Halaman
165Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaPernahkah Anda bermain tenismeja? Mungkin Anda pernah meng-injak bola tenis meja dan bola menja-di penyok. Jika tidak ada gantinyadan permainan ingin dilanjutkan,maka apa yang harus Anda dilaku-kan? Anda dapat menggunakan airpanas untuk mengembalikan bolaseperti semula. Caranya sederhana,Anda tinggal memasukkan bola kedalam air panas tersebut. Sesaat se-telah itu bola akan kembali ke ben-tuk semula dan permainan bisa di-lanjutkan.Mengapa bola bisa mengembang lagi? Apa yang terjadi dengan gas yangada di dalam bola pada saat dipanaskan? Pada bab ini Anda akan mem-pelajari tentang gas ideal dan termodinamika. Gas ideal merupakan gas yangsecara tepat memenuhi hukum-hukum gas. Sedangkan termodinamikamerupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari energi (terutama energipanas) dan transformasinya.BAB 9Setelah mempelajari materi pada bab ini, diharapkan Anda mampu mendiskripsikan,menganalisis, dan menyelesaikan permasalahan yang terkait dengan sifat-sifat gasideal monoatomik serta perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukumtermodinamika.Tujuan PembelajaranKata Kunci• Energi Dalam• Gas Ideal• Entropi• Ekipartisi• Kapasitas Kalor• Siklus CarnotTEORI KINETIK GAS DANTERMODINAMIKAGambar 9.1 Pemahaman fisika dapatdimanfaatkan untuk mengatasi masalahtentang penyoknya bola ping-pong.Sumber: Encarta Enclycopedia, 2006.
Fisika SMA / MA Kelas XI166Untuk mempermudah mempelajari materi pada bab ini, coba Andaperhatikan peta konsep berikut!Teori Kinetima Gasdan TermodinamikaTermodinamikaHukum ITermodinamikaHukum IITermodinamikaPerubahan Keadaan GasEnergi Dalam GasUsaha Luas GasPenerapanMesin KalorTeori Kinetik GasSifat Gas IdealMonoatomikKoordinatKuadran Sistem
167Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaA. Teori Kinetik GasTeori kinetik gas memberikan jembatan antara tinjauan gas secaramikroskopik dan makrokospik. Hukum-hukum gas seperti hukum Boyle,Charles, dan Gay Lussac, menunjukkan hubungan antara besaran-be-saran mikrokospik dari berbagai macam proses serta perumusannya.Kata kinetik berasal dari adanya anggapan bahwa molekul-molekul gasselalu bergerak.Dalam teori kinetik gas, kita akan membahas tentang perilaku par-tikel-partikel gas dalam ruang yang terbatas. Partikel-partikel gas ini kitaanggap sebagai sebuah bola yang selalu bergerak. Tiap-tiap partikelbergerak dengan arah sembarang dan dimungkinkan terjadi tumbukanantarmasing-masing partikel atau antara partikel dengan dinding ruang.Tumbukan yang terjadi tersebut berupa tumbukan lenting sempurna.Dengan sifat tumbukan yang demikian, maka tidak ada proses kehi-langan energi yang dimiliki partikel gas pada saat terjadi tumbukan.Gas yang tersusun atas partikel-partikel dengan perilaku sepertianggapan di atas pada kenyataannya tidak ada. Dalam bahasan teoritik,diperlukan objek gas yang sesuai dengan anggapan tersebut. Objek gasini disebut sebagai gas ideal. Sifat-sifat gas ideal, antara lain, sebagai berikut.1. Gas terdiri atas partikel-partikel padat kecil yang bergerak dengankecepatan tetap dan dengan arah sembarang.2. Masing-masing partikel bergerak dalam garis lurus, gerakan partikelhanya dipengaruhi oleh tumbukan antara masing-masing partikelatau antara partikel dan dinding. Gaya tarik-menarik antarpartikelsangat kecil sekali dan dianggap tidak ada (diabaikan).3. Tumbukan antara masing-masing partikel atau antara partikeldengan dinding adalah tumbukan lenting sempurna.4. Waktu terjadinya tumbukan antarpartikel atau antara partikeldengan dinding sangat singkat dan bisa diabaikan.5. Ukuran volume partikel sangat kecil dibandingkan ukuran volumeruang tempat partikel tersebut bergerak.6. Berlaku hukum Newton tentang gerak.B.Persamaan Gas IdealSebuah balon yang dikembangkan maksimal dan diikat ujungnya,jika ditempatkan diterik matahari akan meletus. Demikian juga denganban kendaraan. Ban kendaraan dapat meletus jika diparkir diterik mata-hari dalam waktu lama. Apa yang dapat Anda pelajari dari peristiwa-peristiwa tersebut?
Fisika SMA / MA Kelas XI168CONTOH SOALHukum Boyle-Gay Lussac berlaku untuk gas ideal dalam keadaanbejana tertutup (balon yang diikat dan ban kendaraan). Persamaanhukum Boyle-Gay Lussac dapat dituliskan PVT = tetapan (konstan). Paraahli kimia menemukan bahwa tetapan (konstan) itu sebanding denganjumlah mol (n R). Oleh karena itu, persamaannya menjadi sebagai brikut.PVnRT= atau PV nRT=Simbol R selanjutnya disebut konstanta gas umum yang nilainya8,31 J/mol K atau 0,082 L atm/mol K. Persamaan ini disebut persamaangas ideal. Jika n = aNN, maka persamaan gas ideal di atas dapat ditulisaNPVRTN= = aRN()TN.Jika aRkN=, maka persamaannya menjadi PV = NkT. Nilai kmerupakan tetapan Boltzman yang nilainya 1,38 × 10–23 JK-1.Jika mnM= dengan n merupakan jumlah mol, m merupakan massatotal gas, dan M merupakan massa molekul gas, maka persamaan gasideal menjadi mPVRTM= = mRTVM. Dan jika mV=r, maka persamaannyamenjadi RTPMr=. Konstanta r merupakan massa jenis benda.Gas dalam ruang tertutup yang bervolume 20.000 liter dan suhu 27º Cmemiliki tekanan 10 atm. Tentukan jumlah mol gas yang berada dalamruang tersebut!Diketahui : V = 20.000 liter t = 27º C = 27 + 273 = 300 K P = 10 atm
169Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaDitanyakan: n = ...?Jawab:PV = nRTÞ n= PVRT= ××102 0.0000,082 300= 8.130,081 molJadi, banyaknya mol gas adalah 8.130,081 mol.C. Tekanan dan Ketetapan Gas IdealTekanan gas pada dinding bejanasama dengan besarnya momentumyang diberikan oleh molekul gas padatiap satuan luas tiap satuan waktu.Perhatikan Gambar 9.2 berikut! Misal-nya terdapat suatu molekul gas idealyang berada dalam sebuah bejanaberbentuk kubus dengan panjang sisiL. Molekul gas tersebut memiliki massam, dan kecepatan terhadap sumbu Xsebesar vx.Sebelum molekul menumbuk dinding momentumnya m × vX. Setelahmenumbuk dinding molekul berubah arahnya sehingga momentumnyamenjadi -m × vX. Jadi, setiap kali molekul menumbuk dinding, molekultersebut mengalami perubahan momentum sebesar selisih antaramomentum sebelum tumbukan dan momentum setelah tumbukanpD= p1 – p2 = (m × vX) – (-m × vX) = 2 m vX. Molekul tersebut akanmenumbak dinding untuk kedua kalinya setelah selang waktu X2LtvD=.Sehingga momentum per satuan waktu yang diberikan oleh molekul kedinding bejana adalah sebagai berikut.2XXXX2mv2mvpp2Lt2LvD===DGambar 9.2 Molekul gas dalamdinding bejana berbentuk kubus.XYZmxVxLLL
Fisika SMA / MA Kelas XI170Sebaliknya, dinding akan mengalami momentum per satuan waktuyang sama besarnya tetapi berlawanan arahnya. Jika dalam bejanaterdapat N molekul gas dengan kecepatan rata-rata vX , maka besarmomentum persatuan waktu yang diterima dinding adalah 2XXXNm vpL=.Diketahui bahwa molekul gas bergerak dalam tiga dimensi (ke segalaarah). Sesuai dengan anggapan tersebut, maka rata-rata kecepatankuadrat kelajuan pada arah sumbu X,Y, dan Z adalah sama besar(222XYZvvv==). Jadi, resultan rata-rata kuadrat kecepatan (v2) adalah2v= 222XYZvvv== = 2X3v atau 2v = 21v3.Oleh karena itu, besar momentum per satuan waktu yang diterimadinding bejana kubus adalah 22331NmvNmv13pL3Læöç÷èø==. Karena L3merupakan volume kubus (V), maka persamannya 2Nm v1p3V=atau2N1pmv3Væö=ç÷èø atau 21pVmvN3=. Jika dihubungkan dengan PV= N k T,maka persamaan berubah menjadi v =3NkTNm=3kTm atau v = 3PVNm.Dan jika dihubungkan dengan energi kinetik rata-rata (Ek = 21mv2),maka persamaan menjadi sebagai berikut.kN2PE3Væö=ç÷èøatau P V = k2EN3Keterangan:P: tekanan gas (Nm–2)N : jumlah molekulv: kecepatan (m/s)m : massa molekul (kg)V: volume gas (m3)Ek: energi kinetik (J)
171Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaUJI PEMAHAMANCONTOH SOALPada sebuah tabung tertutup yang bervolume 10 liter terdapat 20 molgas ideal dan tekanan sebesar 2 atm. Jika banyaknya molekul gasdalam tabung tersebut 10 × 1021, maka tentukan energi kinetik totalgas dalam tabung!Diketahui : V = 10 liter N = 10 × 1021 partikel P = 2 atm n = 20 molDitanyakan: Ek= ...?Jawab:P= 3pV2NÞ Ek= 213210210 10 ́ ́ ́= 21321021010 ́ ́ ́= 3 × 10-21 JJadi, energi kinetik total dalam tabung sebesar 3 × 10-21 J.Kerjakan latihan soal-soal berikut di dalam buku tugas Anda!1. Sebuah partikel yang massanya 1,35 x 10-4 g menumbuk dindingdengan kelajuan 36 km/jam. Jika tumbukkan antara partikel dandinding dianggap lenting sempurna, maka berapa besar peruba-han momentumnya?2. Dua belas partikel yang massanya sama, yaitu 4,7 x 10-3 grammenumbuk dinding secara lenting sempurna dengan kelajuan54 km/jam. Hitunglah besarnya perubahan momentum totalnya!3. Dalam selang waktu 0,75 sekon sebanyak 18 partikel yang massa-nya sama, yaitu 2,8 x 10-5 g menumbuk dinding kaca secaralenting sempurna dengan kelajuan 24 km/jam. Berapa besar gayarata-rata yang dikerjakan gas dalam selang waktu tersebut ?
Fisika SMA / MA Kelas XI172D. Kecepatan Efektif Gas IdealKarena molekul-molekul gas tidak seluruhnyabergerak dalam kecepatan yang sama, maka Andaperlu mendefinisikan arti 2v. Misalnya, di dalamsebuah bejana tertutup terdapat N1 molekul yangbergerak dengan kecepatan v1, N2 molekul yangbergerak dengan kecepatan v2, dan seterusnya,maka rata-rata kuadrat kecepatan molekul gas(2v) dapat dinyatakan melalui persamaanberikut.2v = 22 22112233ii123iN vN vN v...N vNNN...N++++++++ = 2iiiNvNååKecepatan efektif gas ideal vrms (rms = root mean square) didefinisi-kan sebagai akar dari rata-rata kuadrat kecepatan (2rmsvv= atau22rmsvv=. Mengingat bahwa 22rmsk11Evmv22==, maka persamaandapat ditulis menjadi sebagai berikut.2rms1mv2 = kT32 atau 2rmsv = 3kTmKarena k = aRN dan m = raMN, maka persamaannya menjadi:2rmsv = r3RTM Mengingat bahwa massa jenis mVr=, maka persamaan tekanangas dan kecepatan efektifnya dapat ditulis sebagai berikut.221133==rrmsrmsmPv vV ataurms3Pv=rv1v2v3v4NGambar 9.3 Molekulbergerak secara acak
173Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaCONTOH SOALUJI PEMAHAMANPada sebuah tangki yang bervolume 20 liter terdapat suatu gas yangbermassa 5,32 × 10-26 kg. Saat suhunya 27º C , tekanan gas tersebutsebesar 10 atm. Tentukan kecepatan efektif gas tersebut!Diketahui : V = 20 liter T = 27º C = 300 K P = 10 atm m = 5,32 × 10-26 kgDitanyakan: vrms=.... ?Jawab:vrms= 3kTm = −−⋅⋅⋅232631,3810 3005, 31 10= ⋅3900 1, 38105, 31= ⋅423, 39 10= 4,84 × 102 m/sJadi kecepat efektif gas tersebut adalah 484 m/sKerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Terdapat 40 mol gas ideal pada kubus kaca yang panjang ru-suknya 8 cm. Berapa banyak partikel yang terdapat di dalamkubus kaca tersebut?2. Sebanyak 40 mol gas ideal berada pada tabung kaca yangdiameternya 14 cm dan tingginya 20 cm. Jika tekanan pada tabung5 atm, maka tentukan jumlah partikel dan energi kinetik gas!3. Berapa jumlah partikel yang terdapat pada tabung berkapasitas10 liter dengan suhu 200 K dan tekanan 1,25 atm?4. Berapakah besar kecepatan efektif yang dimiliki oleh gas yangmassa partikelnya 2,6 x 10-26 kg dengan suhu 900 K?5. Berapa besarnya energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh mole-kul gas pada suhu 400 K?6. Sebanyak 45 liter gas oksigen (O2) di dalam tabung besi yangmempunyai suhu 300 K dan tekanan 12 atm. Berapakah massatiap pertikel gas dan kecepatan efektifnya?
