TEORI KINETIK GAS

teori kinetik gas
hukum Boyle, Charles, dan GayLussac
Persamaan umum gas ideal
Energi kinetik rata-rata
Kecepatan efektif gas
Energi dalam gas

Pada pertengahan abad ke-19, ilmuwan mengembangkan suatu teori baru untuk menggantikan teori kalorik. Teori ini bedasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel sangat kecil yang selalu bergerak. Bunyi teori Kinetik adalah sebagai berikut:

             Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.

Teori Kinetik (atau teori kinetik pada gas) berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh denyut-denyut statis 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 atau Teori Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas.

A. Gas Ideal

Pada teori kinetik gas diberikan jembatan antara tinjauan gas secara mikroskopik dan makrokospik. Hukum-hukum gas seperti hukum Boyle, Charles, dan GayLussac, menunjukkan hubungan antara besaran-besaran mikrokospik dari berbagai macam proses serta perumusannya. Kata kinetik berasal dari adanya anggapan bahwa molekul-molekul gas selalu bergerak. Dalam teori kinetik gas, kita akan membahas tentang perilaku partikel-partikel gas dalam ruang yg terbatas. Partikel-partikel gas ini kita anggap sebagai sebuah bola yg selalu bergerak. Tiap-tiap partikel bergerak dengan arah sembarang dan dimungkinkan terjadi tumbukan antar masing-masing partikel atau antara partikel dengan dinding ruang. Tumbukan yg terjadi tersebut berupa tumbukan lenting sempurna.

Dengan sifat tumbukan yg demikian, maka tidak ada proses kehilangan energi yg dimiliki partikel gas pada saat terjadi tumbukan. Gas yg tersusun atas partikel-partikel dengan perilaku seperti anggapan di atas pada kenyataannya tidak ada. Dalam bahasan teoritik, diperlukan objek gas yg sesuai dengan anggapan tersebut. Objek gas ini disebut sebagai gas ideal.

Gas yang kita pelajari adalah gas ideal, yaitu gas yang secara tepat memenuhi hukum-hukum gas. Dalam keadaan nyata, tidak ada gas yang termasuk gas ideal, tetapi gas-gas nyata pada tekanan rendah dan suhunya tidak dekat dengan titik cair gas, cukup akurat memenuhi hukum-hukum gas ideal.

Sifat-sifat gas ideal, antara lain, sebagai berikut:

1.  Gas terdiri atas partikel-partikel padat kecil yang bergerak dengan kecepatan tetap dan dengan arah sembarang.

2.  Masing-masing partikel bergerak dalam garis lurus, gerakan partikel hanya dipengaruhi oleh tumbukan antara masing-masing partikel atau antara partikel dan dinding. Gaya tarik-menarik antarpartikel sangat kecil sekali dan dianggap tidak ada (diabaikan).

3.   Tumbukan antara masing-masing partikel atau antara partikel dengan dinding adalah tumbukan lenting sempurna.

4.   Waktu terjadinya tumbukan antarpartikel atau antara partikel dengan dinding sangat singkat dan bisa diabaikan.

5.   Ukuran volume partikel sangat kecil dibandingkan ukuran volume ruang tempat partikel tersebut bergerak.

6.    Berlaku hukum Newton tentang gerak.

   
B.     PersamaanUmum Gas Ideal

Persamaan umum gas ideal dapat dituliskan :

PV = nRT

dengan :

P = tekanan gas (N/m² = P_a)

V = volume gas (m³)

n = jumlah mol gas (mol)

T = suhu gas (K)

R = tetapan umum gas = 8,314 J/mol K

           Persamaan umum gas ideal tersebut di atas dapat juga dinyatakan dalam bentuk :

n    = N / NA

PV = nRT

PV = NRT / NA   dengan R / NA = k

Maka diperoleh :

PV = NkT

k    = tetapan Boltzman

      = 1,38 . 10^-23J/k

Ringkasan teori kinetik gas

klik di sini -> SOAL TEORI KINETIK GAS

Di bawah ini adalah langkah penyelesaian soal teori kinetik gas pada soal di atas (klik di sini -> SOAL TEORI KINETIK GAS) untuk nomor 9 sampai 14.

 

 

SOAL TEORIKINETIK GAS dan TERMODINAMIKA

Soal Pilihan Ganda

1.      Soal No.1 (UN 2014)

1.   Suatu gas ideal berada dalam suatu bejana tertutup dengan tekanan P, volume V, dan suhu T. Jika suatu saat suhu diubah menjadi 2T dan volumenya menjadi 3/2 V maka perbandingan tekanan awal dan akhir setelah V dan T diubah adalah...

           A.     1 : 3

           B.     1 : 2

           C.     2 : 3

           D.     3 : 4

           E.      4 : 3

2.      Soal No.2 (UN 2012)

Dalam wadah tertutup terdapat 2 liter gas pada suhu 27 °C dan bertekanan 2 atm. Jika tekanan ditambah 2 atm pada kondisi isokhorik maka suhu gas menjadi...

            A.     600 °C

            B.     450 °C

            C.     327 °C

            D.     300 °C

            E.      54 °C

3.      Soal No. 4 (UN 2010)

Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai Ek = 3/2 kT, T rnenyatakan suhu mutlak dan E menyatakan energi kinetik rata-rata molekul gas. Berdasarkan persamaan di atas....

            A.     Makin tinggi suhu gas, energi kinetiknya makin kecil

            B.     Makin tinggi suhu gas, gerak partikel gas makin lambat

            C.     Makin tinggi suhu gas, gerak partikel makin cepat

            D.     Suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas

            E.      Suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas

4.      16 gram gas Oksigen (M = 32 gr/mol) berada pada tekanan 1 atm dan suhu 27 ^oC. Tentukan volume gas (8,314 J/mol.K)

            A.     0,0125 m³

            B.     0,0215 m³

            C.     0,0152 m³

            D.     0,0251 m³

            E.      0,0521 m³

5.      Di dalam ruang tertutup suhu suatu gas 27°C, tekanan 1 atm dan volume 0,5 liter. Jika suhu gas dinaikkan menjadi 327°C dan tekanan menjadi 2 atm, maka volume gas menjadi....
A. 1 liter
B. 0,5 liter
C. 0,25 liter
D. 0,125 liter
E. 0,0625 liter

6.      Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m³. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

           A.     5,05 x 10⁶ joule

           B.     5,05 x 10⁵ joule

           C.     5,05 x 10⁴ joule

           D.     5,05 x 10³ joule

           E.      5,05 x 10² joule

7.      Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J

8.      Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!

Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ

9.      Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di bawah ini.

Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800
E. 1000

10.  Suatu mesin memiliki suhu reservoir tinggi 400°C dan suhu reservoir rendah 70°C. Hitunglah efisiensi mesin tersebut!

A.     29 %

B.     39 %

C.     49 %

D.     59 %

E.      69 %

Soal di atas bisa didownload, klik:
DOWNLOAD SOAL, klik di sini