TEORI KINETIK GAS

1. TEORI KINETIK GAS & HUKUM I TERMODINAMIKA

2. Model Gas Ideal • Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar • Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang • Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah • Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran partikel • Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila bertumbukan • Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding) bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat • Hukum Newton tentang gerak berlaku

3. Persamaan Keadaan Gas Ideal P = Tekanan gas [N.m-2] V = Volume gas [m3] n = Jumlah mol gas [mol] N = Jumlah partikel gas NA = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023 R = Konstanta umum gas = 8,314 J.mol-1 K-1 kB = Konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J.K-1 T = Temperatur mutlak gas [K]

4. Tekanan Gas Ideal Tinjau N buah partikel suatu gas ideal dalam kotak, masing-masing dengan kecepatan: ………….

5. Tinjau 1 partikel ... • Kecepatan partikel mula2: • Kecepatan partikel setelah menumbuk dinding kanan (asumsi: tidak ada tumbukan antar partikel): • Perubahan momentum partikel: • Selang waktu partikel tsb dua kali menumbuk dinding kanan: • Besarnya momentum yg diberikan partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:

6. Bagaimana dengan N partikel ? • Besarnya momentum total yg diberikan N buah partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu: • Tekanan gas pada dinding kanan: • Tetapi dan • sehingga

7. Energi kinetik translasi partikel gas Temperatur Gas Ideal Dari persamaan dan persamaan gas ideal sehingga atau dan

8. Energi Dalam Gas Ideal Dari hubungan terakhir di atas dapat dituliskan yaitu energi kinetik gas, yg juga merupakan energi total dan energi dalam gas kapasitas Panas Kapasitas kalor pada volume tetap: atau kapasitas kalor pd tekanan tetap: Perbandingan CP dan CV adalah suatu konstanta:

9. Persesuaian dengan hasil eksperimen hanya terdapat pada gas mulia monoatomik saja ! Bandingkan dengan hasil eksperimen ... Dilakukan sekitar suhu 300-600 K

10. Penyimpangan nilai CP dan CV pada gas-gas selain gas mulia monoatomik ? • Penyimpangan nilai CV, CP dan  pada gas-gas selain gas monoatomik (tabel) disebabkan oleh kontribusi energi kinetik rotasi dan vibrasi disamping energi kinetik translasi. • Contoh molekul diatomik (misalnya H2, O2, NaCl, dll.)

11. Kontribusi tambahan pada energi kinetik translasi (thd sub-x, y dan z) diasosiasikan dengan energi kinetik rotasi (thd sb-x dan z) dan energi kinetik vibrasi (thd sb-y): Ix = Iz : momen inersia thd sb x & z K : Konstanta “pegas” M : Massa tereduksi m1 dan m2 • Energi (kinetik) total gas diatomik:

12. Asas Ekipartisi Energi • Asas Ekipartisi Energi: untuk tiap derajat kebebasan yang energinya berbanding dengan kuadrat variabel bebasnya, energi rata-ratanya adalah 1/2 kBT • Jadi untuk molekul gas diatomik: ; ; Dari tabel, hasil eksperimen utk gas diatomik,   1,40 !

13. Pada temperatur rendah molekul diatomik (H2) hanya bertranslasi saja; pada temperatur kamar molekul H2bertranslasi dan berotasi; pada temperatur tinggi molekul H2bertranlasi, berotasi dan bervibrasi. translasi rotasi vibrasi Ketidaksesuaian dgn hasil eksperimen? • Pada kenyataannya, CV gas diatomik bergantung pada suhu! • Hasil eksperimen CV dari gas H2*) *) Gambar diambil dari buku Halliday Resnick, FISIKA, edisi ketiga, jilid 1, hal. 787

14. Hukum Pertama Termodinamika • Panasneto yang ditambahkanpadasuatusistemsamadenganperubahanenergi internal sistemditambahusaha yang dilakukanolehsistem. Q = ΔU + W atau ΔU = Q - W Q = +  panasmasukkesistem -  panaskeluardarisistem U = energi internal sistem W = +  usahadilakukanolehsistem -  usahadilakukanpadasistem

15. contoh • Sebuah pemanas air menggunakan listrik sebagai sumbernya digunakan untuk memanaskan 3 kg air pada 80oC. Usaha yang diberikan filamen pemanas 25 kJ sementara panas yang terbuang karena konduksi sebesar 15 kkal. Berapa perubahan energi internal sistem? Panas terbuang 15 kkal = 62,7 kJ ΔU = Q - W ΔU = -62,7 kJ – (-25 kJ)  ΔU = -37,7 kJ

16. Usaha dan diagram PV untuk gas • Usaha = luas daerah di bawah kurva

17. Contoh • Sejumlah gas ideal dipanaskan pada tekanan tetap 2.104 N/m2. Sehingga volumenya berubah dari 20 m3 menjadi 30m3, usaha luar yang dilakukan gas selama ekspansi adalah….

18. A B Proses Isotermal • Selama proses temperatur sistem tetap konstan Hk. Termodinamika ke-1: U = Q – W = 0 W = Q

19. Proses Adiabatik • Selama proses tidak terjadi transfer panas yang masuk atau keluar sistem Q = 0 Hk. ke-1: U = Q – W = 0 U = - W

20. Proses Isobarik • Selama proses tidak terjadi perubahan tekanan pada sistem

21. Proses Isokhorik • Selama proses volume sistem tidak mengalami perubahan • Disebut juga proses: volume konstan, isometrik, isovolumik  V = 0 , jadi W = 0 Hk. ke-1: U = Q – W = 0 U = Q

22. Contoh • Terdapat 1 mol gas ideal mula-mulatekanannya 3 atm, volumenya 1 L danenergidalamnya 456 J. Gas kemudianberekspansipadatekanantetapsampaivolumenya 3 L, kemudiandidinginkanpada volume konstansampaitekanannyamenjadi 2 atm. (a) Tunjukkanproses yang dialami gas dalam diagram p–V, (b) hitunglahusaha yang dilakukan gas, (c) hitunglahkalor yang ditambahkanpada gas selamaprosestersebut.