Teori Kinetik Gas

Pada bahasan kali ini, kamu akan diberikan penjelasan mengenai materi teori kinetik gas dimana ternyata pada molekul gas terjadi tumbukan. Untuk lebih memahaminya, berikut ini pembahasannya.

Daftar Isi

1 Hukum Boyle-Gay Lussac
2 Persamaan Keadaan Gas Ideal
3 Teori Kinetik Gas
4 Teori Ekipartisi Energi dan Energi Dalam
- 4.1 Teori Ekipartisi Energi
- 4.2 Energi Dalam
5 Contoh Soal Teori Kinetik Gas
6 Pemahaman Akhir

Hukum Boyle-Gay Lussac

Hukum Boyle-Gay Lussac merupakan persamaan yang dihasilkan dari gabungan antara Hukum Boyle, Hukum Charles dan Hukum Gay Lussac. Persamaan dari Hukum Boy-Lussac ini digunakan untuk menyelesaikan berbagai soal dari suatu gas yang jumlahnya tetap atau massanya tetap. Dimana massa suatu gas tersebut jika diletakkan pada suatu wadah yang tidak bocor, bernilai tetap.

Persamaan:

Dimana:

P1 = tekanan awal gas (N/m²)

P2 = tekanan akhir gas (N/m²)

V1 = volume awal gas (m³)

V2 = volume akhir gas (m³)

T1 = suhu awal gas (K)

T2 = suhu akhir gas (K)

Persamaan Keadaan Gas Ideal

Persamaan keadaan gas ideal maksudnya ialah persamaan dimana partikel gas tidak memiliki volume dan tidak saling tarik-menarik. Gas oksigen, hidrogen, dan gas lainnya dapat dikatakan dalam keadaan ideal yaitu ketika gas tersebut dalam temperatur tinggi dan tekanannya rendah.

Kemudian ketika jarak antar partikel gas tersebut letaknya sangat jauh jika dibanding dengan ukuran dari partikel gas itu sendiri. Gas berinteraksi ketika partikelnya bertumbukan secara lenting sempurna. Dimana interaksi partikel gas ideal tersebut bergerak sembarang ke segala arah dengan kecepatan yang berbeda.

Persamaan:

p V = nRT

Dimana:

p = tekanan gas (Pa atau atm)

V = volume gas (m³ atau L)

n = jumlah mol gas

R = tetapan umum gas yaitu 8,314 J/mol K = 0,082 Latm/molK

T = suhu gas (K)

Teori kinetik gas pada dasarnya merupakan sebuah teori yang menjelaskan tentang sifat-sifat gas ideal dan juga energi dari partikel gas. Menurut teori kinetik gas, molekul-molekul gas yang bergerak secara acak dengan arah gerak konstan akan membentuk gas.

Molekul gas ini bergerak dengan kecepatan tinggi. Selain itu juga bergerak saling bertumbukan dengan molekul lain secara terus-menerus. Untuk menemukan teori kinetik gas ini, maka gas yang ditinjau ialah gas ideal.

Adapun beberapa sifat dari gas ideal adalah sebagai berikut:

Ideal gas tersusun dari partikel yang jumlahnya sangat banyak dan tidak adanya gaya tarik-menarik antar partikel.
Arah gerak pada partikel gas yaitu sembarang.
Ukuran partikel gas diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas itu.
Tumbukan yang terjadi antar partikel gas ialah tumbukan lenting sempurna.
Partikel gas terdistribusi merata dalam ruangan tempat gas itu.
Berlakunya Hukum Newton tentang gerak pada partikel gas tersebut.

Teori Ekipartisi Energi dan Energi Dalam

Teori Ekipartisi Energi

Teori ekipartisi energi yaitu mengenai hubungan antara derajat kebebasan suatu partikel dengan energi kinetik yang dimiliki. Dalam teorema ini, energi yang terdapat pada suatu sistem dengan suhu mutlak T akan terbagi secara merata pada setiap molekul yang memenuhi hukum gerak Newton di dalamnya berdasarkan derajat kebebasan. Derajat kebebasan merupakan banyaknya cara gerak yang dapat dilakukan oleh partikel. Gas ideal terdapat pada gas monoatomik dan gas diatomik.

Persamaan untuk Energi kinetik gas ideal adalah:

Dimana:

f = derajat kebebasan

k = konstanta Boltzmann

T = suhu mutlak

Pada molekul gas monoatomik ataupun atom tunggal bergerak secara translasi pada sumbu x, y dan z yang dapat menyebabkan gas ini memiliki derajat kebebasannya 3. Dan pada molekul gas diatomik dapat bergerak secara translasi, rotasi dan vibrasi, hal ini bergantung pada suhu mutlak sistem.

