Halaman
Fisika Kelas XI240KataKunci• Gas ideal• Teori Kinetik Gas• Derajat kebebasan• Energi kinetik• Energi dalam• Equipartisi energiEurekaDiskusikan dengan teman sebangku kalian jawaban pertanyaan-per-tanyaan berikut.1. Bagaimanakah cara kerja kompresor?2. Jika dipanaskan di tengah terik mentari, ban sepeda dapat meletus. Coba kalian jelaskan mengapa ini bisa terjadi?3. Apakah yang akan terjadi jika kalian membuka botol minuman ber-soda yang dikocok terlebih dahulu? Apakah yang menyebabkan kejadian itu?4. Jika kita meniup balon karet, balon tersebut tidak bisa melayang di udara. Namun, jika kita mengisikan gas tertentu, misalnya gas hidro-gen, balon dapat melayang. Bagaimanakah ini terjadi?Presentasikan hasil diskusi kalian di depan teman-teman yang lain.Setiap benda, baik cairan, padatan, maupun gas tersusun atas atom-atom, molekul-molekul, atau partikel-partikel. Pada bab ini, kita akan mempelajari sifat-sifat gas secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel penyusun gas. Sifat-sifat gas dapat dibedakan menjadi sifat makroskopis dan sifat mikroskopis. Sifat makroskopis gas dapat kita amati dan kita ukur, seperti temperatur, tekanan, dan volume. Sementara sifat mikroskopis tidak bisa diamati dan diukur, seperti ke-lajuan, massa tiap-tiap partikel penyusun inti, momentum, serta energi yang dikaitkan dengan tingkah laku partikel gas.Dalam mempelajari sifat-sifat gas, kita akan bersinggungan dengan hukum-hukum gas ideal. Hukum-hukum ini meliputi energi kinetik gas, kecepatan rata-rata partikel gas ideal, dan asas equipartisi energi. Setelah menguasai materi tersebut, kalian diharapkan mampu menerapkan hu-kum-hukum gas ideal untuk menjelaskan persoalan fisika sehari-hari.A Gas IdealOksigen, nitrogen, hidrogen, uap air, bahkan udara di sekitar kita merupakan contoh gas. Gas-gas tersebut tersusun atas atom-atom, par-tikel-partikel, atau molekul yang sangat kecil. Gas merupakan keadaan benda atau zat yang mempunyai sifat unik. Salah satunya, partikel-partikel penyusunnya selalu bergerak acak (sangat bebas). Selain itu, gas juga dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya. Konsep yang mempelajari sifat-sifat gas berdasarkan kelakuan partikel/molekul penyusun gas yang bergerak acak disebut Teori Kinetik Gas.Kompresor, pompa sepeda, air mendidih, dan beberapa peristiwa lainnya dapat dijelaskan dengan teori kinetik gas. Nah, sebelum melang-kah lebih jauh, jawablah pertanyaan-pertanyaan pada Eureka di bawah ini.
Teori Kinetik Gas241Tingkah laku udara di dalam kompresor atau ban, gas karbondioksida di botol minuman bersoda, dan gas di dalam balon karet, dan masih ba-nyak peristiwa lainnya merupakan sebagian contoh sifat-sifat gas. Sifat-si-fat ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik gas. Dalam mempelajari teori kinetik gas, kita mengasumsikan gas mempunyai sifat-sifat yang ideal (gas ideal). Bagaimanakah pengertian gas ideal? Pelajari dengan saksama uraian berikut.1. Pengertian Gas IdealDalam pembahasan teori kinetik gas, suatu gas digambarkan sebagai partikel-partikel (molekul-molekul) di dalam ruang tertutup yang selalu bergerak dari waktu ke waktu. Partikel-partikel ini menumbuk dinding ruangan dan memberikan tekanan. Pada pembahasan lebih lanjut, dibuat beberapa asumsi untuk menggambarkan model gas yang ideal sebagai berikut.a. Gas ideal terdiri dari partikel-partikel yang disebut molekul-molekul dalam jumlah besar. Molekul ini dapat berupa atom maupun kelompok atom. b. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran wadah.c. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang (acak). Artinya, semua molekul bergerak ke segala arah dengan pelbagai kelajuan.d. Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruangan dalam wadah.e. Partikel gas memenuhi hukum newton tentang gerak.f. Setiap tumbukan yang terjadi (baik tumbukan antar molekul maupun tumbukan molekul dengan dinding) adalah tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada waktu yang sangat singkat.Sifat-sifat gas semacam ini tidak dapat kita temukan. Akan tetapi, model gas ideal dapat didekati dengan gas yang berada pada tekanan ren-dah dan temperatur kamar. Lalu, bagaimanakah persamaan-persamaan yang berlaku pada gas ideal? 2. Persamaan Umum Gas IdealDalam pembahasan keadaan gas, ada tiga besaran yang saling ber-hubungan. Besaran-besaran tersebut adalah tekanan (P), volume(V), dan temperatur mutlak (T). Hubungan ketiga besaran ini telah dipelajari dan diteliti oleh para ilmuwan. Untuk mengetahui bagaimana hubunganketiga variabel tersebut, mari kita pelajari beberapa hukum mengenai gas ideal.
