RANGKUMAN MATERI DAN CONTOH SOAL TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

TEORI KINETIK GAS dan TERMODINAMIKA

Persamaan Gas Ideal

P V = n R T

atau 

P V = N.kT

P = tekanan

V =  volume

T = suhu mutlak dalam satuan kelvin

n = mol

n = ͫ  /mr

N = jumlah patikel

rumus N:

N = n . bilangan avogadro

atau:

N = n . 6,02 . 10²³

CONTOH SOAL

Gas dalam ruang tertutup bervolume 20 kilo liter dan suhu 27 C dengan tekanan 10 atm. hitung banyak mol gas dalam ruang tersebut!

pembahasan:

Diketahui : V = 20.000 liter

t = 27º C = 27 + 273 = 300 K

P = 10 atm

Ditanyakan: n = ...?

P V = n R T

10 . 20000 = n . 0,082 . 300

n = 8 130 081 mol

Simbol R selanjutnya disebut konstanta gas umum yang nilainya 8,31 J/mol K atau 0,082 L atm/mol K.

Tekanan dan Ketetapan Gas Ideal

Keterangan:

P : tekanan gas (Nm^–2)

N : jumlah molekul

v : kecepatan (m/s)

m : massa molekul (kg)

V : volume gas (m³)

Ek : energi kinetik (J)

CONTOH SOAL

gas ideal dalam tabung tertutup yang bervolume 10 liter  dan tekanan 2 atm. Jika jumlah molekul gas dalam tabung tersebut 10 × 10²¹partikel, maka besar energi kinetik total gas dalam tabung adalah?

Diketahui : V = 10 liter = 1 . 10^-2 m³

N = 10 × 10²¹ partikel

P = 2 atm = 2 . 10⁵ Pa

n = 20 mol

Ditanyakan: Ek = ...?

P V = [2/3] . Ek . N

2 . 10⁵  . 1 . 10^-2  = [2/3] Ek . 10 . 10²¹ 

6 . 10³   =  Ek . 20 . 10²¹ 

Ek = 3 . 10^-19  . joule

Kecepatan Efektif Gas Ideal

v = kecepatan (m/s)

Contoh soal :

Pada sebuah tangki yang bervolume 20 liter terdapat suatu gas yang bermassa 5,32 × 10^-26 kg. Saat suhunya 27º C , tekanan gas tersebut sebesar 10 atm. Tentukan kecepatan efektif gas tersebut!

Diketahui : V = 20 liter

T = 27º C = 300 K

P = 10 atm

m = 5,32 × 10-26 kg

Ditanyakan: vrms = .... ?

Suhu dan Energi KinetikGas Ideal

enegi kinetik gas monoatomik

energi kinetik gas diatomik

Ek = 5/2 k T

Contoh soal :

Suatu gas ideal dalam ruang tertutup yang suhunya 27° C memiliki energi kinetik partikel sebesar 150 J. Jika energi kinetiknya 300 J, maka tentukanlah suhu gas sekarang!

Diketahui : T₁ = 27° C = 27 + 273 = 300 K

Ek₁= 150 J  , Ek₂= 300 J

Ditanyakan: T2 = .... ?

Ek1 : Ek2 = T1 : T2

150 : 300 = 300 : T2

1 : 2 = 300 : T2

T2 = 300 . 2 = 600 K

TERMODINAMIKA

USAHA GAS 

Rumus Usaha:

W = P . ΔV 

atau

W = P (V2 - V1)

W = usaha (joule)

V = volume gas (m³)

P = tekanan (Pa)

HUKUM I TERMODINAMIKA

hukum 1 termodinamika menjelaskan bahwa kalor yang masuk pada suatu sistem dirubah sepenuhnya menjadi usaha dan atau perubahan energi dalam

Q = W + ΔU

Q = kalor (Joule)

W = usaha / kerja (Joule)

ΔU = perubahan energi dalam

Q bernilai positif jika sistem menerima kalor dan sebaliknya bernilai negatif jika membuang kalor

W  dapat bernilai positif dan negatif: saat sistem melakukan kerja w positif dan sebaliknya bernilai negatif jika dikenai usaha

CONTOH SOAL

gas monoatomik pada suhu 27º C dengan tekanan sebesar 1,5 × 10^5 Pa dan bervolume 15 liter. Sistem mengambil kalor dari lingkungan dengan cara isobarik sehingga suhu naik menjadi 127 C. Tentukan:
a. volume gas sekarang, 
b. usaha luar yang dilakukan gas, 
c. penambahan energi dalam gas, dan 
d. besarnya kalor yang diserap gas!

