dengan delta temperatur. Dari mana asalnya coba turunin sendiri. Petunjuk dQ = 0 untuk proses ini.

BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Gas ideal adalah gas teoritis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi, PV = n R T. Gas nyata adalah gas yang tidak mematuhi persamaan dan hukum gas lainya di semua kondisi suhu dan tekanan, v1/n1=v2/n2. Energi dalam ialah jumlah energi kinetik seluruh partikel gas, U = Ek = 3/2 N.k.T atau U = 3/2 n.R.T. Kapasitas kalor C suatu zat menyatakan banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 kelvin. Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai, C = Q/ΔT atau Q = CΔT. Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T1 = T2 . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0. Proses adiabatis reversibel adalah proses termodinamika dimana tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (adiabatis) dan proses ini mampu balik (reversibel) artinya tidak ada hambatan atau gesekan.

3.2 Saran
Dengan adanya makalah ini, penulis berharap makalah ini dapat dijadikan sebagai bahan referensi dalam memahami dunia fisika khususnya mengenai termodinamika. Makalah ini juga dapat dijadikan sebagai bahan ajar. Dan mudah-mudahan dapat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari.

Daftar Pustaka
http://www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan
http://www.gudangmateri.com/2010/01/termodinamika.html
www.chem-is-try.org/materi.../gas-ideal-dan-gas-nyata/
www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan
www.tekim.undip.ac.id/staf/ratnawati/files/2010/.../bab-4-persamaan-keadaan.pptx

Makalah GAS IDEAL

Recommend Documents