Fisika SMA / MA Kelas XI174CONTOH SOALE.Suhu dan Energi KinetikGas IdealBagaimana suhu gas ideal jika dipandang dari sudut mikroskopiknya?Telah Anda ketahui bahwa P V = k2EN3. Jika dihubungkan denganpersamaan P V = n R T, maka dapat diperoleh persamaan berikut.n R T = k2EN3 atau T = k2NE3nRJika dihubungkan dengan persamaan pV = NKT, maka diperolehpersamaan:NKT = k2EN3 atau Ek = 3kT2atau T = k2E3k (untuk N = 1)Secara fisis persamaan T = k2E3k mempunyai arti bahwa suhu gashanya berhubungan dengan gerak partikel. Makin cepat gerak partikelgas makin tinggi suhu gas tersebut. Dan persamaan tersebut berlakuuntuk gas monoatomik.Suatu gas ideal dalam ruang tertutup yang suhunya 27° C memilikienergi kinetik partikel sebesar 150 J. Jika energi kinetiknya 300 J, makatentukanlah suhu gas sekarang!Diketahui : T1= 27° C = 27 + 273 = 300 K Ek1= 150 J Ek2= 300 JDitanyakan: T2=.... ?Jawab:21TT = 21EkEKÞ2T300 = 300150T2= ×300300150= 600 KJadi, suhu gas akhir adalah 600 K
175Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaUJI PEMAHAMANKerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Tekanan gas dalam tabung tertutup menurun 36% dari semula.Berapa % kelajuan molekul gas tersebut menurun?2. Sebuah tangki dengan volume 25 L mengandung 2 mol gasmonoatomik. Jika setiap molekul gas memiliki energi kinetik rata-rata 2,8 × 10–21 J. Tentukanlah tekanan gas dalam tangki!3. Suatu gas ideal dalam ruang tertutup memiliki energi kinetik 4Eo.Jika energi kinetiknya dijadikan Eo dan suhu gas tersebut 27° Cmaka berapa suhu gas mula-mula?4. Pada suhu tertentu, kecepatan 10 melekul gas adalah sebagaiberikut.Tentukanlah kecepatan rata-rata dan kecepatan efektif gas!F.TermodinamikaSetelah Anda mempelajari gas ideal, di mana energi yang dimilikisuatu gas dalam ruang tertutup dapat diidentifikasi dari suhunya (T).Ingat kembali rumus Ek = 32kT, persamaan ini menunjukkan bahwa energikinetik yang dimiliki tiap-tiap partikel gas dipengaruhi oleh suhu gas (T).Makin tinggi suhu gas, makin besar pula energi kinetik partikelnya.Artinya, makin tinggi suhu suatu gas, makin besar pula energi yang ter-simpan di dalamnya. Kondisi ini menghasilkan pertanyaan “Bagaimanacara menyimpan energi di dalam gas dan memanfaatkan energi tersebutdalam bentuk kerja?”. Suatu karakter dari benda gas yang menguntung-kan adalah kemampuannya dalam menyerap, menyimpan, dan mele-paskan energi yang berupa kalor.Proses penyerapan, penyimpanan, dan pelepasan kalor serta peman-faatannya untuk menghasilkan kerja akan dibahas dalam subbab termo-dinamika. Sebelum menggunakan hukum-hukum termodinamika AndaKecepatan (m/s)1 02 03 04 0Banyak molekul 3 4 2 1
Fisika SMA / MA Kelas XI176perlu mendefinisikan terlebih dahulu sistem dan lingkungan. Sistemadalah suatu benda atau keadaan yang menjadi pusat perhatian. Sedang-kan lingkungan merupakan segala sesuatu di luar sistem yang dapatmemengaruhi keadaan sistem secara langsung. Apabila antara sistemdan lingkungan memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi,maka sistemnya disebut sistem terbuka. Jika hanya terbatas pada pertu-karan energi disebut sistem tertutup. Sedangkan jika pertukaran materimaupun energi tidak mungkin terjadi, maka disebut sistem terisolasi.Sistem dan lingkungan dinamakan semesta.1. Proses TermodinamikaEnergi selalu berkaitan dengan usaha. Telah Anda ketahui bahwausaha merupakan hasil perkalian gaya dengan perpindahan (W = F × s).Pada Gambar 9.1 memperlihatkan penampang air silinder yang dida-lamnya terdapat gas piston (pengisap). Piston ini dapat bergerak bebasnaik turun. Jika luas piston A dan tekanan gas P, maka gas akan men-dorong piston dengan gaya F = P × A. Oleh karena itu, usaha yangdilakukan gas adalah W = F × sD. Jika F = P × A, maka W = P × A × sD.Dan jika VsADD=, maka persamaannya menjadi seperti berkut.W = P × VD atau W = P (V2 – V1)Keterangan:W : usaha (J)P: tekanan tetap (N/m2)V1: volume awal (m3)V2: volume akhir (m3)Gas dalam ruang tertutup dapat mengalami beberapa proses yaituproses isobarik, proses isokorik, proses isotermis, dan proses adiabatik.a. Proses IsobarikProses yang berlangsung pada te-kanan tetap dinamakan proses isobarik.Bila volume gas bertambah, berarti gasmelakukan usaha atau usaha gas positif(proses ekspansi). Jika volume gas berku-rang, berarti pada gas dilakukan usahaatau usaha gas negatif (proses kompresi).Usaha yang dilakukan oleh gas padaproses isobarik dapat dinyatakan seba-gai berikut.Gambar 9.4 Proses IsobarikPVV1V2P1 = P212
177Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaW = P × VD atau W = P (V2 – V1)Usaha yang dilakukan gas terhadap lingkungannya atau keba-likannya sama dengan luas daerah bawah grafik tekanan terhadapvolume (grafik P – V). Perhatikan Gambar 9.4!b. Proses IsokorikProses isokorik adalah proses yangdialami oleh gas di mana gas tidak menga-lami perubahan volume atau volume tetap(VD = 0). Oleh karena itu, usaha yangdilakukan gas pada proses isokorik adalahnol (W = P × 0 = 0). Perhatikan Gambar9.5!c. Proses IsotermisProses isotermas adalah proses yangdialami gas pada suhu tetap. Usaha yangdilakukan gas pada proses ini tidak dapatdihitung dengan persamaan W = P ×VD. Hal ini dikarenakan tekanannyatidak konstan. Namun, dapat disele-saikan dengan melakukan penginte-gralan (21vvWPdV=ò)Ingat, nRTPV=, maka 21vvnRTWdVV=ò. Karena n, R, dan Tkonstan, maka persamaannya menjadi seperti berikut.W= 21vvdVnRTVò = []21vvnRT lnV= []21nRT ln Vln V-21VWnRTlnVæö=ç÷èød. Proses AdiabatikPada proses isobarik, isotermis, dan isokorik dipengaruhi olehlingkungan, yaitu menerima atau melepaskan kalor. Proses adiabatikmerupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk atau keluardari sistem (gas) ke lingkungan (0)QD=. Hal ini dapat terjadi apabilaGambar 9.5 Proses IsokorikP2P121PVV1 = V2Gambar 9.6 Proses IsotermisPVP1P2V1V2
Fisika SMA / MA Kelas XI178terdapat sekat yang tidak menghantarkan kalor atau prosesnyaberlangsung cepat. Pada proses adiabatik berlaku rumus Poison.PVg = Konstan atau 1122PVPVgg=Dengan g merupakan perban-dingan kalor jenis gas pada te-kanan tetap (Cp) dan kalor jenis gaspada volum tetap (CV). Selanjutnyaperbandingan ini dinamakan te-tapan LaplacepVCCg=Untuk gas ideal (nRTPV=), persamaan adiabatik di atas dapatditulis dalam bentuk11PVg= 22PVg111nRTVVg= 222nRTVVg111TVg-= 122TVg-Adapun usaha pada proses adiabatik dapat dicari dengan carasebagai berikut.21VVWpdV=òKarena PCV-g=, maka: W =21VVCV dV-gò = ]21v1vCV1-g-g = 111CVV1-g-g--g.Karena c = 11PVg = 22PVg, maka W = 1122 211 11(P V VP V V)1g-gg-g--g22111()1WPVPVg=--Gambar 9.7 Proses AdiabatikPP1P212Proses isotermalProses adiabatikV2V1
179Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaUJI PEMAHAMANKerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Jelaskan jika pada proses isobarik, isotermis, dan isokorik berlakuhukum Gay Lussac!2. Suatu tabung tertutup yang volumenya 600 liter berisi gas berte-kanan 6 atm. Hitunglah usaha yang dilakukan oleh gas jika gasmemuai pada tekanan tetap sehingga volumenya 3 kali volumsemula dan jika gas dimampatkan pada tekanan tetap sehinggavolumenya menjadi setengah kali semula (1 atm = 105pa)!3. Apakah yang dimaksud dengan proses irreversibel dan apa pulayang dimaksud dengan proses reversibel?4. Sebuah tabung berisi 16 liter gas dengan tekanan 0,8 atm dansuhu 50 K. Jika gas dipanaskan sehingga volumenya menjadi 24liter dengan mempertahankan tekanannya (isobarik). Berapasuhu akhir yang dimiliki gas tersebut?6. Perbandingan volume gas yang dipanaskan secara isobarik adalah2 : 5. Berapakah perbandingan suhu awal dan suhu akhirnya?7 . Sejumlah gas mula-mula volumenya 12,5 liter, tekanannya 1,5 atmdan suhunya 150 K. Jika gas mengalami proses isokorik sehinggatekanannya menjadi 2 atm, maka bagaimana dengan suhunya?2. Usaha Luar (W) dan Energi Dalam (U)a. Usaha Luar (W)Sistem gas melakukan usa-ha luar apabila volume sistembertambah. Dengan bertam-bahnya volume ini, sistemmelakukan usaha untukmelawan tekanan udara diluar sistem. PerhatikanGambar 9.8! Sistem gas mula-mula berada dalam kondisi P1,V1, dan T1 berada dalam ruang yang salah satu sisinya dibatasi torak.Pada kasus ini dinding berupa dinding diatermal. Ketika sistemmenyerap kalor secara isobarik, maka akan terjadi perubahan volumesistem menjadi V2 dimana V2 > V1. Usaha luar yang dilakukan olehsistem gas dapat dijabarkan sebagai berikut.h1h2P1V1T1AAP2V2T2Gambar 9.8 Gas melakukan usaha luar.