Fisika Kelas XI242Gambar 7.1 Pompa sepeda terdiri atas tabung udara dan klep yang bisa digerak-kan. Tabung udaraKlepContoh(atm)V (m3)ABT tetapPAPBVAVBF110 cmklep7 cm5 cma. Hukum BoyleHukum Boyle menjelaskan hubungan tekanan dengan volume. Con-toh sederhana yang menggambarkan hubungan volume dengan tekanan adalah pompa sepeda. Pompa sepeda terdiri dari sebuah tabung, selang dan klep. Klep ini berfungsi mendorong udara keluar dari tabung, sekali-gus menarik udara luar agar masuk tabung. Perhatikan Gambar 7.1. Ketika kalian menekan klep berarti memperbesar tekanan, yang meng akibatkan volume udara di dalam tabung mengecil. Sementara, jika menarik klep berarti mengurangi tekanan dan volume udara dalam tabung bertambah besar. Contoh ini menandakan adanya hubungan antara tekan-an dan vo lume. Seorang ilmuwan yang menyelidiki hubungan volume dengan tekanan gas adalah Robert Boyle (1627-1691). Boyle telah menyelidiki hubungan tekanan dan volume gas dalam wadah tertutup pada tempera-tur tetap. Boyle menemukan bahwa hasil kali tekanan dan volume gas pada temperatur tetap adalah konstan. Hukum ini kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle. Secara matematis, Hukum Boyle dituliskan dalam bentuk, PV = konstan Atau,P1V1 = P2V2 Keterangan: P1 = tekanan gas awal (N/m2) V1 = volume gas awal (m3) P2 = tekanan gas akhir V2 = volume akhirDari persamaan Hukum Boyle tersebut, hubungan tekanan dan volume pada temperatur tetap dapat digambarkan dalam bentuk grafik se perti Gambar 7.2. Berdasarkan grafik tersebut, ketika tekanan dinaik-kan dua kali, volumenya akan turun setengah kali semula. Ini menanda-kan bahwa, jika salah satu variabel berubah, maka variabel lainnya ikut berubah. Perhatikan contoh berikut.Sebuah tabung dengan diameter 7 cm diberi klep yang dapat bergerak bebas. Perhatikan gambar. Jika klep ditekan dengan gaya 5 N, posisi piston berada 10 cm dari dasar tabung. Tentukan tekanan udara di dalam tabung, jika piston berada 5 cm dari dasar tabung.Penyelesaian:Diketahui: lihat gambarF1 = 5 Nd = 7 cmh1 = 10 cmh2 = 5 cmGambar 7.2 Grafik hubu ngan tekanan dan volume pada temperatur tetap.
