di dalam sebuah ruangan yang bersuhu 600 k terdapat molekul gas co. derajat kebebasan yang dimiliki gas diatomik tersebut adalah

TEORI KINETIK GAS

I. STANDAR KOMPETENSI
Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor

II. KOMPETENSI DASAR
Menganalisis persamaan umum gas ideal, menurunkan rumusan energi kinetik rata-rata tiap partikel, serta menurunkan prinsip ekuipartisi energi

III. INDIKATOR
· Menulis persamaan umum gas ideal
· Memformulasikan asas ekuipartisi energi
· Menjelaskan tekanan dan energi kinetik menurut teori kinetik gas
· Menerapkan hukum-hukum fisika untuk gas ideal pada persoalan fisika sehari-hari

IV. MATERI
Teori kinetik merupakan suatu teori yang secara garis besar adalah hasil kerja dari Count Rumford (1753-1814), James Joule (1818-1889), dan James Clerk Maxwell (1831-1875), yang menjelaskan sifat-sifat zat berdasarkan gerak acak terus menerus dari molekul-molekulnya. Dalam gas misalnya, tekanan gas adalah berkaitan dengan tumbukan yang tak henti-hentinya dari molekul-molekul gas terhadap dinding-dinding wadahnya.
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.
A. Sifat-Sifat Gas Ideal
Gas yang paling sederhana dan mendekati sifat-sifat gas sejati adalah gas ideal. Adapun sifat-sifat gas ideal diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Gas terdiri dari molekul-molekul yang sangat banyak, dengan jarak pisah antar molekul lebih besar dari ukuran molekul. Hal ini meunjukkan bahwa gaya tarik antar molekul sangat kecil dan diabaikan.
2. Molekul-molekul gas bergerak acak ke segala arah sama banyaknya dan memenuhi hukum Newton tentang gerak
3. Molekul-molekul gas hanya bertumbukan dengan dinding tempat gas secara sempurna
4. Dinding wadah adalah kaku sempurna dan tidak akan bergerak

B. Persamaan Umum Gas Ideal
Persamaan umum gas ideal dapat dituliskan :
PV = nRT
dengan :
P = tekanan gas (N/m2 = Pa)
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

CONTOH SOAL
Sebuah tabung bervolume 590 liter berisi gas oksigen pada suhu 20°C dan tekanan 5 atm. Tentukan massa oksigen dalam tangki ! (Mr oksigen = 32 kg/kmol)
Penyelesaian :
Diketahui :
V = 5,9 . 10-1 m3
P = 5 . 1,01 . 105 Pa
T = 20°C = 293 K
Ditanyakan :
m = ….?
Jawaban :
PV = nRT dan n = M / Mr sehingga :
PV = mRT / Mr
m = PVMr / RT
= 5. 1,01 . 105 .0,59 . 32 / 8,314 . 293
= 3,913 kg

C. Hukum-Hukum pada Gas Ideal
1. Hukum Boyle
Hukum Boyle menyatakan bahwa dalam ruang tertutup pada suhu tetap, tekanan berbanding terbalik dengan volume gas, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan :
PV = konstan
dengan :
P = tekanan gas (N/m2)
V = volume gas (m3)

CONTOH SOAL
Tangki berisi gas ideal 6 liter dengan tekanan 1,5 atm pada suhu 400 K. Tekanan gas dalam tangki dinaikkan pada suhu tetap hingga mencapai 4,5 atm. Tentukan volume gas pada tekanan tersebut !
Penyelesaian :
Diketahui :
V1 = 6 liter
P1 = 1,5 atm
T1 = 400 K
P2 = 4,5 atm
T2 = 400 K
Ditanyakan :
V2 = ….?
Jawaban :
P1V1 = P2V2
V2 = P1V1 / P2
= 1,5 . 6 / 4,5
= 2 liter

2. Hukum Gay-Lussac
Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa “Dalam ruang tertutup dan volume dijaga tetap, tekanan gas akan sebanding dengan suhu gas”. Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, menjadi :
P / T = konstan
dengan :
P = tekanan gas ( N/m2)
T = suhu gas (K)

CONTOH SOAL
Udara dalam ban mobil pada suhu 15°C mempunyai tekanan 305 kPa. Setelah berjalan pada kecepatan tinggi, ban menjadi panas dan tekanannya menjadi 360 kPa. Berapakah temperatur udara dalam ban jika tekanan udara luar 101 kPa ?
Penyelesaian :
Diketahui :
T1 = 288
P1 = 305 + 101 = 406 kPa
P2 = 360 +101 = 461 kPa
Ditanyakan :
T2 = ….?
Jawaban :
P1 / T1 = P2 / T2
406 / 288 = 461 / T2
T2 = 327 K
= 54°C