Fisika SMA / MA Kelas XI180CONTOH SOALW= F · sKarena F = p A, maka:W = (PA)s= (PA) × (h2 – h1)= P (A h2 – A h1)= P (V2 – V1)W = P ×ΔVKeterangan:W : usaha luarP : tekanan sistemΔV : perubahan volumeSuatu sistem gas berada dalam ruang yang fleksibel. Pada awalnya gasberada pada kondisi P1 = 1,5 × 105 N/m² , T1 = 27º C, dan V1 = 12 liter.Ketika gas menyerap kalor dari lingkungan secara isobarik suhunyaberubah menjadi 127º C. Hitunglah volume gas sekarang dan besarusaha luar yang dilakukan oleh gas!Diketahui : P1= 1,5 × 105 N/m2 T1= 27 + 273 = 300 K V1= 12 liter = 1,2 × 10-2 m3 T2= 127 + 273 = 400 K P2 = P1 (isobarik)Ditanyakan: a. V2= ... ? b. W = ... ?Jawab:a. 11VT=22VTÞV2 = 21TTV1= 400300× 1,2·10-2= 1,6 × 10-2 m3Jadi, volume gas akhir sebesar 1,6 × 10-2 m3.b. W = P × ΔV = P × (V2 – V1)= 1,5 × 105 (1,6 × 10-2 – 1,2 × 10-2)= (1,5 × 105) × (0,4 × 10-2)= 0,6 × 103= 6 × 104 JJadi usaha luar yang dilakukan oleh gas sebesar W = 6 × 10² J
181Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaCONTOH SOALb. Energi Dalam (U) Gas MonoatomikCoba Anda ingat lagi pada pembahasan sebelumnya tentang teorikinetik gas. Berapa energi kinetik total yang dimiliki oleh sistem yangterdiri atas N buah partikel gas? Besarnya energi total ini disebutsebagai “energi dalam” sistem, yaitu U = N · Ek.Karena N×Ek = 32PV, maka U = 32PV dan dengan melihat lagipersamaan gas ideal pV = nRT, maka akan diperoleh persamaansebagai berikut.U = 32nRTBerdasarkan persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwasuatu sistem gas akan mengalami perubahan energi dalamnya jikamengalami perubahan suhu.Suatu gas yang berada dalam ruang yang fleksibel memiliki tekanan1,5 × 105 Pa, suhu 27º C, dan volume 12 liter. Ketika gas menyerapkalor suhunya menjadi 127º C. Hitunglah energi gas mula-mula, vol-ume gas sekarang, energi dalam sistem gas sekarang!Diketahui : P1= 1,5 × 105 PaT1= 27 + 273 = 300 K V1= 12 liter = 1,2 × 10-2 m3T2= 127 + 273 = 400 KDitanyakan: a. U1= ...? b. V2= ...? c. U2= ...?Jawab:a. U1= n R T1 = 32 P1V1= 32 (1,5 × 105) × (1,2 · 10-2)= 2,7 × 103 Jb.11VT= 22VTÞ V2= 21TTV1= 400300× (1,2 × 10-2)= 1,6 · 10-2 m3c. U2= n R T2 = 32P2V2= 32× (1,5 × 105) × (1,6 × 10-2)= 3,6 × 103 J
Fisika SMA / MA Kelas XI182UJI PEMAHAMANKerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Jika sejumlah gas berada di dalam ruang tertutup suhu, makatekanan dan volumenya berubah. Bagaimana pengaruhnya antarabesaran yang satu dengan besaran yang lain?2. Gas dalam ruang tertutup yang semula volumenya 24 liter,tekanannya 1,5 atm dan suhunya 200 K ditekan secara ideal denganvolume tetap. Jika tekanannya berubah menjadi 3 atm, makabagaimana dengan suhunya?3. Dengan mengusahakan tekanannya tetap, gas dari 36 liter, suhu140 K dan tekanan 1,5 x 103 N/m2 volumenya diubah menjadi 9liter. Berapa suhu yang dimiliki gas ?4. Sejumlah gas sebanyak 20 liter, dengan tekanan 1,25 x 104 N/m2serta suhunya 100 K mengalami proses isotermik. Jika tekanannyaberubah menjadi 5 x 104 N/m2, maka bagaimana denganvolumenya?5. Gas yang volumenya 35 liter dipanaskan dengan tekanan tetapsehingga volumenya menjadi 50 liter. Jika tekanan mula-mula1,75 x 105 Pa, maka berapa besar usaha yang dilakukan gastersebut?6 . Pada suatu ruang tertutup terdapat 15 liter gas dengan suhu 27o Cdan tekanan 90.000 N/m2. Karena menyerap kalor darilingkungannya isobarik, maka suhu gas berubah menjadi 227o C.Berapakah volume gas pada akhir proses ini?7 .Sebanyak 10 liter gas suhunya 27o C tekanannya 1,2 x 105 N/m2. Jikagas menyerap kalor dengan proses isobarik sampai suhu 127o C, makaberapakah energi dalam gas mula-mula dan volume akhir gas?8 .Pada suatu ruangan ideal terdapat 18 liter gas yang suhunya 27o Cdengan tekanan 2,4 x 105 N/m2. Karena gas menyerap kalorsuhunya meningkat menjadi 327o C. Hitunglah:a. energi dalam mula-mula,b. volume akhir gas,c.energi dalam akhir, dand. perubahan energi dalamnya!9. Sebuah gas memiliki volume 20 liter, suhu 127o C, dan tekanan3 x 105 N/m2. Tentukanlah jumlah molekul gasnya dan energidalam gas!
183Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaCONTOH SOAL3. Hukum I TermodinamikaApabila sistem gas menyerap kalor dari lingkungan sebesar Q1, makaoleh sistem mungkin akan diubah menjadi:a. usaha luar (W) dan perubahan energi dalam (ΔU),b. energi dalam saja (U), danc. usaha luar saja (W).Secara sistematis, peristiwa di atas dapat dinyatakan sebagai:Q = W + UPersamaan ini dikenal sebagai persamaan untuk hukum I Termo-dinamika. Bunyi hukum I Termodinamika adalah “Energi tidak dapatdiciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubahbentuknya saja.” Berdasarkan uraian tersebut terbukti bahwa kalor (Q)yang diserap sistem tidak hilang. Oleh sistem, kalor ini akan diubahmenjadi usaha luar (W) dan atau penambahan energi dalam (ΔU).Suatu sistem gas monoatomik pada suhu 27º C memiliki tekanan sebesar1,5 × 105 Pa dan bervolume 15 liter. Sistem menyerap kalor darilingkungan secara isobarik sehingga suhunya naik menjadi 127º C.Tentukan volume gas sekarang, usaha luar yang dilakukan gas,penambahan energi dalam gas, dan besarnya kalor yang diserap gas!Diketahui : T1= 27 + 273 = 300 K P1= 1,5 × 105 N/m2 V1= 15 liter = 15 × 10-3 m3 T2= 127 + 273 = 400 KDitanyakan: a. V2= ...? b. W = ...? c.ΔU= ...? d. Q= ...?Jawab:a.11VT = 22VTÞ V2 = 21TTV1= 400300x (1,5 × 10-3)= 20 × 10-3 m3b. W = PV = P(V2 – V1 )= (1,5 × 105) × (20 × 10-3) – (15 × 10-3)= (1,5 × 105) × (5 × 10-3)= 7,5 × 10² J
Fisika SMA / MA Kelas XI184UJI PEMAHAMANc.U = (P2V2 – P1V1)= 32P (V2 – V1)= 32× (1,5 × 105) × (5 × 10-3)= 32× (7,5 × 102)= 11,25 × 102 Jd. Q = W + U = (7,5 × 102) + (11,25 × 102) = 18,75 × 102 JKerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Tuliskan 3 kemungkinan yang akan terjadi jika sejumlah gasmenyerap kalor dari lingkungan tempatnya berada ?2. Bagaimana pernyataan hukum I termodinamika tentang energi?3. Apakah yang dimaksud proses isotermal pada termodinamika ?4 . Sejumlah gas ideal volumenya 0,8 m3 dengan tekanan 200 N/m2.Jika jumlah gas adalah 0,4 mol, maka berapakah suhu mutlakyang dimiliki oleh gas tersebut?5. Dalam sebuah silinder kaca yang volumenya 5 liter terdapat 0,6mol gas dengan suhu 27o C. Jika gas ditekan dengan suhu tetapsampai volumenya 4 liter dengan tekanan awal 5.000 N/m2, makatentukan usaha yang diterima gas dari lingkungannya?4. Hukum II TermodinamikaHukum I termodinamika menyatakan bahwa energi adalah kekal,tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapatberubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan teori ini, Andadapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkanmemenuhi hukum kekekalan energi.Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi tidak dapat diubahsekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi darisuatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnyaberubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah,
185Teori Kinetik Gas dan Termodinamikasebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dansebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnyaAnda balik, yaitu bola besi Anda panaskan sehingga memiliki energi panassebesar energi panas ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energiini akan berubah menjadi energi kinetik, dan kemudian berubah menjadienergi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwa ini tidak mungkinterjadi walau bola besi Anda panaskan sampai meleleh sekalipun.Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas hanyadapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yangtidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yangdapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika.Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapatterjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakandengan berbagai cara, antara lain, hukum II termodinamika dalampernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhutinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arahkebalikannya”; hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesinkalor: “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatusiklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubahseluruhnya menjadi usaha luar”; hukum II termodinamika dalam pernya-taan entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibelterjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”.a. EntropiEntropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidakdapat diubah menjadi usaha. Besarnya entropi suatu sistem yangmengalami proses reversibel sama dengan kalor yang diserap sistemdan lingkungannya (QD) dibagi suhu mutlak sistem tersebut (T).Perubahan entropi diberi tanda SD dan dinyatakan sebagai berikut.QSTDD=Ciri proses reversibel adalah perubahan total entropi (SD= 0)baik bagi sistem maupun lingkungannya. Pada proses irreversibelperubahan entropi semesta S0D>. Proses irreversibel selalu menaikkanentropi semesta.sistemlingkunganseluruhnyaSS =S 0D+DD³
Fisika SMA / MA Kelas XI186b. Mesin PendinginMesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalir-kannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator).Misalnya pendingin rungan (AC) dan almari es (kulkas).Perhatikan Gambar 9.9! Kalor dise-rap dari suhu rendah T2 dan kemudiandiberikan pada suhu tinggi T1. Berda-sarkan hukum II termodinamika, kaloryang dilepaskan ke suhu tinggi samadengan kerja yang ditambah kalor yangdiserap (Q1 = Q2 + W)Hasil bagi antara kalor yang masuk(Q1) dengan usaha yang diperlukan (W)dinamakan koefisien daya guna (per-formansi) yang diberi simbol Kp. Secaraumum, kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya gunadalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai Kp, makin baik kerjamesin tersebut.2pQKW=Untuk gas ideal berlaku:Kp = 212QQQ- = 212TTT-KeteranganKp: koefisien daya gunaQ1: kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi (J)Q2: kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah (J)W : usaha yang diperlukan (J)T1: suhu reservoir suhu tinggi (K)T2: suhu reservoir suhu rendah (K)G. Mesin CarnotSiklus adalah suatu rangkaian sedemikian rupa sehingga akhirnyakembali kepada keadaan semula. Berdasarkan percobaan joule diketahuibahwa tenaga mekanik dapat seluruhnya diubah menjadi energi kalor.Namun, apakah energi kalor dapat seluruhnya diubah menjadi energimekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah kalor seluruhnyaGambar 9.9 Siklus mesinpendingin.pVDCBAQ1Q2WT1T2
187Teori Kinetik Gas dan Termodinamikamenjadi usaha? Pada tahun 1824, seorang insinyur berkebangsaanPrancis, Nicolas Leonardi Sadi Carnot, memperkenalkan metode baruuntuk meningkatkan efisiensi suatu mesin berdasarkan siklus usaha.Metode efisiensi Sadi Carnot ini selanjutnya dikenal sebagai siklus Carnot.Siklus Carnot terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dandua proses adiabatik. Perhatikan Gambar 9.10!Berdasarkan Gambar 9.10 dijelaskan siklus carnot sebagai berikut.1. Proses AB adalah pemuaian isotermal pada suhu T1. Pada prosesini sistem menyerap kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1 danmelakukan usaha WAB.2. Proses BC adalah pemuaian adiabatik. Selama proses ini berlangsungsuhu sistem turun dari T1 menjadi T2 sambil melakukan usaha WBC.3. Proses CD adalah pemampatan isoternal pada suhu T2. Pada prosesini sistem menerima usaha WCD dan melepas kalor Q2 ke reservoirbersuhu rendah T2.4. Proses DA adalah pemampatan adiabatik. Selama proses ini suhusistem naik dari T2 menjadi T1 akibat menerima usaha WDA.Q1WABpemuaianisotermalpemuaianadiabatikWBCWCDpemampatanisotermalQ1WDApemampatanadiabatikPVQ1Q2DC4A1BT23Gambar 9.10 Sikulus Carnot.