VT∝
VTVTVT=konstan=1122
PT=koonstan=1122PTPT
Fisika Kelas XI246dok. PIMMozaikJoseph Louis Gay Lussac(1778-1850) adalah ahli fisika dan kimia dari Pran-cis. Ia melakukan pelbagai penelitian tentang sifat gas. Ia juga menyempur-nakan hukum Boyle dan mengatakan bahwa untuk sejumlah gas tertentu, per-bandingan antara tekanan dan suhu pada volume konstan akan selalu tetap. wikimedia.orgSetyawan, Lilik H. 2004 hlm 66d. Hukum Boyle-Gay LussacKetiga hukum keadaan gas yang telah kita pelajari, yaitu hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay Lussac dapat digabungkan menjadi satu persamaan. Hasil gabungan ketiga hukum tersebut dikenal sebagai hukum Boyle-Gay Lussac. Hukum ini dinyatakan dalam bentuk persamaan, PVTkonstan=Persamaan tersebut dapat dituliskan dalam bentuk lain sebagai berikut. PVP111T=2222TVBerdasarkan persamaan tersebut, kita dapat mengatakan bahwa PV berbanding lurus dengan T, dan dituliskan:PVT∝Untuk mengganti tanda kesebandingan pada persamaan tersebut, kita memerlukan suatu konstanta. Permasalahannya sekarang adalah berapa besar konstanta tersebut? Jika kita mempunyai gas di dalam ruang tertutup, jumlah molekul gas di ruang tersebut akan tetap, walaupun tem-peratur, volume, maupun tekanannya berubah. Ketika salah satu besaran tersebut berubah, besaran lain juga ikut berubah. Namun, jika kita me-nambahkan sejumlah molekul ke dalam ruang tersebut, tekanan gas akan bertambah besar. Seandainya dinding ruang bersifat elastis, maka volume gas juga bertambah. Hal ini dapat kalian lihat pada proses peniupanbalon, seperti tampak pada Gambar 7.5Berdasarkan keterangan tersebut, dapat disimpulkan? Bahwa, besar tekanan, volume, dan temperatur gas di dalam ruangan tertutup dipenga-ruhi oleh jumlah molekul gas. Jadi, persamaan di atas perlu di tambahkan faktor jumlah molekul gas (N).PV∝ NTTekanan, volume, dan temperatur pada gas yang berbeda mempunyai karakteristik yang berbeda, walaupun jumlah molekulnya sama. Untuk itu diperlukan satu konstanta lagi yang dapat digunakan untuk semua jenis gas. Konstanta tersebut adalah konstanta Boltzman (k). Jadi, keseban-dingan PV∝ NT dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.PV= NkTGambar 7.5 Meniup balon ber-arti menambah jumlah molekul di dalam balon. Ini menyebab-kan volume balon bertambah besar.
Teori Kinetik Gas249 Uji Kompetensi1. Berikan 5 contoh kejadian sehari-hari yang dapat menjelaskan hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac.2. Dua mol gas nitrogen pada tekanan 2 × 105 Pa, dan temperatur 27o C, mempunyai volume 1×10-3 m3. Berapakah volume gas nitrogen terse-but jika tekanannya menjadi 2 kali lipat tekanan semula, dan suhunya menjadi 310 K?3. Volume suatu gas ideal pada tekanan 1×105 Pa adalah 2 dm3. Agar volumenya menjadi 2 kali lipat dari volume semula, sampai berapa atmosfer tekanan harus diberikan kepada gas tersebut pada tem-peratur 50oC?4. Sebuah balon karet berbentuk bola dengan jejari 14 cm diisi gas helium (Mr He = 2). Jika tekanan gas 2 atm pada temperatur 25oC, berapakah jumlah molekul gas He yang berada di dalam balon?Keterangan: P = tekanan gas (Pa)n = jumlah mol gas (mol)V = volume gas (m3)a = 0,364 Jm3/mol2b = 4,27 × 10-5 m3/mola dan b adalah tetapan Van Der Walls.Untuk menguji sejauh mana kalian menguasai materi di depan, kerjakan Uji Kompetensi di bawah ini.B Teori Kinetik GasKita telah membahas pengertian dan beberapa hukum gas ideal. Salah satu sifat gas ideal adalah molekul-molekulnya dapat bergerak bebas (acak).Sekarang kita akan membahas pengaruh gerak molekul-molekul gas terhadap sifat gas secara umum dengan Teori Kinetik Gas. Beberapa konsep yang dibicarakan dalam teori kinetik gas antara lain tekanan akibat gerak molekul gas, kecepatan molekul gas, dan energi kinetik gas. 1. Tekanan GasTekanan gas yang akan kita bahas adalah tekanan gas akibat gerak molekul. Telah dibahas di depan bahwa setiap molekul gas terus bergerak secara acak. Jika gas tersebut berada di dalam ruangan tertutup, molekul-molekulnya akan menumbuk dinding ruangan dengan kecepatan terten-tu. Tekanan gas di dalam sebuah ruangan tertutup sama dengan tekanan gas pada dindingnya akibat ditumbuk molekul gas. Gaya tumbukan yang merupakan laju momentum terhadap dinding inilah yang memberikan tekanan gas.
