255
Fisika SMAMA XI
Gambar 8.3 Kurva keadaan isoterm untuk tiap T pada gas ideal
Nilai nR pada Persamaan 10 adalah konstan sehingga kita bisa menuliskan:
atau
.... 11 Kita sering membaca gas dalam keadaan standar. Apa yang
dimaksud dengan pada keadaan standar? Keadaan standar adalah keadaan gas pada saat tekanannya 1 atm = 101 kPa
dan suhu mutlak 273 K atau 0°C. Berapa volume 1 mol gas pada keadaan standar?
Dari persamaan 9 kita bisa menghitung volume gas.
V = V = 22,4 L
Pada keadaan standart volume gas apapun adalah 22,4 l.
Gambar 8.3 Menunjukkan kaitan P dan V pada suhu tertentu. V diubah-ubah pada suhu yang konstan.
Keadaan ini dinamakan isoterm. Kurva pada gambar menunjukkan kurva isoterm. Tipler , Fisika 1
Gambar 8.2 Untuk gas ideal nilai PVnRT adalah konstan. Ini berlaku untuk tekanan rendah. Pada
umumnya masih berlaku sampai tekanan beberapa atm. Tipler, Fisika 1
p
t
Fisika SMAMA XI
256
150 gram CO
2
berada dalam ruang yang volumenya 60 l, tekanannya 1 atm dalam temperatur ruangan. Jika volumenya dirubah menjadi 2 kali
dengan suhu konstan. Berapa tekanannya sekarang? Penyelesaian :
Diketahui : V
1
= 60 l, P
1
= 1 atm, V
2
= 2 V
1
= 120 l, P
2
= ? Jawab :
Suhu gas konstan maka berlaku P
1
V
1
= P
2
V
2
P
2
= 1 atm60 l120 l = 0,5 atm atau setengah tekanan semula.
Contoh Soal 2
Jika kalian menggunakan satuan tekanan atm maka gunakan liter untuk satuan volume. Jika kalian mengguna-
kan Pa untuk satuan tekanan, maka gunakan m
3
untuk satuan volume.
Contoh Soal 3
Gas O
2
memiliki volume 3 liter, suhunya 20°C, dan tekanannya 1 atm. Gas dipanaskan sehingga suhunya 50°C dan ditekan sampai volumenya
1,5 l. Berapa tekanannya sekarang? Penyelesaian :
Diketahui : V
1
= 3 l, T
1
= 20° C = 293 K, T
2
= 50° C = 323K, V
2
= 1,5 l, P
2
= ? Jawab:
Pada kasus ini kita menggunakan besar PVT adalah konstan maka:
257
Fisika SMAMA XI
Pada keadaan normal, berapa volume 42 gram gas O
2
? Penyelesaian :
Diketahui : Massa molar 0
2
adalah 16 +16 = 32. Jumlah oksigen = 4232 mol.
Keadaan standart P = 1 atm, T = 0° = 273K
Contoh Soal 4
Seputar Tokoh :
Robert Boyle : Boyle menemukan bahwa pada gas ideal perkalian antara tekanan dengan volum adalah konstan,
atau tekanan berbanding berbalik dengan volumenya.
Sumber : Wikipedia
Wawasan Produktivitas : Etos Kerja
Setelah kalian mempelajari persamaan umum gas ideal, dapatkah kalian merangkai material untuk membuat pendingin ruangan? Lakukan
percobaan hingga berhasil. Berkonsultasilah dengan gurumu
C. Tekanan Gas Ideal Berdasarkan Teori Gas Ideal
Kita telah mempelajari kelakuan gas dengan meninjau besaran-besaran P,V, dan T yang dapat kita ukur. Sekarang
kita akan mempelajari keadaan mikroskopik gas atau kelakuan masing-masing partikel. Untuk meninjau kelakuan tiap-tiap
partikel kita memerlukan posisi dan kecepatan masing-masing partikel gas. Kita tidak mungkin melakukannya, jadi kita akan
membahas gerakan partikel secara rata-rata. Kita buat sebuah model gas ideal dengan asumsi :
Fisika SMAMA XI
258
1. Gas terdiri atas partikel-partikel, yang dapat berupa atom-
atom atau molekul-molekul. Partikel-partikel dalam jumlah besar, saling bertumbukan elastik satu sama lain.
Tiap molekul kita anggap sebagai molekul yang identik
2. Jarak rata-rata antarmolekul cukup besar dibandingkan
dengan diameter molekul, dan tidak ada gaya interaksi antara molekul kecuali bila molekul bertumbukan.
Tumbukan yang terjadi antarmolekul adalah tumbukan elastis dan berlangsung sangat singkat.
3. Tidak ada gaya dari luar gaya gravitasi kita anggap cukup
kecil sehingga molekul bergerak secara acak, tidak memiliki posisi yang tetap, begitu juga dengan
kecepatannya.
4. Volume partikel-partikel sangat kecil sehingga dapat
diabaikan terhadap volume gas. Meskipun volume yang ditempati gas besar, tetapi volume yang diisi oleh partikel-
partikel tersebut sangat kecil.
Asumsi di atas umumnya berlaku untuk gas dengan kerapatan rendah dan pada suhu yang tinggi. Perilaku ideal
ini tidak berlaku pada tekanan yang tinggi atau pada suhu yang rendah. Pada tekanan yang tinggi atau suhu yang rendah
kerapatan gas tinggi dan tidak terpisah jauh.
Tekanan yang timbul dalam gas berasal dari tumbukan antara molekul-molekul gas dengan dinding tempatnya.
Tumbukan antarmolekul tidak berpengaruh pada momen- tum total karena momentumnya konstan. Tekanan dapat
dihitung dengan menghitung laju perubahan momentum molekul-molekul gas atau impuls gas karena bertumbukan
dengan dinding tempatnya. Saat molekul menumbuk dinding, gaya yang diberikan dinding pada molekul sehingga
menimbulkan perubahan momentum adalah .
Kalian masih ingat hukum Newton tentang gerak tersebut bukan? Menurut hukum Newton yang ketiga tentang aksi
reaksi gaya tersebut sama dengan gaya yang diberikan oleh gas pada dinding tempatnya. Tekanan pada dinding adalah
gaya persatuan luas dinding tempat gas.
Mari kita tinjau gas dalam ruangan dengan volume V. Massa tiap molekul adalah m. Jumlah gas dalam ruang adalah
N. Perubahan momentum timbul saat molekul menumbuk dinding sehingga arahnya berubah atau berbalik arah. Mari
259
Fisika SMAMA XI
kita tinjau pada arah sumbu –x. Momentum sebelum tumbukan adalah m
x
, setelah tumbukan molekul berbalik arah momentumnya menjadi –m
x
. Gambar. 8.4 Perubahan tiap molekul momentum adalah:
.... 12
Perubahan momentum semua molekul selama Dt detik adalah 2m x dikalikan jumlah tumbukan. Bila jarak antar
dinding Lihat gambar 8.4 adalah L maka waktu yang diperlukan oleh sebuah molekul untuk menumbuk dinding
adalah:
....
13 Jarak L kita kalikan dua karena partikel bergerak dari satu
dinding menumbuk dinding lalu berbalik arah dan menumbuk dinding satunya. Laju perubahan momentum
akibat menumbuk dinding adalah
Tekanan pada dinding adalah gaya persatuan luas dinding, yaitu:
Gambar 8.4 Molekul gas bergerak secara acak. Jarak antara dinding adalah L sehingga waktu untuk menumbuk kedua dinding adalah L2
x
L