Fisika SMA / MA Kelas XI188Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yangmemiliki efisiensi tertinggi yang selanjutnya disebut Mesin Carnot. Usahatotal yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus sama dengan luasdaerah di dalam siklus pada diagram P - V. Mengingat selama prosessiklus Carnot sistem menerima kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1dan melepas kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah T2, maka usaha yangdilakukan oleh sistem menurut hukum I termodinamika adalah sebagaiberikut.QUW=D+Þ120QQW-=+Þ12WQ Q=-Dalam menilai kinerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktoryang penting. Untuk mesin kalor, efisiensi mesin (h) ditentukan dariperbandingan usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yangdiberikan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.h = 1W100%Q ́ = 121QQ100%Q- ́ = 21Q1100%Q- ́Untuk siklus Carnot berlaku hubungan 2211QTQT=, sehingga efisiensimesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut.21T1100%Th=- ́Keterangan:h: efisiensi mesin CarnotT1: suhu reservoir bersuhu tinggi (K)T2: suhu reservoir bersuhu rendah (K)Efisiensi mesin Carnot merupakan efisiensi yang paling besar karenamerupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Artinya, tidakada mesin yang mempunyai efisien melebihi efisiensi mesin kalor Carnot.Berdasarkan persamaan di atas terlihat efisiensi mesin kalor Carnot hanyatergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir. Untuk mendapatkanefisiensi sebesar 100%, suhu tandon T2 harus = 0 K. Hal ini dalam praktiktidak mungkin terjadi. Oleh karena itu, mesin kalor Carnot adalah mesinyang sangat ideal. Hal ini disebabkan proses kalor Carnot merupakanproses reversibel. Sedangkan kebanyakan mesin biasanya mengalamiproses irreversibel (tak terbalikkan).
189Teori Kinetik Gas dan TermodinamikaUJI PEMAHAMANCONTOH SOALSebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 1.000 kJ. Mesin inibekerja pada reservoir bersuhu 300 K dan 100 K. Berapa kalor yangterbuang oleh mesin?Diketahui : T1 = 300 K T2 = 200 K Q1 = 1.000 kJDitanyakan: Q2 = ...?Jawab:h = 21T1100%T- ́= 2001100%300- ́= 33,33% = 13Untuk menghitung Q2, dapat Anda gunakan persamaan efisiensi:h= 21Q1100%Q- ́13= 2Q11.000-Þ Q2= 333,3 kJJadi, kalor yang terbuang oleh mesin sebesar 333,3 kJ.Kerjakan soal-soal di bawah ini di dalam buku tugas Anda!1. Reservoir suhu rendah suatu mesin Carnot mempunyai energi120.000 joule. Apakah artinya jika mesin tersebut mempunyaiefisiensi 80%?2. Sebuah mesin Carnot mempunyai suhu pada reservoir rendahdan tingginya adalah 27o C dan 227o C. Berapakah perbandinganusaha yang telah terjadi?3. Jika perbandingan antara energi pada suhu rendah dan suhutinggi suatu mesin Carnot adalah 3 : 4, maka berapakah efisiensiyang dimiliki mesin tersebut?
Fisika SMA / MA Kelas XI1901. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobarik sehingga volumenyamenjadi 3 kali semula. Hitunglahnya suhu gas tersebut sekarang!2 .Dalam ruang tertutup suatu gas dipanaskan dari suhu 27o C menjadi127o C. Jika tekanannya tetap, maka hitung perubahan volumenya!3. Suatu gas pada suhu 127o C mempunyai volume 200 liter.Berapakah tekanan gas tersebut?4 .Dalam ruang tertutup sejumlah gas memeperoleh tekanan 1,5 atmdan suhu 27o C. Jika dipanaskan hingga volumenya menjadi 2 kalisemula, maka berapa Celsius kenaikan suhunya?5. Sejumlah gas yang mula-mula volumenya 15 liter tekanannya14 x 105 Pa pada suhu 27o C. Jika suhunya dinaikkan menjadi350 K dan volumenya menjadi 10 liter, maka berapa tekanannya?6.Pada temperatur tertentu, kecepatan “rms” suatu gas ideal adalah v.Jika pada tekanan konstan volume gas diekpansikan menjadi 3 kalisemula, maka hitung kecepatan “rms” molekul gas ideal tersebut!7. Suatu gas monoatomik suhunya 400 K. Berapakah energi kinetikrata-rata tiap molekul tersebut?8. Mesin Carnot dioperasikan antara 2 reservoir kalor masing-masing suhunya T1 dan T2, dengan T2>T1. Diketahui efisiensimesin tersebut 40%, dan besarnya T1 = 27o C. Agar efisiensinyanaik menjadi 60%, maka tentukan besarnya perubahan T2!9 . Sebuah mesin Carnot yang bekerja antara reservoir kalor bersuhurendah 27o C dan reservoir kalor bersuhu tinggi T2o C, ditingkatkanefisiensi maksimumnya dari 25% hingga menjadi 50% denganmenaikkan suhu T2° C menjadi T3o C. Hitunglah suhu T2 dan T3!10. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naikmenjadi 50%, maka hitunglah suhu reservoir suhu tingginya!Setelah Anda mempelajari keseluruhan materi pada bab ini, buatlahsebuah peta konsep versi Anda. Anda bebas membuat model, bentuk,dan isinya. Bandingkan peta konsep Anda dengan teman sekelas.Diskusikan bersama peta konsep mana yang paling lengkap danmudah dipahami. Jika kesulitan, maka mintalah pendapat guru atauorang yang berkompeten di bidang ini!UJI KOMPETENSIREFLEKSI
191Ulangan Blok Semester GenapULANGAN BLOKSEMESTER GENAPKerjakanlah soal-soal di bawah ini di buku tugas Anda!1. Bongkahan es yang volumenya 5 × 106 m3 terapung di air yangmempunyai massa jenis 1g/cm3. Jika bagian dari bongkahan esyang berada di atas permukaan air adalah 106 m3, makaberapakah besar gaya ke atas yang dirasakan bongkahan estersebut?2. Berapakah besarnya energi dalam yang dimiliki oleh mol gas yangsuhunya 127° C?3. Melalui sebuah kran sebuah bak penampung diisi air bersihdengan debit kran 600 cm3/s. Jika percepatan gravitasi 10 m/sdan pembuangan air bersih bocor seluas 3 cm2, maka berapakahketinggian maksimum yang dicapai air di dalam bak penampungair bersih tersebut!4. Pada suhu berapakah terjadi energi kinetik yang dimiliki molekulgas menjadi dua kali semula jika suhu awalnya 400 K?5 . Sebuah silinder berongga yang tipis memiliki diameter 400 cm danberotasi melalui sumbunya dalam waktu 1 menit dapat berputar20 kali. Jika massa silinder berongga tersebut 9 kg, maka tentukanmomen kelembamamnya dan energi kinetik rotasinya!6. Sejumlah gas dengan massa jenis 2,14 mengalir di dalam sebuahpipa. Untuk mengukur kelajuan aliran gas tersebut digunakansebuah tabung pitot. Jika ketinggian raksa pada kedua kakimanometer tabung pitot adalah 2 cm, maka berapakah kelajuanaliran gas tersebut?7. Berapa besarnya energi kinetik sebuah atom gas Helium padasuhu 327° C jika diketahui konstanta Boltzman 1,38 × 10-23?8Satu mol gas ideal menempati suatu silinder berpengisap tanpagesekan, mula-mula mempunyai suhu T. Gas tersebut kemudiandipanaskan pada tekanan konstan sehingga volumenya menjadi4 kali lebih besar. Bila R adalah tetapan gas universal, makatentukan besarnya usaha yang telah dilakukan oleh gas untukmenaikkan volumenya!
Fisika SMA / MA Kelas XI1929. Pada suhu 21° C satu molekul gas nitrogen mempunyai massasebesar empat kali dari yang dimiliki satu molekul gas Hidrogen.Dengan suhu berapakah gas Nitrogen akan mempunyaikecepatan sama dengan gas Hidrogen?10. Sebuah mesin kalor Carnot bekerja di antara dua reservoirbersuhu 527o C dan 127o C. Tentukan efisiensi mula-mula danterakhir mesin tersebut!!