ΔΔpp ppm v mv=21yy−−=−Δpmv2y=−Δp
Teori Kinetik Gas251ΔtLv=2ySementara banyaknya tumbukan atau frekuensi tumbukan yang ter-jadi pada selang waktu tertentu dinyatakan dengan persamaan,Jumlah tumbukan = Lv12y kali.Jumlah tumbukan vL=2ykaliSuatu besaran yang berhubungan erat dengan perubahan momentum adalah impuls. Impuls atau perubahan momentum diartikan sebagai hasil perkalian gaya dengan selang waktu yang sangat pendek. Jadi, impuls yang diterima dinding saat bertumbukan dengan molekul adalah:Ft=pFt=mvΔΔΔ2yDari persamaan tersebut, gaya yang diterima dinding akibat tumbuk-an sebuah molekul adalah:F=mvtΔ2yDengan memasukkan nilai t=vLΔ2y, kita mendapatkan persamaan, F=mvLy2Keterangan:F = gaya pada dinding (N)m = massa sebuah molekul (kg) vy = kecepatan gerak molekul (m/s) L = panjang rusuk kubus.Dengan adanya gaya yang bekerja pada dinding, berarti dinding mendapat tekanan dari molekul-molekul gas. Tekanan yang dialami din-ding dinyatakan dengan persamaan berikut.P=FAP=myyvvALy2
v=v+v+v2x2y2z2P=mvVyy2P=NmvVyy2P=NmvVP=NmvVxx2zz2PxPzP P P Pxyz===vv v vxyz2222 = + +
v=v=v=vv2x2y2z2333xx2y2z2213=v =v = v2(13)P=NmvV213P=NmvV213PV =NmvMV=ρP=vρ132
132PV = Nmv132PV = mvPVmv=23(12)2mv122PV = Ek23EPVk=32ENkTEnRTkk=32=32EkTk=32
Ek=322RTEkT=32kmvkTv212=32223=kTm
Teori Kinetik Gas257kspedisiEEDengan mensubstitusikan persamaan massa jenis gas (ρ=MV) dengan M = Nm (M = massa gas, m = massa satu molekul gas), dan n=MMr pada persamaan-persamaan yang telah kalian pela-jari, selidikilah kebenaran persamaan-persamaan berikut.1. ρP=RTMr2. v=3rmsPPρKonsultasikan hasil pekerjaan kalian kepada Bapak atau Ibu Guru.Kelajuan molekul gas sesungguhnya dinyatakan sebagai akar rata-rata kuadrat kelajuan (root mean square= rms). Jadi, kelajuan molekul gas dinyatakan sebagai kelajuan rms yang dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:rms2rms3v=vv=kTmKeterangan: vrms = kelajuan molekul gas (m/s) k = konstanta Boltzman m = massa satu molekul gas (kg)Dengan mensubstitusikan persamaan Mr = mNA dan k = R NAke dalam persamaan tersebut, kita mendapatkan persamaan:v=RNTMrNAArms3⎛⎝⎜⎞⎠⎟⎛⎝⎜⎞⎠⎟v=RTMrrms3Untuk menambah wawasan kalian, kerjakan Ekspedisi di bawah ini.
Teori Kinetik Gas259Kita telah mempelajari teori kinetik gas yang meliputi tekanan, energi kinetik, dan kecepatan molekul gas. Energi kinetik yang telah kita pelajari di depan berlaku pada gas yang terdiri dari satu macam atom (gas mono-atomik). Bagaimanakah jika di dalam ruangan tertutup terdapat gas yang terdiri dari dua atom (gas diatomik)? Kalian akan mengetahuinya dengan mempelajari uraian di bawah ini.C Teori Ekuipartisi dan Energi dalam GasKalian tentunya mengetahui bahwa di udara terdapat pelbagai macam gas. Gas-gas di udara ada yang berupa atom yang berdiri sendiri atau gas-gas yang merupakan senyawa, yang terdiri dari dua atom atau lebih. Gas yang terdiri dari satu macam atom disebut gas monoatomik, seperti gas helium (He). Sementara gas yang terdiri dari dua atom disebut gas diatomik, seperti gas oksigen (O2), gas nitrogen (N2), dan gas hidro-gen (H2). Sedangkan gas yang terdiri dari tiga atom atau lebih disebut gas poliatomik, seperti uap air (H2O), gas karbondioksida (CO2), dan gas etana (C2H6).Energi kinetik yang telah kita bahas di depan berlaku untuk gas monoatomik. Lalu, bagaimanakah persamaan energi kinetik untuk gas-gas diatomik atau gas poliatomik? Ikuti terus keterangan selanjutnya.1. Teori Ekuipartisi Sesuai anggapan dasar teori kinetik gas, partikel-partikel gas senan-tiasa bergerak. Pada gas monoatomik, molekul gas bergerak secara translasi dengan arah gerak pada sumbu x, y, dan z. Dari penjelasan di depan, persa-maan energi kinetik gas monoatomik dituliskan dalam bentukE= kTK32Angka 3 pada persamaan energi kinetik tersebut sebenarnya meru-pakan jumlah energi kinetik akibat gerak molekul pada sumbu x, sumbu y, dan sumbu z, dengan kecepatan vx, vy, dan vz. Jadi:E = mv + mv + mvxyzK121212EK = EKx+ EKy + EKzDari persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa gas monoatomik menyerap energi dari tiga arah, yaitu arah x, arah y, dan arah z. Dari keadaan ini, dapat dikatakan bahwa gas monoatomik mempunyai tigaderajat kebebasan. Tiga derajat kebebasan ini disebabkan gerak translasi molekul gas. Lalu, bagaimanakah dengan gas diatomik?
