Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.
SIFAT-SIFAT GAS IDEAL
- Berlaku hukum Newton tentang gerak
- Partikel gas selalu bergerak secara acak atau sembarangan.
- Tidak ada gaya tarik menarik/interaksi antarmolekul.
- Ukuran molekul gas dapat diabaikan terhadap ukuran ukuran ruangan tempat gas berada.
- partikel gas terdistribusi merata dalam ruangan.
- Tumbukan antar partikel bersifat lenting sempurna.
PERSAMAAN UMUM GAS IDEAL
Dirumuskan sebagai berikut:\[ P V = n R T = N k T\]Keterangan:
P = tekanan gas ideal (N/m2)
V = volume gas ideal(m3)
N = jumlah molekul zat
n = jumlah mol
k = konstanta Boltzmann(dimana k = 1,38 x 10-23J/K)
R = konsanta gas umum (dimana R=8,31J/Mol K)
T = suhu gas ideal (K)
HUKUM-HUKUM GAS IDEAL
ISOTERMIK
Adalah Proses pada SUHU TETAP (Isoterik) sehingga perkalian tekanan dan volume selalu tetap.\[P_{1}.V_{1} = P_{2}.V_{2}\]
ISOBAR
Adalah Proses pada TEKANAN TETAP (isobar) sehingga hasil bagi volume terhadap suhu akan selalu bernilai tetap.\[ \frac{V_{1}}{T_{1}} = \frac{V_{2}}{T_{2}}\]
ISOKHORIK
Adalah Proses pada VOLUME TETAP (isokhorik = isovolum) sehingga hasil bagi tekanan terhadap suhu akan selalu bernilai tetap.\[\frac{P_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2}}{T_{2}}\]
HUKUM BOYLE - GAY LUSSAC
Adalah Proses pada suhu, tekanan dan volune berubah, sehingga hasil kali tekanan dengan volume bagi suhu akan selalu bernilai tetap.\[ \frac{P_{1}.V_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2}.V_{2}}{T_{2}}\]
KECEPATAN DAN ENERGI
Kecepatan rata-rata partikel gas:\[ \small V_{rms}=\sqrt{\frac{3kT}{m}}\]
maka energi kinetik menjadi:\[\small E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{3}{2}kT\]
maka energi kinetik menjadi:\[\small E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{3}{2}kT\]
Keterangan:
N = jumlah partikel zat
Ek = energi kinetik rata-rata(J)
Mo= massa partikel gas (kg)
Mr = massa molekul relatif (kg/mol)
ρ = massa jenis gas ideal(kg/m3)
k = konstanta Boltzmann(dimana k = 1,38 x 10-23J/K)
R = konsanta gas umum (dimana R=8,31J/Mol K)
T = suhu (Kelvin)
Energi Dalam
Yaitu energi kinetik partikel gas yang terdapat di dalam suatu ruang tertutup\[U = N.Ek = Nf\left (\frac{kT}{2} \right )\]Keterangan:
f = derajat kebebasan
monoatomic( f=3 seperti He , Ne, dan Ar)
diatomi seperti H2,O2,N2
Suhu rendah (T = ±250k ), f=3
Suhu rendah (T = ±500k), f=5
Suhu tinggi (T= ± 1000 k ), f=7
CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN GAS IDEAL
01. 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 sebelum dan setelah V dan T diubah adalah:
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: \[\small \\\frac{P_{1}V_{1}}{T_{1}}=\frac{P_{2}V_{2}}{T_{2}} \\\frac{P.V}{T}=\frac{P_{2}.\frac{3}{2}V}{2T} \\\frac{P_{2}}{P}=\frac{3}{4}\]
02. Dalam wadah tertutup terdapat 2 liter gas pada suhu 27oC dan bertekanan 2 atm. Jika tekanan ditambah 2 atm pada kondisi isokhorik maka suhu gas menjadi….