Kunci Jawaban193BAB 61. 0,1 m/s2. 14 m/s3. 25.000 N4. a. 4.000 kg.m/sBAB 71. 1,25 kg.m2/s5. a. 100 Nb. 50 ctg αc. 0,5 ctgBAB 81. terapung di air2. 3 cm3. 0,8 gr/cm34. 0,75 bagian5. 5 x 105 N/m2BAB 92. 4/3 dari semula4. 327oC5. 2,45 x 106 PaKUNCI JAWABANUji KompetensiBAB 14. 5,5 m6. y = 36 m; v = 16 m/s;a= -2 ms28. a. 2 rad + 50.t radb. 2.502 radBAB 21. b. 57,81 juta km2. 2,555 x 1026 N3. a. 1,3549 x 1012 sBAB 32. a. salahb. 40 kg4. 90 J6. 0,8 m8. 0,75 m10. 0,1 mBAB 42. v = 2p m/s; a =0 m/s24. 0,2 kg8. 0,144 m10. 500 N/mBAB 52. 70034. 102 m/s6. 0,8 m
Fisika SMA / MA Kelas XI194DAFTAR PUSTAKAAlonso, Finn. 1980. Fundamental University Physics. New York: Addison-Wesley Publishing Company, Inc.Beiser, A. 1962. The Mainstream of Physical Science. New York: Addison-Wesley Publishing Company, Inc.Boas, Mary, L. 1961. Mathematical Methods in The Physical Science. NewYork: Addison-Wesley Publishing Company, Inc.Departemen Pendidikan dan Olah Raga. 2006. Standar Kompetensi danKompetensi Dasar Sekolah Menengah Atas (SMA)/ Madrasah Aliyah (MA).Jakarta.Farndon, John. 2005. Planet Bumi, Pakar Raya. BandungHolliday Resnick. 1991. Fisika Jlid I (Edisi terjemah). Jakarta: Erlangga.Ikhsan Hadisudarmo, Ir; Dalyono, Petunjuk praktek Fisika teknik 1,Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan danKebudayaan, Jakarta, 1979Johannes. 1978. Listrik dan Magnet. Jakarta: Balai Pustaka.Hudson Tiner, John. 2005. 100 Ilmuwan yang Berpengaruh dalam SejarahDunia. Karisma Publishing Group. Batam.Kertiasa, Nyoman. 2000. Fisika untuk Sekolah Menengah Umum Kelas1.Departemen Pendidikan Nasional.Kraus Karl, Beiser A. 1991. The Physical Universe. New York: Mv Graw-Hill, Inc.Michael Abbotet. 1989. Teori dan Soal-soal Termodinamika (Edisi Terjemah).Jakarta: Erlangga.Nicholas Margaret & Edy Soetrisno. 2001. 100 Tokoh Besar yang MembentukSejarah Dunia. Intimedia & Ladang Pustaka. Jakarta.Parragon & Edy Soetrisno. 2003. Buku Pintar para Pembuat Sejarah. LadangPustaka & Intimedia. Jakarta.Pudak Scientific. 1998. Panduan contoh-contoh Percobaan untuk SekolahMenengah Umum, Optika. Bandung.
Daftar Pustaka195.........................., 1998. Panduan contoh-contoh Percobaan untuk SekolahMenengah Umum-Listrik dan Magnet. Bandung..........................., 1998. Panduan contoh-contoh Percobaan untuk SekolahMenengah Umum-Gelombang dan Termodinamika. Bandung..........................., 1998. Panduan contoh-contoh Percobaan untuk SekolahMenengah Umum-Mekanika. Bandung.Sears, F W et all. 1983. University PhysicsI. New York: Addison-WesleyPublishing Company, Inc.Soepono, MSc. 1979. Energi Gelombang dan Medan 1. Jakarta: DepartemenPendidikan dan Kebudayaan.Sumadji. Drs. 1981. Petunjuk Praktikum Ilmu Alam SMA 1. Jakarta:Departemen Pendidikan dan Kebudayaan..........................., 1981. Petunjuk Praktikum Ilmu Alam SMA 2. Jakarta:Departemen Pendidikan dan Kebudayaan..........................., 1981. Petunjuk Praktikum Ilmu Alam SMA 3. Jakarta:Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.Suroso AY, DR; Anna Permana Sari, DR; Kardiawarman, DR, EnsiklopediSains dan Kehidupan.Sutrisno. 1981. Seri Fisika Dasar. Bandung : ITB............., 1997. Seri Fisika Dasar-Mekanika. Bandung: ITB.Wahyudin, DR, Sudrajat, Drs. Mpd, Ensiklopedi Matematika dan PeradabanManusia, Tarity Samudra Berlian, Jakarta, 2003................., Ensiklopedi Populer Anak ; Ichtiar Baru Van Hoeve, Jakarta, 1998
Fisika SMA / MA Kelas XI196GLOSARIUMA.Amplitudo: Sinyargan terjauhAphelium: Jarak terjauh planet ke matahariE.Elastis: Kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuksemulaEnergi kinetik: Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerakEnergi mekanik: Penjumlahan energi potensial dan energi kinetikEnergi potensial: Energi yang dimiliki benda karena kedudukannyaEnergi potensialgravitasi: Energi yang dimiliki oleh suatu benda karenakedudukannya dengan ketinggian tertentuEnergi: Kemampuan untuk melakukan usahaF.Frekuensi getaran : Jumlah getaran dalam waktu, sekonG.Gaya elastis: Gaya untuk mempertahankan bentukGaya sensifugal: Gaya yang arahnya menuju ke luar lingkaranGaya sentipetal: Percepatan gaya yang arahnya menuju pusatlingkaranGetaran harmonik : Getaran selarasGetaran: Gerakan bolak-balik melalui kedudukan setimbangGetaran harmonis : Getaran yang bejalan secara periodikH.Hukum kekekalanmomentum: Jumlah momentum dan sesudah tumbuhkanI.Impuls: Hasil perkalian antara gaya dan selang waktutertentuK.Kecepatan linier: Kecepatan sepanjang keliling lingkaranKepler: Ahli fisika yang mengatakan lintasan planetberbentuk elipsKonstantagravitasi: Telpaka gravitasi (G) yang nilainya 6,67 x 10-11N.m²/kg²M.Modulus Young: Modulus elastis perbandingan antara tegangan danregangan
Glosarium197Momentum: Hasil kali antara massa benda dengan kecepatannyaP.Percepatansentipetal: Percepatan yang arahnya menuju pusat lingkaranPerihelium: Jarak terdekat planet ke matahariPeriode getaran: Waktu untuk sekali bergetarS.Satuan tunggal: Gerak naik turun melalui titik seimbang denganlintasan lurusSimpangangetaran: Kedudukan tertentu hi hitung dari titikkesetimbanganSirain: Regang jenis perbandingan antara perubahanpanjang dengan panjang semula.Skalar: Besaran yang hanya mempunyai besarSlress: Besaran yang diperoleh dari hsil bagi gaya denganluasnyaSudut elevasi: Sudut yang dibentuk dengan arah mendatarT.Tata surya: Benda langit yang terdiri dari matahari dan planetyang mengitarinya.Titik seimbang: Titik awal gerakan saat benda diamTumbukkansentral: Tumbukkan segarisU.Usaha: Hasil kali komponen gaya menurut arahperpindahan dengan perpindahanV.Vector: Besaran yang mempunyai besar (nilai) dan arahVektorperpindahan:Perubahan vektor posisiVektor kecepatanrata-rata: Rasio vektor perpindahan terhadap selang waktutertentuVektor kecepatansesaat: Limit kecepatan vektor rata-rata untuk selang waktutertentu mendekati nolVektor percepatanrata-rata: Rasio perubahan vektor kesepatan sesaat terhadapselang waktu tertentuVektor percepatansesaat: Harga limit percepatan rata-rata untuk selang waktutertentu mendekati nol atau turunan vektorkecepatan terhadap waktu