Fisika Kelas XI260Gas diatomik mempunyai dua atom yang saling berikatan. Akibat-nya, setiap atom akan berputar mengelilingi atom lainnya. Gerak berputar ini disebut gerak rotasi. Karena setiap atom berputar mengelilingi atom lainnya, maka ada dua gerak rotasi. Selain melakukan gerak rotasi, kedua atom juga melakukan gerak translasi, seperti gas monoatomik. Jadi, gas diatomik melakukan 5 gerak yaitu, 3 gerak translasi dan 2 gerak rotasi. Apakah akibat dari 5 macam gerak yang dilakukan gas diatomik?Dengan adanya 5 macam gerak, berarti gas diatomik menyerap energi dari 5 arah. Ini berarti gas diatomik mempunyai 5 derajat kebebasan. Lalu, berapakah energi yang dimiliki gas diatomik? Untuk mencari besar energi kinetik gas diatomik, kita dapat menggunakan teori ekuipartisi energi. Teori ekuipartisi menyebutkan bahwa Suatu sistem molekul-molekul gas pada temperatur mutlak T dengan tiap molekul memi-liki f derajat kebebasan, maka rata-rata energi mekanik per molekul (EM) dan rata-rata energi kinetik permolekul (EK) adalah sama, yaitu sebesar f (12kT ).Nah, berdasarkan teori ekuipartisi energi tersebut, maka energi ki-netik pada gas diatomik adalah sebesar:EK = f (12kT ) Untuk gas diatomik,E K = 5 (12kT )EK = 5 kT2Teori ekuipartisi energi dapat dijelaskan sebagai berikut. Energi kinetik rata-rata setiap molekul gas adalah sebesar 12 kT yang berhubungan dengan derajat kebebasan yang dimiliki sebuah molekul. Tiap derajat kebebasan memperlihatkan cara molekul meman-faatkan energi.Energi sebuah molekul yang bergerak secara translasi akan bertam-bah dalam sekejap. Ini disebabkan tumbukan molekul dengan molekul lain. Tumbukan ini akan mendistribusikan ulang energi tambahan agar keadaan gas kembali seimbang. Energi ini terbagi rata di antara energi kinetik translasi dalam arah x, y dan z. Sesuai dengan teori ekuipartisi di atas, energi kinetik translasi yang terdistribusi adalah:E mvmvmvxyzK12=++1212222Keterangan:f = derajat kebebasan
Teori Kinetik Gas261Distribusi energi kinetik pada arah x, y, z dapat dilihat pada gambar 7.7. Gambar 7.7 Komponen energi kinetik pada gerak translasi.Untuk gas diatomik, selain melakukan gerak translasi, tiap molekul berinteraksi dengan molekul lain. Interaksi ini menyebabkan gerak rotasi ataupun vibrasi. Untuk gas diatomik pada temperatur sedang (± 500 K), memiliki lima derajat kebebasan, yaitu tiga dari gerak translasi dan dua dari gerak rotasi. Energi kinetik gas diatomik karena gerak translasi dan rotasi dinyatakan dengan persamaan barikut.E = mv + mv + mv + I+ IxyzxyyK222’x’2’’21212121212ωωJika molekul gas melakukan gerak vibrasi, maka energinya sebesar:E= mv+ mvxyK2121222222121212+mv+Kx+Kyz Dengan, K adalah konstanta gaya efektif dari pegas khayal.Kalian mungkin pernah mendengar istilah tenaga dalam atau energi dalam. Dengan energi dalam, orang bisa melemparkan benda dari jarak jauh. Namun, samakah pengertian energi dalam ini dengan energi dalam yang akan kita bahas selanjutnya? Mari kita ikuti uraian berikutnya.2. Energi Dalam GasKita telah mempelajari teori ekuipartisi energi. Energi kinetik yang dihasilkan gas