Derajat Kebebasan Energi Dalam

1 9 4 1 9 4 1 9 4 1 9 4 1 9 4 Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 194 Pada gas monoatomik: U = N . 3 ˜ § · ¨ ¸ © ¹ k T 1 2 U = 3 2 N . k . T . . . 8.30 Pada gas diatomik: U = N . 5 ˜ § · ¨ ¸ © ¹ k T 1 2 U = 5 2 N . k . T . . . 8.31 Pada gas poliatomik: U = N . 6 ˜ § · ¨ ¸ © ¹ k T 1 2 U = 6 2 N . k . T . . . 8.32 Gambar. 8.5 a Translasi molekul, b rotasi molekul, dan c vibrasigetaran molekul a b c Untuk lebih memahami penjelasan di atas, perhatikan contoh soal berikut, kemudian kerjakan soal di bawahnya Contoh Soal Berapakah kecepatan rata-rata molekul gas oksigen pada 0 °C, jika berat atom oksigen 16 dan massa sebuah atom oksigen 1,66 . 10 -27 kg? Penyelesaian: Diketahui: k = 1,83 . 10 -23 T = 273 K M r O 2 = 32 m = 32 × 1,66 . 10 -27 kg Ditanyakan: v rms = . . . ? Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 195 Jawab: v = 3kT m = ˜ ˜ ˜ ˜ ˜ -23 -27 3 1,83 10 273 32 1, 66 10 v = 5,3 . 10 2 ms Kerjakan bersama teman sebangkumu 1. Gas hidrogen M = 2 kgkmol dan gas oksigen M = 32 kgkmol berada dalam suhu yang sama. Tentukan perbandingan berikut a. Energi kinetik hidrogen : energi kinetik oksigen. b. Kecepatan rms hidrogen : kecepatan rms oksigen. 2. Sebuah tangki yang memiliki volume 0,3 m 3 mengandung 2 mol gas helium pada 27 °C. Jika kita anggap helium sebagai gas ideal maka hitunglah: a. energi dalam total dari sistem, b. energi kinetik rata-rata per molekul Petunjuk: energi dalam total = 3 2 NkT dengan N adalah banyak molekul atau partikel. Energi kinetik per molekul = 3 2 kT. 3. Pada suhu 27 °C amonia bermassa 20 gram diubah menjadi energi kinetik. Carilah besar energi kinetik tersebut bila massa molekul dari gas amonia adalah 17,03 grammol 4. Hitunglah massa dan energi kinetik translasi dari gas helium yang bertekanan 10 5 Nm 2 dan bertemperatur 30 °C di dalam sebuah balon bervolume 100 m 3 Massa molekul gas helium adalah 4,003 gram mol. 5. Berapakah momentum total dalam satu gram gas helium dalam tabung bersuhu 27 °C? M helium = 4 gmol. Kerja Berpasangan 1 9 6 1 9 6 1 9 6 1 9 6 1 9 6 Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 196 Rangkuman 1. Hukum Boyle dirumuskan sebagai berikut. P . V = konstan suhu tidak berubah P 1 . V 1 = P 2 . V 2 2. Persamaan gas ideal: P . V = n . R . T 3. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai berikut. P V P V T T 1 1 2 2 1 2 . . = 4. Tekanan gas ideal untuk satu molekul adalah: P = ˜ 2 m v V Tekanan gas ideal untuk N molekul dinyatakan sebagai berikut. § · ˜ ˜ ¨ ¸ © ¹ N p = v V m 2 rms 1 3 5. Energi kinetik rata-rata molekul gas adalah: E k = ˜ ˜ 2 rms 1 2 v m 6. Kecepatan rata-rata molekul gas dapat ditentukan dengan persamaan: v rms = kT m 3 atau v rms = r RT M 3 7. Energi dalam suatu gas berasal dari penjumlahan energi kinetik translasi, energi kinetik rotasi, dan energi kinetik getaran molekul. Pada gas monoatomik U = 3 2 N . k . T Pada gas diatomik U = 5 2 N . k . T Pada gas poliatomik U = 6 2 N . k . T Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 197