Fisika SMA / MA Kelas XI198INDEKSAAdiabatik 177, 179adiabatik 176, 177, 178, 179,187Archimedes 140, 141, 142,143, 163BBejana berhubungan 148, 149,163benda tegar 115, 119, 131Bernoulli 134, 149, 156, 157,158, 159, 160, 161bidang miring 126Blaise Pascal 135EEfisiensi Mesin Carnot 188Energi 35, 44, 52, 52, 53, 57,58, 59, 61, 72, 73, 75, 76,77, 78, 79, 81, 82, 83, 84,85, 86, 87, 88, 89, 90, 91,92, 93, 94, 95, 96, 101, 104,105, 118, 124, 157Energi kinetik 77, 82, 92, 93,94Energi Mekanik 77, 82, 92, 93Energi Potensial 77, 83, 87, 92,93, 94Entropi 185FFluida 135, 149, 150, 151, 152,153, 155, 156, 157, 162,163GGas Ideal 165, 168, 169, 190Gaya luar 103Gejala kapilaritas 163Gerak 118, 124, 125Gerak rotasi 118, 125HHidrometer 142Hukum 97, 102, 103, 104, 105,109Hukum Boyle 167, 168Hukum I Termodinamika 188Hukum II Termodinamika 185Hukum Kekekalan EnergiMekanik 77, 92, 93IImpuls 97, 102, 109JJarak 79KKecepatan 82Kekekalan Momentum 97,102, 103, 104, 105, 109Koefisien Restitusi 105Kontinuitas 149, 152, 153Llengan Gaya 116Lenting Sebagian 104, 105,109Lenting Sempurna 104, 105,109
Indeks199MMesin Pendingin 186, 187Mikroskopik 167momen Gaya 115, 116, 123,131Momen Inersia 119, 122, 123,125, 131Momen kopel 131Momentum 97, 102, 103,104, 105, 109NNicolas Leonardi Sadi Carnot187PPerpindahan 79, 80, 94Persamaan Bernoulli 157Perubahan energi 82, 87Proses Adiabatik 176, 177,178, 179, 187Proses ekspansi 176Proses Isobarik 176, 177, 179Proses Isokorik 177Proses Isotermal 176, 177,179, 187SSiklus Carnot 187, 188TTegangan Permukaan 135,144, 145, 146, 147, 163Tekanan 135, 136, 137, 138,149, 156, 158, 162, 163Tetapan Laplace 178Titik Berat Benda 129Translasi 124, 125Tumbukan 102, 103, 104, 105,106, 107, 109UUsaha 77, 79, 80, 82, 87, 92,94, 176, 177, 178, 179, 185,186, 187, 188VViskositas 150, 151, 155, 163
Fisika SMA / MA Kelas XI200Data PlanetNama Planet1.Garis tengah2.Volume3.Massa jenis4.Massa5.Jarak ke matahari6.Periode rotasi7.Periode revolusi8.Satelit9.Suhu6.794 km0,15 vol Bumi3,9 g/cm30,11 massa bumi228 × 106 km24 jam 37 menit686,98 hari2-118° C – 0° CMarsYupiterSaturnus142.800 km1.316 vol Bumi1,34 g/cm3317,8 massa bumi778 × 106 km9 jam 50 menit11,9 tahun39-150° C120.200 km765 vol Bumi0,70 g/cm395,2 massa Bumi1.427.109 km10 jam 14 menit29,5 tahun8 yang diketahui-170° CDAFTAR PLANETData PlanetNama Planet1.Garis tengah2.Volume3.Massa jenis.4.Massa5.Jarak ke matahari6.Periode rotasi7.Periode revolusi8.Satelit9.Suhu4.880 km0,054 vol Bumi5,43 g/cm30,055 massa Bumi57, 9 × 106 km59 hari87,96 hari-427° C – (-170° C)MerkuriusVenusBumi12.140 km0,88 vol Bumi5,24 g/cm30,82 massa Bumi108 × 106 km243 hari224,7 hari-480° C12.756 km1.083.132.717.3335,520 g/cm36,6 × 1024 kg149 × 106 km23 jam 56 menit365,25 hari1-89° C – 58° CData PlanetNama Planet1.Garis tengah2.Volume3.Massa jenis4.Massa5.Jarak ke matahari6.Periode rotasi7.Periode revolusi8.Satelit9.Suhu51.000 km52 vol Bumi1,50 g/cm314,5 massa Bumi2.870.109 km17 jam 14 menit84,0 tahun15200° CUranusNeptunus49.500 km44 vol Bumi2,30 g/cm317,2 massa Bumi4.497.109 km17 jam 46 menit164,8 tahun8210° C
Daftar Konstanta201DAFTAR KONSTANTAGAYA1 newton = 105 dyne1 lb = 4,45 newtonUSAHA (ENERGI)1 joule = 0,24 kalori1 kalori = 4,2 joule1 Kwh = 3,6 × 106 joule1 eV = 1,6 × 10-19 jouleDAYA1 HP = 746 watt1 watt = joule/sekonLUAS1 hektar = 10.000 m2VOLUME1 liter = 1 dm21 cc = 1 cm31 galon = 3,78 literKECEPATAN10 m/s = 36 km/jamPERCEPATAN1 m/s2 = 100 cm/2TEKANAN1 Pa = 1N/m21 atm = 76 cm Hg1 atm = 1,013 × 105 N/m21 bar = 105N/m2PANJANG1 inci = 2,54 cm1 mil = 1.6091 yard = 91,44 cm1 kaki = 30,48 cm1 amstrong = 10-8 cm1 tahun cahaya = 9,46 × 1013 kmMASSA1 ton = 10 kwintal = 1.000 kg1 kg = 10 ons = 2 pon1 kg = 1.000 grWAKTU1 hari = 24 jam1 jam = 60 menit = 3.600 sekon1 menit = 60 sekonSUHU0°C = 0°R = 32°F = 273K100°C = 80°R = 212°F = 373KKUAT ARUS1 ampere = 1.000 mili ampere1 mili ampere = 1.000 mikro ampereINTENSITAS CAHAYALilinJUMLAH ZATMol
Fisika SMA / MA Kelas XI202Joule = watt × sekon= newton × meter= volt × coulombVolt = ampere × ohm= watt/ampereTETAPANphi = 3,14percepatan gravitasi = 10 m/s2gravitasi umum = 6,67 × 10-11 N.m2/kg2gas umum = 8,31 joule/mol.kAvogadro = 6,025 × 10-23 J/KBoltzman = 1,38 × 10-23 J/KRydberg = 1,097 × 107/mStefan Biltzman = 5,672 × 10-6 watt/m2K4bilangan natural = 2,71828dielektrik = 9 × 109 N.m2.C2elektron = 1,6021 × 10-19C= 9,1091 × 10-31kgproton = 1,6725 × 10-27 kgnetrron = 1,6725 × 10-27 kgcahaya = 3 × 108 m/sPlanck = 6,626 × 10-34 J.s1 sma = 1,66 × 10-27kg= 931,15 MeV1 eV = 1,6 × 10-19 jouleKONVERSI1 tera = 1.000 siaga1 giga = 1.000 mega1 mega = 1.000 kilo1 kilo = 1.000 m1 m = 1.000 mm1 mm = 1.000 mikro1 mikro = 1.000 nano1 nano = 1.000.000 piko1 piko = 1.000 femto1 femto = 1.000 attoDIMENSIKecepatan = LT1Percepatan = LT2Gaya = MLT2Usaha (Energi) = ML2TDaya = ML2T3Momentum = MLT1Impuls = MLT1Momen = ML2T2Tekanan = ML-1T2Massa jenis = ML-3Berat jenis = ML-2T2Debit = M3T-1Modulus Young = ML-1T-2Tegangan = ML-1T-2Momen inersia = ML2