tersebut berasal dari gerak molekul. Selain energi tersebut, gas tidak memiliki energi lain. Energi kinetik inilah yang disebut de-ngan energi dalam(U). Jika di dalam ruang tertutup terdapat sejumlah molekul gas, maka besar energi dalam merupakan jumlah energi kinetik seluruh molekul gas yang terdapat dalam ruang tersebut. Jadi, berapakah besar energi dalam yang dimiliki gas pada ruang tertutup? Kita tahu bahwa satu buah molekul gas akan menghasilkan energi kinetik sebesar 32kT.EKzEKEKyEKx
Fisika Kelas XI264dok. PIMBerdasarkan prinsip ini, gerak Brown berasal dari tumbukan molekul-molekul fluida. Sementara partikel-partikel yang tergantung mendapatkan tenaga kinetik rata-rata yang sama seperti molekul-mololekul fluida terse-but. Ukuran partikel-partikel yang tergantung tersebut adalah sangat besar bila dibandingkan dengan molekul fluida. Akibat adanya partikel yang cukup besar dan banyaknya molekul, maka tumbukan dengan partikel dapat terjadi setiap saat.2. PenguapanCoba kalian memanaskan beberapa liter air di sebuah wadah meng-gunakan kompor atau heater. Sebelumnya, tandai ketinggian air pada gelas mengunakan spidol. Tunggulah sampai mendidih dan biarkan be-berapa menit. Setelah itu, lihatlah ketinggian air di dalam wadah tersebut. Apa yang terjadi? Ternyata ketinggian air berkurang. Ini disebabkan terjadi penguapan, yang berarti ada sebagian air yang berubah dari fase cair men-jadi fase gas (uap air). Proses penguapan dapat dijelaskan dengan dasar teori kinetik. Molekul-molekul air tarik-menarik satu sama lain. Gaya tarik-menarik ini membuat molekul air berdekatan pada fase cair. Jika terjadi kenaikan temperatur, molekul-molekul air akan bergerak lebih cepat yang berarti energi kinetiknya tinggi. Molekul air yang mempunyai energi kinetik tinggi mampu melawan gaya tarik molekul lain. Akibatnya, molekul dengan energi kinetik tinggi dapat terlepas dari ikatan molekul lain, dan berubah ke fase gas. Akan tetapi, jika molekul tidak memiliki kecepatan yang memadai untuk berubah ke fase gas, maka ia akan tertarik kembali ke permukaan air.3. KelembabanDalam kehidupan sehari-hari, kita kadang mengatakan bahwa udara di sekitar kita kering atau lembab. Keadaan ini disebut kelembaban udara. Ketika kelembaban udara ini disebabkan oleh kandungan uap air di udara. Semakin banyak uap air di suatu tempat, semakin lembab udara di tempat tersebut. Kelembaban udara ini biasanya dinyatakan dengan kelembaban relatif. Bagaimanakah cara menghitung kelembaban relatif? Kelembaban relatif merupakan perbandingan tekanan parsial air terhadap tekanan uap jenuh pada temperatur tertentu. Kelembaban relatif = tekanan parsial dari H2O × 100 % tekanan uap jenuh dari H2OKelembaban relatif sebesar 40–50 persen merupakan kelembaban op-timum untuk kesehatan dan kenyamanan. Jika kita berada di suatu ruang-an yang mempunyai kelembaban tinggi, biasanya pada hari yang panas, akan memperkecil penguapan cairan tubuh. Sementara kelembaban yang rendah dapat menyebabkan efek kekeringan pada kulit dan selaput lendir.Gambar 7.8 Akibat pemanas an, sebagian air berubah menjadi uap air.