Diketahui : 

T1 = 27 + 273 = 300 K

P1 = 1,5 × 10^5 N/m²

V1 = 15 liter = 15 × 10^-2 m³

T2 = 127 + 273= 400 K

pembahasan: 

a. V2 = ...?

V1 : V2 = T1 : T2

1,2 . 10^-2 : V2 = 300 : 400 

V2 = 1,6 10^-2 m³ 

b. W = ...?

W = P (V2 - V1)

W = 1,5 10⁵  (1,6 - 1,2) 10^-2  .

W = 0,6 .10³  joule

c. Δ U= ...?

Δ U = 3/2 . P (V2 - V1)

Δ U = 3/2 . 1,5 10⁵  (1,6 - 1,2) 10^-2  .

Δ U = 3/2 . 1,2 10³  

Δ U = 2,25 10³ Joule 

d. Q = ...?

Q = W + Δ U 

Q = Δ U = 0,6 10³  + 2,25 10³  

Q = 2,85 .10³  Joule

PROSES – PROSES TERMODINAMIKA :

a. Proses Isobarik

Proses isobarik adalah proses yang dialami oleh gas di mana gas tidak mengalami

perubahan tekanan atau tekanan tetap ( P  = tetap)..

 

b. Proses Isokhorik

Proses isokhorik adalah proses gas tanpa mengalami perubahan volume / volume tetap ( ΔV = 0). sehingga, usaha yang dilakukan gas pada proses isokorik bernilai nol (W = P × 0 = 0).

c. Proses Isotermis

dimana ln adalah logaritma bilangan natural

d. Proses Adiabatik

Energi Dalam (U)

Energi Dalam Gas Monoatomik

keterangan: 

U = energi dalam

Energi Dalam Gas Diatomik

untuk rumus energi dalam pada gas diatomik menggunakan rumus yang sama pada gas diatomik, 

U = 5/2 nRT

CONTOH SOAL

Suatu gas yang berada dalam ruang yang fleksibel memiliki tekanan 1,5 × 10^5 Pa, suhu 27º C, dan volume 12 liter. Ketika gas menyerap kalor suhunya menjadi 127º C. Hitunglah energi gas mula-mula, volume gas sekarang, energi dalam sistem gas sekarang!

Diketahui : 

P1 = 1,5 × 10^5 Pa 

T1 = 27 + 273 = 300 K

V1 = 12 liter = 1,2 × 10^5 m³ 

T2 = 127 + 273= 400 K

Ditanyakan: 

a. U1 = ...?

b. V2 = ...?

c. U2 = ...?

pembahasan:

a. U1 = ... ?

U = [3/2] n  R T = [3/2] P V

U = 3/2 . (1,5 10⁵ ) . (1,2 . 10^-2  ) = 2,7 . 10³ joule

b. V2 = .... ?

V1 : T1 = V2 : T2

(1,2 . 10^-2)  : 300 = V2 : 400

V2 = 1,6 .10^-2 m^3 

c. U2 = ... ?

U2 = [3/2] PV = 3/2 1,5.10^-2 1,6. 10⁵ 

U2 = 3,6 10³ Joule 

Entropi

Entropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha.

Mesin Pendingin

Keterangan

Kp : koefisien daya guna

Q1 : 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)

Mesin Carnot

Keterangan:

η : efisiensi mesin Carnot

T1 : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T2 : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Q1 = kalor yang diserap

Q2 = kalor yang dibuang

CONTOH SOAL

Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 1.000 kJ. Mesin bekerja pada reservoir bersuhu tinggi 300 K dan bersuhu rendah100 K. Berapa kalor yang terbuang oleh mesin?

Diketahui : T1 = 300 K

T2 = 200 K

Q1 = 1.000 kJ

Ditanyakan: Q2 = ...?

Jawab :


untuk soal latihan dan pembahasan lengkap tentang teori kinetik gas dan termodinamika.
>> BACA: teori kinetik gas dan termodinamika (soal dan pembahasan)