A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat

1. Suatu gas ideal pada tekanan atmosfir p dan suhu 27 °C dimampatkan sampai volumenya setengah kali dari semula. Jika suhunya dinaikkan menjadi 54 °C, berapakah tekanannya? a. 0,25 p d. 2 p b. 0,54 p e. 2,18 p c. 1 p 2. Pada hukum Boyle P . V = k, k mem- punyai dimensi . . . . a. daya b. usaha c. momentum linear d. suhu e. konstanta pegas 3. Rapat massa perbandingan massa dan volume suatu gas ideal pada suhu T dan tekanan p adalah ρ. Jika tekanan gas tersebut dijadikan 2 p dan suhunya diturunkan menjadi 0,5 T maka rapat massa gas menjadi . . . . a. 4 d. 0,25 b. 2 e. 0,12 c. 0,50 4. Suatu gas ideal pada 300 K dipanas- kan dengan volume tetap, sehingga energi kinetik rata-rata dari molekul gas menjadi dua kali lipat. Pernyataan berikut ini yang tepat adalah . . . a. Kecepatan rms rata-rata dari molekul menjadi dua kali. b. Suhu berubah menjadi 600 K. c. Momentum rata-rata dari molekul menjadi dua kali. d. Suhu berubah menjadi 300 2 K. e. Kecepatan rata-rata molekul men- jadi dua kali. 5. Untuk melipatgandakan kecepatan rms molekul-molekul dalam suatu gas ideal pada 300 K, suhu sebaiknya dinaikkan menjadi . . . . a. 327 K d. 1.200 K b. 424 K e. 90.000 K c. 600 K 6. Massa sebuah molekul nitrogen adalah empat belas kali massa sebuah molekul hidrogen. Dengan demikian, molekul-molekul nitrogen pada suhu 294 K mempunyai laju rata- rata yang sama dengan molekul- molekul hidrogen pada suhu . . . . a. 10,5 K d. 4116 K b. 42 K e. 2058 K c. 21 K 7. Suatu gas bervolume 0,5 m 3 perlahan- lahan dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya menjadi 2 m 3 . Jika usaha luar gas tersebut 3 × 10 5 joule maka tekanan gas adalah . . . . a. 6 × 10 5 Nm 2 b. 2 × 10 5 Nm 2 c. 1,5 × 10 5 Nm 2 d. 8 × 10 5 Nm 2 e. 3 × 10 5 Nm 2 8. Besar energi dalam 4 mol gas monoatomik pada suhu 127 °C adalah . . . R = 8,31 J mol K. a. 6,332 J d. 33,240 J b. 19,944 J e. 34,327 J c. 24,825 J 9. Agar kecepatan efektif partikel gas menjadi 3 kali semula, suhunya harus ditingkatkan menjadi . . . semula. a. sama d. 9 kali b. 1,5 kali e. 12 kali c. 6 kali Soal-soal Uji Kompetensi 1 9 8 1 9 8 1 9 8 1 9 8 1 9 8 Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2 198 10. Sebuah tabung berisi gas monoatomik. Ke dalam tabung tersebut dipompakan gas yang sama sehingga tekanannya menjadi 3 kali semula. Besarnya perubahan energi dalam gas tersebut jika suhunya tetap adalah . . . . a. nol b. 1,5 kali semula c. 3 kali semula d. 6 kali semula e. 9 kali semula

B. Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat

1. Dua liter gas pada suhu 27 °C dan tekanan 1 atm dimampatkan hingga volumenya menjadi 1 liter dan di- panaskan pada 127 °C. Berapakah tekanan akhir gas jika dinyatakan dalam atm? 2. Berapakah energi kinetik dari translasi molekul-molekul dalam 10 gram amonia pada suhu 20 °C? Massa molekul amonia adalah 17,03 grammol. 3. Suatu tabung berisi 4 liter O 2 bertekan- an 5 atm dan bersuhu 27 °C. Jika N A = 6,02.10 23 molekulmol, k = 1,38.10 -23 Jk, 1 atm = 10 5 Pa, dan A r O 2 = 16. Hitung: a. banyaknya molekul gas dalam tabung, b. massa gas O 2 dalam tabung. 4. Jarak rata-rata antartumbukan molekul- molekul karbon dioksida pada kondisi standar adalah 6,29 × 10 -4 cm. Be- rapakah selang waktu tumbukan molekul-molekul di atas? Massa jenis karbon dioksida pada keadaan standar adalah 1,977 kgm 3 . 5. Pada suhu berapakah kecepatan molekul zat asam sama dengan molekul hidrogen pada suhu 27 o C? Massa molekul zat asam 32 grammol dan massa molekul hidrogen 2 grammol. Kita akan mem- pelajari termodinamika yang mencakup siklus dan usaha dalam proses termodinamika. Termodinamika memiliki tiga hukum dasar. Selanjutnya kita belajar Hukum II Termodinamika yang membahas siklus-siklus dalam proses termodinamika. Kita mulai dengan Hukum I Termodinamika sebagai hukum kekekalan energi. Kegiatan kita lanjutkan dengan belajar Hukum III Termodinamika membahas tentang entropi dan keadaan zat. Setelah mempelajari bab ini kita dapat memahami termodinamika yang meliputi hukum-hukum termodinamika serta keadaan zat pada suhu mutlak. BAB 9 TERMODINAMIKA Pada bab ini kita akan belajar tentang termodinamika.