Teori Kinetik Gas265 Uji Kompetensi1. Berikan contoh peristiwa difusi di sekitar kalian.2. Jelaskan peristiwa difusi gas karbondioksida dari udara sehingga dapat dimanfaatkan untuk proses fotosintesis.3. Jelaskan menggunakan teori kinetik gas terjadinya peristiwa-peris-tiwa berikut.a. Ketika udara dingin, tenggorokan kita terasa kering.b. Ban yang dibiarkan di bawah terik matahari akan meletus.c. Air akan mendidih pada temperatur 100oC jika tekanan udara luar 1 atm. Akan tetapi, di daerah pegunungan, air akan men-didih di bawah temperatur 100oC.d. Air yang dimasak akan lebih cepat mendidih jika panci ditutup rapat, daripada jika dibiarkan terbuka.photoart 3secure.edventures.comInti Sari1. Gas ideal adalah gas yang memiliki asumsi-asumsi sebagai berikut.a. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom maupun molekul-molekul)dalam jumlah yang besar.b. Ukuran partikel gas dapat diabaikan ter-hadap ukuran wadah.c. Setiap partikel gas selalu bergerak de -ngan arah sembarang (acak)4. Difusi pada Organisme HidupApakah yang dimaksud dengan difusi? Difusi merupakan peristiwa bergeraknya suatu zat dari konsentrasi tinggi menuju konsentrasi rendah. Peristiwa difusi dapat kalian perhatikan ketika meneteskan zat pewarna ke dalam gelas berisi air. Zat pewarna yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi daripada konsentrasi air, akan menyebar ke seluruh air, walaupun kalian tidak mengaduk air. Pencampuran ini disebabkan oleh gerakan molekul yang acak.Difusi dapat juga terjadi dalam gas. Sebagai contoh, asap hasil pemba-karan akan menyebar di udara. Jika kita mempunyai ruang tertutup yang berisi gas, maka molekul gas yang mempunyai konsentrasi tinggi akan bergerak menuju konsentrasi rendah. Gerak molekul gas akan terhenti jika konsentrasi di setiap bagian seimbang. Difusi sangat penting bagi organisme hidup. Misalnya, difusi gas kar-bon dioksida (CO2) pada tumbuhan. Kita tahu bahwa tumbuhan mem-butuhkan CO2 untuk proses fotosintesis. CO2 dari luar ini akan berdifusi dari luar daun ke dalam melalui stomata. Selain tumbuhan, pada hewan juga terjadi difusi, yakni pertukaran gas oksigen dan gas karbondioksida. Pada proses pernapasan manusia, oksigen dimasukan ke paru-paru. Oksi-gen ini berdifusi melintasi jaringan paru-paru dan pembuluh darah. Peristiwa-peristiwa yang telah dijelaskan di atas, melibatkan gerak molekul gas. Ini berarti, peristiwa tersebut dapat dijelaskan dengan teori kinetik gas. Gambar 7.10 Asap hasil pem-bakaran menyebar di udara.Gambar 7.9 Pewarna yang diteteskan ke air akan menye-bar secara difusi.
v=3PrmsρρE=E=f(12kT)mkPV = nRT
Teori Kinetik Gas267qEkpT2. Massa jenis suatu gas ideal pada temperatur T dan tekanan P adalah ρ. Apabila tekanan gas tersebut dinaikkan menjadi 2P sedang-kan suhunya diturunkan menjadi 0,5T,maka massa jenis gas tersebut menjadi....a. 0,5ρd. 4ρb. ρ e. 8ρc. 2ρ3. Suatu gas ideal dalam ruang tertutup mem-punyai suhu 39ºC. Energi kinetik partikel-nya EK0. Bila energi kinetiknya naik menjadi 3 EK0, suhunya menjadi....a. 780ºC d. 169ºCb. 507ºC e. 97,5ºCc. 234ºC 4. Dua buah tabung A dan tabung B berisi gas ideal dan dihubungkan dengan pipa. Volume tabung penghubung dapat diabaikan. Gas A ber ada pada temperatur 450ºC dan gas B ber ada pada temperatur 150ºC. Bila di dalam tabung A terdapat N molekul, dan di dalam tabung B terdapat 3N molekul, maka vo lume gas B adalah . . . . a. 0,5 VA d. 4 VAb. VA e. 6 VA c. 2 VA5. Molekul suatu gas ideal pada temperatur tertentu mempunyai kelajuan vrms = v. Gas tersebut dipanaskan sehingga tekanannya meningkat menjadi enam kali tekanan semula dan volumenya bertambah menjadi dua kali volume semula. Dengan demikian, kelajuan rms molekul-molekul gas men-jadi.... a. 12vd. 3vb. 6ve. 6v c. 3v 6. Balon berbentuk bola dengan volume 4.000 cm3, berisi gas helium. Jika tekanan gas Helium 2 × 105 N/m2, dan energi kinetik rata-rata tiap molekul (atom) adalah 4 ×1022joule, maka di dalam balon terdapat ...partikel