Jawaban WOW Pak Dimpun: \[\small \\\frac{P_{1}}{T_{1}}=\frac{P_{2}}{T_{2}} \\\frac{2}{300K}=\frac{4}{T_{2}} \\T_{2}=600K\\T_{2}=600-273=327^{o}C\]
03. Tekanan suatu gas ideal dalam suatu tabung dilipat duakan dengan volume dipertahankan tetap. Jika gas dianggap bersifat ideal maka perbandingan kelajuan rms (Vrms) keadaan akhir dan keadaan awal adalah….
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:Tekanan dilipat duakan pada volumr tetap, maka suhu menjadi dua kali semula.\[\small \\\frac{P_{1}}{T_{1}}=\frac{P_{2}}{T_{2}} \\\frac{P_{1}}{T_{1}}={2P_{1}}{T_{2}} \\T_{2}=2T_{1}\] akibadnya Vrms menjadi:\[\small \\\frac{V_{1}}{V_{2}}=\sqrt{\frac{T_{1}}{T_{2}}}\\ \frac{V_{1}}{V_{2}}=\sqrt{\frac{T_{1}}{2T_{1}}}\\ V_{2}=\sqrt{2}V_{1}\]
04. Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai Ek=3/2kT, T menyatakan 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
\[\small E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{3}{2}kT\]Makin tinggi suhu gas, gerak partikel makin cepat
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
\[\small E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{3}{2}kT\]Makin tinggi suhu gas, gerak partikel makin cepat
05. Suhu gas dalam ruang bertutup adalah 27oC. Jika energi kinetik partikel gas diubah menjadi 4 kali semula, suhunya menjadi..
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:\begin{align*}E_k&=\frac{3}{2}kT\\\textrm{ maka:}&...\\\frac{Ek_1}{Ek_2}&=\frac{T_1}{T_2}\\ \frac{Ek_1}{4Ek_1}&=\frac{300}{T_2}\\T_{2}&=1200K\\T_{2}&=927^oC\end{align*}
06. Sejumlah gas ideal dalam tabung tertutup dipanaskan secara isokhorik sehingga suhunya naik menjadi 4 kali suhu semula. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal menjadi…
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: \[\small \\E_{k}=\frac{3}{2}kT\\\\\textrm{maka}\\\\ \frac{E_{k1}}{E_{k2}}=\frac{T_{1}}{T_{2}}\\\frac{E_{k1}}{E_{k2}}=\frac{T_{1}}{4T_{1}}\\ E_{k2}=4{E_{k1}}\]
07. Suatu gas ideal dengan tekanan P volume V dalam ruangan tertutup. Jika tekanan gas dalam ruangan tersebut diturunkan menjadi ¼ kali semula pada volume tetap maka perbandingan energi kinetik sebelum dan sesudah penurunan tekanan adalah….
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\small \\\frac{P_{1}}{T_{1}}=\frac{P_{2}}{T_{2}}\\\frac{P_{1}}{T_{1}}=\frac{\frac{1}{4}P_{1}}{T_{2}}\\T_{2}=\frac{1}{4}T_{1}\]sehingga\[\small \\\frac{E_{k1}}{E_{k2}}=\frac{T_{1}}{T_{2}}\\ \\\frac{E_{k1}}{E_{k2}}=\frac{T_{1}}{\frac{1}{4}T_{1}}\\ E_{k2}=\frac{1}{4}{E_{k1}}\]
8. Sejumlah gas ideal mengalami proses isokhorik sehingga. ....
A. Kecepatan semua molekul sama
B. Tekanan gas tetap
C. Gas tidak melakukan usaha
D. Tidak memiliki energi dalam
E. Suhu gas tetap
Penyelesaian Fisika:
A. Kecepatan semua molekul sama
B. Tekanan gas tetap
C. Gas tidak melakukan usaha
D. Tidak memiliki energi dalam
E. Suhu gas tetap
Penyelesaian Fisika:
Gas ideal dalam ruang tertutup mengalami proses isokhorik maka perubahan volume sama dengan NOL, sehingga gas tidak melakukan usaha
