Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
180
a. tekanan air di tempat yang tinggi
bila tekanan air di tempat yang rendah 2 . 10
4
Pa, b.
tekanan air di tempat yang tinggi bila air dalam pipa berhenti dan
tekanan air di tempat yang rendah 1,8 . 10
4
Pa. 4.
Tiap sayap sebuah pesawat terbang memiliki luas penampang 25 m
2
. Jika kelajuan udara bagian bawah sayap
adalah 50 ms dan pada bagian atasnya 70 ms, tentukanlah berat
pesawat itu anggap pesawat terbang mendatar pada kelajuan tetap pada
ketinggian di mana massa jenis udara sama dengan 1
5. Debit air yang melalui sebuah pipa air
adalah 5.000 cm
3
s. Kelajuan air pipa utama dan pipa menyempit venturi-
meter masing-masing 3 ms dan 5 ms. Jika massa jenis air 1 gcm
3
, dan g =
10 ms
2
, tentukan beda tekanan air antara kedua pipa tersebut
Setelah mempelajari bab ini, kita dapat memahami sifat-
sifat gas serta hubungan antara gas dengan tekanan, suhu,
dan energi. Selain itu, kita
juga akan mempelajari tekanan, suhu, dan
energi kinetik serta energi dalam gas.
Kita akan mempelajari sifat-sifat gas dengan pendekatan
gas ideal.
Kegiatan selanjutnya adalah menentukan energi dalam
gas dengan menggunakan prinsip ekuipartisi energi dan derajat
kebebasan.
BAB
8
TEORI KINETIK GAS
Pada bab ini kita akan mempelajari teori kinetik gas.
Tahukah kamu, apa saja yang akan kita pelajari?
1 8 2 1 8 2
1 8 2 1 8 2
1 8 2
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
182
A. Teori Gas Ideal
Peristiwa meletusnya balon di atas terkait dengan hubungan tekanan, suhu, dan volume gas. Untuk mempermudah pemahaman, mari kita
gunakan pendekatan dengan teori kinetik gas. Teori kinetik adalah teori yang menjelaskan perilaku sistem-sistem
fisis dengan menganggap bahwa sistem-sistem fisis tersebut terdiri atas sejumlah besar molekul yang bergerak sangat cepat.
Teori kinetik gas adalah teori kinetik yang digunakan untuk menjelaskan sifat-sifat atau
M
engapa balon bisa meletus? Balon bisa meletus karena dua hal, yaitu adanya kenaikan suhu dan kenaikan tekanan gas dalam balon. Apabila balon kita letakkan di bawah
sinar matahari dalam jangka waktu yang cukup lama maka balon akan meletus. Hal ini disebabkan oleh suhu gas dalam balon meningkat, sehingga tekanan gas dalam balon juga
meningkat. Hal yang sama juga akan terjadi apabila kita memompa balon terus-menerus. Gas akan menekan dinding balon terus-menerus seiring dengan kenaikan tekanannya, sehingga
volume balon terus meningkat. Pada saat dinding balon tidak dapat lagi menahan tekanan gas, balon akan meletus. Berikut ini akan kita pelajari lebih lanjut tentang tekanan, suhu, dan volume
gas.
Kata Kunci: Gas Ideal – Hukum Boyle-Gay Lussac – Tekanan – Suhu – Energi Kinetik Gas
Teori Kinetik Gas
Gerbang
Gambar 8.1 Balon berisi gas
Sumber: Dok.CAP
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
183
kelakuan suatu gas. Teori kinetik gas tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel, tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan sebagai
hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut.
Partikel-partikel gas dapat bergerak sangat bebas dan dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya. Hal ini menimbulkan kesulitan dalam
mempelajari sifat-sifat gas. Untuk menyederhanakan permasalahan ini diambil pengertian tentang gas ideal. Dalam kehidupan nyata gas ideal
tidak pernah ada. Sifat-sifat gas pada tekanan rendah dan suhu kamar mendekati sifat-sifat gas ideal, sehingga gas tersebut dapat dianggap
sebagai gas ideal.
Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.
1. Gas terdiri atas partikel dalam jumlah banyak yang disebut molekul.
2. Partikelnya bergerak secara acak atau sembarang.
3. Tidak ada gaya tarik-menarik antara partikel satu dengan partikel
lain. 4.
Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting elastis sempurna.
5. Selang waktu tumbukan antara satu partikel dengan partikel lain
berlangsung sangat singkat. 6.
Jarak antarpartikel lebih besar daripada ukuran partikel. 7.
Hukum Newton tentang gerak tetap berlaku. Kondisi suatu gas ditentukan oleh faktor tekanan, suhu, dan volume.
Dalam proses isotermik suhu tetap, tekanan gas ideal berbanding terbalik dengan volumenya atau perkalian antara tekanan dengan volume adalah
konstan tetap.
Pernyataan tersebut dikenal dengan hukum Boyle
dan dirumuskan sebagai berikut.
P . V = konstan suhu tidak berubah atau
P
1
. V
1
= P
2
. V
2
. . . 8.1
Keterangan:
P
1
: tekanan mutlak awal gas dalam ruang Nm
3
atau P
a
P
2
: tekanan mutlak akhir gas dalam ruang Nm
3
atau P
a
V
1
: volume mula-mula gas dalam ruang m
3
V
2
: volume akhir dalam ruang m
3
Pada keadaan standar 1 mol gas menempati volume sebesar 22.400 cm
3
. Sedangkan jumlah molekul dalam 1 mol = 6,02 × 10
23
molekul yang disebut bilangan Avogadro
N
A
. Pada keadaan standar jumlah molekul dalam tiap-tiap cm
3
adalah:
23 19
3
6, 02 x 10 = 2,68 x 10 molekulcm
22.400
Sifat-sifat Gas Ideal
Hukum Boyle
1 8 4 1 8 4
1 8 4 1 8 4
1 8 4
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
184
Persamaan Gas Ideal
Banyaknya mol untuk suatu gas tertentu adalah hasil bagi antara jumlah molekul dalam gas itu dengan bilangan Avogadro. Secara
matematis banyaknya mol suatu gas dapat dirumuskan:
A
= N
n N
. . . 8.2
Keterangan:
n : jumlah mol gas mol N : jumlah molekul
N
A
: bilangan Avogadro 6,02 x 10
23
molekulmol
Jika terdapat n mol gas,
persamaan untuk gas ideal menjadi:
P .
V = n .
R .
T . . . 8.3
Keterangan:
R : konstanta umum gas, nilainya 8,3144 joulemol = 0,0821 atm.litermol.K
Dari persamaan 8.2 dan 8.3 diperoleh: P
. V =
A
N N
. R
. T
P .
V = N .
A
N
R .
T . . . 8.4
Berdasarkan persamaan 8.4 didapatkan persamaan gas ideal yang dinyatakan dalam jumlah partikel. Secara matematis persamaan gas ideal
dapat dirumuskan sebagai berikut. P
. V = N
. k
. T
. . . 8.5
Keterangan:
k =
A
R N
: tetapan Boltzman 1,38 x 10
-23
JK T : suhu mutlak K
Jumlah mol suatu gas juga dapat diperoleh dari perbandingan antara massa gas itu
m dengan massa molekulnya M
r
. Secara matematis jumlah mol suatu gas dapat dirumuskan:
r
m n =
M
. . . 8.6