Helium.a. 4 × 1024 d. 1,33 × 1024b 3 × 1024e. 0,75 × 1024c. 2 × 1024 7. Di samping adalah gra fikhubungan ener gi kinetikrata-rata (EK) satu molekul gas monoatomikpada temperatur mutlak(T). Berdasarkan grafik ter sebut, besar konstanta Boltzman adalah....a. 2p3q d. 3q2pb. 3p2q e. pqc. 2q3p8. Bila massa jenis suatu gas adalah 2 kg/m3 dan tekanannya 24 ×106 N/m2, kecepatan rata-rata molekul gas tersebut adalah . . . .a. 20 m/s d. 50 m/sb. 30 m/s e. 60 m/sc. 40 m/s9. Besar energi dalam satu mol gas pada tem-peratur −73ºC adalah . . . . a. 2,5 J d. 2,5 × 103 Jb. 25 J e. 25 × 103 Jc. 2,5 × 102 J10. Sebuah tabung berisi 1 mol gas oksigen pada temperatur 427ºC. Jika pada temperatur itu oksigen memiliki 7 derajat kebebasan, ener gi dalam 1 mol gas oksigen adalah....(k= 1,38 × 10 -23 J/K) a. 2,04 ×104 J d. 20,4 ×103 J b. 20,4 ×104 J e. 204 J c. 2,04 ×103J11. Gas hidrogen berada pada temperatur 25ºC. Jika diketahui konstanta Boltzman 1,38 ×10-23 J/K dan massa molekul hidrogen 2,106 sma (1 sma = 1,66 ×10-27 kg), maka besar energi total rata-rata molekul gas hidrogen tersebut adalah ... J.a. 1,239×10-20 d. 5,540×10-20 b. 1,870×10-20 e. 6,240×10-20c. 3,740×10-20
Fisika Kelas XI268 B Jawablah pertanyaan berikut dengan benar12. Energi dalam dari 0,2 mol gas oksigen di dalam ruangan tertutup yang suhunya 400 K adalah. . . . a. 166,29 J d. 4.958,7 Jb. 1662,9 J e. 3.325 Jc. 332,5 J13. Energi dalam dari gas diatomik yang me-miliki derajat kebebasan 7 pada temperatur 700 K adalah 34,9 kJ. Jumlah mol gas terse-but adalah. . . . a. 1 mol d. 4 molb. 2 mol e. 5 molc. 3 mol14. Energi kinetik rata-rata suatu gas mono-atomik adalah 6,62 × 10-21 J, temperatur gas tersebut adalah .... (k = 1,38 × 10-23 J)a. 27ºC d. 57ºC b. 47ºC e. 62ºCc. 52ºC15. 20 gram gas monoatomik bersuhu 227ºC. Diketahui massa molekul relatif gas tersebut 14,01 gram/mol dan R = 8,314 J/mol K. Energi total molekul-molekul gas tersebut sebesar . . . . a. 89.014 J d. 8.901,4 J b. 59.343 J e. 5.934,3 J c. 35.901 J1. Jelaskan karakteristik gas ideal.2. Sebutkan dan jelaskan hukum-hukum gas ideal.3. Sebuah tangki berisi gas oksigen dengan massa atom relatif 16 gr/mol. Jika tempera-tur gas 20ºC, tentukan (a) energi kinetik translasi rata-rata setiap molekul, dan (b) kecepatan efektif setiap molekul.4. Molekul gas argon pada temperatur 10ºC mempunyai energi kinetik rata-rata 5.200 joule. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 4 kali temperatur semula, hitunglah kenaikan energi rata-ratanya.5. Gas berada di dalam sebuah ruangan ter-tutup dengan volume 9 L, suhu 36ºC, dan tekanan 5 atm. Kemudian gas dipanasi sampai suhu 76ºC, ternyata volumenya berkurang 3 L. Berapa persen pertambahan/pengurangan tekanan gas tersebut?6. Tentukan besar energi dalam dari 5 mol gas hidrogen (H2) pada temperatur 700K.7. Gas hidrogen semula bertekanan 8 atm. Jika 14bagian massa gas hidrogen keluar, tentu-kan besar tekanan gas sekarang. 8. Dalam suatu campuran gas pada temperatur 20ºC, tekanan masing-masing gas sebagai berikut. Hidrogen 100 mmHg, metana 200 mmHg, karbondioksida 360 mmHg, dan etana 90 mmHg. (Mr H2 = 2; Mr CO2 = 44; Mr metana =16; dan Mr etana = 30). Tentukan tekanan total campuran, dan persentase massa karbon dioksida.9. Bejana bervolume 2 liter yang dilengkapi kran di tengah-tengah, berisi gas oksigen pada temperatur 300K dan tekanan 1 atm. Sistem dipanasi hingga suhunya menjadi 400K dengan kran terbuka. Kran lalu ditu-tup dan bejana dibiarkan mendingin kem-bali sampai temperatur semula. (a) Berapa- kah tekanan akhir? (b) Berapa gram oksigen yang masih terdapat dalam bejana tersebut?10. Sebuah gelembung udara, dengan jari-jari 5 mm terbentuk di dasar telaga pada kedalam-an 2 m. Temperatur gelembung tersebut 4oC dan naik ke permukaan air yang su-hunya 27oC. Jika temperatur gelembung selalu sama dengan temperatur di seki-tarnya, berapakah jari-jari gelembung udara ketika sampai dipermukaan air? (Diketahui tekanan udara luar 1 atm).