Menurut suhu mutlaknya, ada beberapa pembagian derajat kebebasan. Yaitu seperti berikut ini:

Pada suhu ±250 K, molekul gas diatomik hanya mampu bergerak secara translasi. Jadi, derajat kebebasannya sama dengan molekul gas monoatomik, yaitu 3.
Pada suhu ±500 K, molekul gas diatomik mampu bergerak secara translasi dan juga secara rotasi. Dimana sumbu x yaitu sumbu rotasi sehingga molekul gas diatomik akan melakukan gerak rotasi pada sumbu y dan sumbu z. Jadi, derajat kebebasan dari gerak rotasi yaitu 2 dan derajat kebebasan totalnya menjadi 5.
Pada suhu ±1000 K, molekul gas diatomik mampu bergerak secara translasi, secara rotasi dan juga gerak vibrasi. Ketika bergerak secara vibrasi, pada molekul gas diatomik terdapat energi kinetik dan juga energi potensial yang elastis. Jadi, derajat kebebasannya yaitu 2 dan derajat kebebasan totalnya menjadi 7.

Energi Dalam

Menurut bunyi Hukum pertama termodinamika tentang kekekalan energi yang menyatakan jika “panas neto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem”.

Persamaan energi dalam sistem:

$Q = Δ U + W$

Dimana:

Q = panas

U = energi dalam

W = usaha

Contoh Soal Teori Kinetik Gas

Untuk lebih memahami, maka berikut ini ialah beberapa contoh soal teori kinetik gas:

Diketahui jika pada tekanan atmosfer (101 kPa), suhu gas karbondioksida yaitu sebesar 40 ^oC dan volumenya yaitu sebanyak 4 liter. Jika tekanannya diubah menjadi 201 kPa dan suhunya dinaikkan menjadi 60^oC, maka berapakah volume akhir gas karbondioksida nya?

Pembahasan:

P₁ = 101 kPa

P₂= 201 kPa

T₁ = 40 ^oC + 273 K = 313 K

T₂= 60 ^oC + 273 K = 333 K

V₁ = 4 liter

Maka,

Jadi, volume akhir gas karbondioksida adalah ,138 liter.

2. Hitunglah volume 4 mol gas pada STP (anggap saja gas ini adalah gas ideal).

Pembahasan:

Jadi, volume 4 mol gas pada STP adalah 89,6 liter.

Baca juga: Pemanasan Global: Pengertian, Penyebab, Dampak, Gejala dan Cara Mengatasi

Pemahaman Akhir

Teori kinetik gas adalah teori yang menjelaskan tentang sifat-sifat gas ideal dan energi dari partikel-partikel gas. Menurut teori ini, gas ideal terdiri dari partikel-partikel yang bergerak secara acak dengan arah gerak yang konstan dan saling bertumbukan. Beberapa sifat dari gas ideal adalah partikel gas tidak saling tarik-menarik, ukuran partikel diabaikan, dan tumbukan antar partikel adalah tumbukan lenting sempurna.

Hukum Boyle-Gay Lussac adalah persamaan yang menggabungkan Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac, digunakan untuk menyelesaikan soal-soal gas dengan jumlah molekul tetap atau massa tetap. Persamaan keadaan gas ideal menyatakan hubungan antara tekanan, volume, jumlah mol gas, dan suhu gas ideal. Teori ekipartisi energi menjelaskan tentang pembagian energi kinetik pada setiap partikel gas berdasarkan derajat kebebasan.

Energi dalam suatu sistem gas dapat dihitung menggunakan persamaan energi dalam yang menyatakan bahwa panas neto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem.

Dalam memahami teori kinetik gas, contoh soal dapat membantu untuk menggambarkan aplikasinya dalam perhitungan volume, tekanan, dan suhu gas dalam berbagai kondisi. Dengan pemahaman yang baik tentang teori kinetik gas, kita dapat lebih memahami perilaku gas dan mengaplikasikannya dalam berbagai situasi dalam dunia fisika. Sebagai guru fisika, penting untuk menjelaskan teori ini dengan jelas kepada siswa untuk memastikan pemahaman yang baik tentang sifat-sifat gas dan energi dari partikel-partikel gas.

Demikianlah pembahasan dari materi teori kinetik gas. Dimana kamu mengetahui bagaimana awal mula dari adanya teori kinetik gas, hukum boyle-gay lussac hingga contoh soal teori kinetik gas. Diharapkan kamu menjadi lebih paham dengan penjelasan tersebut.

Kamajaya, Ketut dan Purnama, Wawan. 2019. Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika untuk Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Kelas Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Bandung: Grafindo Media Pratama