TEORI KINETIK GAS

Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori

ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara

keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut.

SIFAT GAS UMUM

1. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.

2. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

SIFAT GAS IDEAL

1. Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa

bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.

2. Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran

partikel gas dapat diabaikan.

3. Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya

adalah elastis sempurna.

4. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

PERSAMAAN GAS IDEAL DAN TEKANAN (P) GAS IDEAL

P V=n RT=NKT

n = N/No

T = suhu (ºK)
R = K . No = 8,31 )/mol. ºK
N = jumlah pertikel

P = (2N / 3V) . Ek→ T = 2Ek/3K

V = volume (m3)
n = jumlah molekul gas
K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/ºK
No = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023/mol

ENERGI TOTAL (U) DAN KECEPATAN (v) GAS IDEAL

Ek = 3KT/2
U = N Ek = 3NKT/2
v =√(3 K T/m) =√(3P/ρ)

dengan:

Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal

U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal

v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal
m = massa satu mol gas
p = massa jenis gas ideal

Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:

1. Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
2. Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
3. Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
4. Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .
5. Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.

Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:

Pada (n, T) tetap,(isotermik)

berlaku Hukum Boyle: PV = C

Pada (n, V) tetap,(isokhorik)

berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C

Pada (n,P) tetap,(isobarik )

berlaku Hukum Gay-Lussac:

V/T= C

Padan tetap,berlak u Hukum

Boyle-Gay-Lussac: PV/T=C

C = konstan

Jadi:

(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2=...dst.

Contoh:

1. Berapakah kecepatan rata-rata dari partikel-partikel suatu gas dalam keadaan normal,

jika massa jenis gas 100 kg/m3 dan tekanannya 1,2.105 N/m2?

Jawab:

PV = 2/3 Ek
PV = 2/3 . 1/2 . m v2 = 1/3 m v2
v2 = (3PV)/m = (3 P)/(m/V) = 3P/ρ

v =√3P/ρ =√3.1,2.105/100 = 60 m/det

2. Suatu gas tekanannya 15 atm dan volumenya 25 cm3 memenuhi persamaan PV - RT. Bila
tekanan gas berubah 1/10 atm tiap menit secara isotermal. Hitunglah perubahan volume
gas tiap menit?

Jawab:

Persamaan PV = RT jelas untuk gas ideal dengan jumlah mol gas n = 1. Jadi kita ubah

persamaan tersebut menjadi:

P∆V + V∆P = R∆T (cara differensial parsial)

15 .∆V + 25. 1/10 = R . 0→ AV = -25 /15.10 = -1/6 cm3/menit

Jadi perubahan volume gas tiap menit adalah 1/6 cm3,dimana tanda (-) menyatakan gas

menerima usaha dari luar (dari sekelilingnya).

Hukum I Termodinamika

1.Hukum ini diterapkan pada gas, khususnya gas ideal

PV = n R T

P .∆V + -V .∆P = n R∆T

2. Energi adalah kekal, jika diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul.

3. Usaha tidak diperoleh jika tidak diberi energi dari luar.

4.Dalam suatu sistem berlaku persamaan termodinamika I:

∆Q= ∆U+ ∆W

∆Q = kalor yang diserap
∆U = perubanan energi dalam
∆W = usaha (kerja) luar yang dilakukan

DARI PERSAMAAN TERMODINAMIKA I DAPAT DIJABARKAN:

Pada proses isobarik (tekanan tetap)→ ∆P = 0; sehingga,

∆W=P . ∆V = P (V2 - V1) →P. ∆V = n .R ∆T

∆Q=n. Cp . ∆T

∆U-= 3/2 n . R . ∆T

→maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)

Pada proses isokhorik (Volume tetap)→ ∆V =O; sehingga,

∆W=0 → ∆Q= ∆U

∆Q=n. Cv . ∆T

AU = 3/2 n . R .∆T

→ maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)

Pada proses isotermik (temperatur tetap):→ ∆T = 0 ;sehingga,

∆U =0 → ∆Q= ∆W = nRT ln (V2/V1)

Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem dengan

sekelilingnya)→ ∆Q = 0 Berlaku hubungan::

PVγ = konstan→ γ = Cp/Cv ,disebut konstanta Laplace

Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah

garis proses.

Usaha pada proses a→ b adalah luas abb*a*a

Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik→ penurunan adiabatik lebih curam

dan mengikuti persamaan PVγ= C.

Jadi:
1. jika∆P >∆V, maka grafik adiabatik.
2. jika∆P =∆V, maka grafik isotermik.

Catatan:

1.Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan

naik. Sehingga ∆Q, ∆W →(+).

2.Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi

dalam akan turun. Sehingga ∆Q, ∆W →(-).

3.Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah

U = Ek = 3/2 nRT→ γ = 1,67

4.Untuk gas diatomik (H2, N2, dll), energi dalam (U) gas adalah

Suhu rendah

(T≤ 100ºK)

U = Ek = 3/2 nRT

→ γ = 1,67

Suhu sedang

U = Ek =5/2 nRT

→ γ = 1,67

Suhu tinggi

(T > 5000ºK)

Tidak mungkin membuat
suatu mesin yang
bekerja secara terus-
menerus serta
rnengubah semua kalor
yang diserap menjadi
usaha mekanis.

T1 > T2, maka usaha

mekanis:

W=Q1 - Q2

η = W/Q1 = 1 - Q2/Q1

→ Cp - CV=R

= 1 - T2/T1

T1 = reservoir suhu
tinggi
T2 = reservoir suhu
rendah
Q1 = kalor yang masuk

Q2 =kalor yang dilepas
W = usaha yang
dilakukan

η = efesiensi mesin

Untuk mesin pendingin:

η = W/Q2 = Q1/Q2 -1

= T1/T2 - 1

Koefisien Kinerja= 1/η

Read more »