FISIKA GAS UMUM

(1)

MAKALAH PERSAMAAN UMUM GAS IDEAL

KELOMPOK 2

1. ARIEF BUDIMAN HARJA 2. DIMAS NUR AGNI P 3. DIMAS SHOBIRIN 4. GEMA FAJAR ISLAMI 5. LEGGY DORIYANTI 6. MARCELLA RAFIKA T 7. MEIDIANA MAURIZKA 8. MUSTIKA LUTFHIA 9. NADYA PRAMESWARI 10. NATASYA MODESTA 11. NURREZKI TRI W 12. PUTRI RAHAYU

SEKOLAH MENENGAH ATAS NEGERI 2 TAMBUN SELATAN

Jl. Aries Perum SKU, Mekarsari Tambun Selatan, Bekasi Jawa Barat 17510, Indonesia

Telp: 021 88335916


(2)

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha

Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah

melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami

dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang persamaan gas ideal.

Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan

bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah

ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak

yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini.

Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada

kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena

itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca

agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini.

Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang limbah dan

manfaatnya untuk masyarakan ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi

terhadap pembaca.

Bekasi, 30 Maret 2017

Penyusun


(3)

Persamaan umum suatu gas adalah persamaan yang dapat memberikan hubungan antara tekanan, volume dan suhu gas dalam suatu tempat. Kitaikan kita memiliki satu tangki gas sembarang, kemudian tekanan dalam tangki kita sebut P, volume tangki adalah V, dan suhu dalam tangki adalah T. Kita bisa menuanggatur atau mengubah tekanan, suhu maupun volumenya. Ternyata antara P,V dan T saling memiliki kaitan tertentu. Persamaan yang meghubungkan antara P, V dan T dinamakan sebagai persamaan keadaan gas. Kita akan meninjau persamaan keadaan untuk gas ideal.

A. Hukum Boyle

Robert Boyle (1627-1691) mengamati sebuah fenomena dari sebuah gas yang terletak dalam sebuah wadah. Robert Boyle mencoba menyelidiki hubungan antara tekanan dan volume gas dalam wadah tetutup pada suhu tetap. Dari percobaan tersebut diperoleh hasil yang menyatakan bahwa “Jika suhu gas berada dalam wadah tertutup (tidak bocor) dijaga tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Secara matematis, penyataan di atas dinyatakan sebagai: :

dimana :

P1 = tekanan awal (N/m²) P2 = tekanan akhir (N/m²) V1 = volume awal (m³) V2 = volume akhir (m³)

Gambar 2.1 Semprotan Obat Nyamuk

Persamaan (1) memperlihatkan hubungan antara volume dan tekanan gas yang dikemukakan oleh Boyle. Salah satu penerapan prinsip hukum Boyle dapat dilihat pada semprotan obat nyamuk (lihat gambar 2.1). Pompa berfungsi untuk mengubah volume gas dalam tabung semprotan. Saat pompa digerakkan ke kanan maka volume gas akan mengecil dan tekanan gas meningkat. Tekanan gas yang besar keluar melalui ujung tabung dan membuat cairan pada pipa tadon tersemprot keluar. Sedangkan ketika pompa ditarik kea rah kiri maka volume gas semakin besar dan tekanan gas dalam tabung menjadi menurun.


(4)

Gambar 2.2 Grafik Hubungan antara Volume dan Tekanan gas pada Suhu tetap Hubungan antara volume dan tekanan pada peristiwa tersebut dapat ditunjukkan melalui grafik (lihat gambar 2.2). Grafik tersebut menunjukkan jika volume bertambah maka tekanan gas akan berkurang.

B. Hukum Charles

Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Robert Boyle, Jacques Charles (1747-1823) menggerakkan piston namun parameter yang dibuat konstan adalah tekanan gas. Dari hasil percobaannya, Charles memperoleh kesimpulan bahwa “Jika gas dalam ruang tertutup tekanannya dijaga konstan maka volume gas dalam jumlah tertentu berbanding lurus dengan temperature mutlaknya. Selain itu Charles juga telah mampu menentukan hubungan antara suhu dan volume secara kuantitaf. Berikut adalah persamaan matematis untuk menggambarkan hubungan kedua variabel tersebut :

dimana :

T1 = suhu awal (K) T2 = suhu akhir (K) V1 = volume awal (m³) V2 = volume akhir (m³)

Berikut ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara suhu dan volume gas jika tekanan gas dijaga konstan.


(5)

Gambar 2.3 Grafik Hubungan antara Suhu dan Volume gas pada Tekanan tetap Peristiwa yang ditunjukkan pada grafik dan persamaan dapat dilihat secara langsung melalui balon yang ditempatkan pada mulut botol yang direndam air panas (lihat gambar 2.4). Gambar 2.4 menunjukkan semakin tinggi suhu gas dalam botol maka volume gas juga membesar.

Gambar 2.4 Balon Membesar Saat Botol Direndam Air Panas

C. Hukum Gay Lussac

Joseph gay-Lussac (1778-1850) menyatakan bahwa : “ Jika gas dalam wadah tertutup volumenya dijaga konstan maka tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya”. Peristiwa yang berkaitan dengan pernyataan tersebut adalah botol pengharum ruangan yang dipanaskan. Semakin tinggi suhu botol saat dipanaskan maka semakin besar pula tekanan gas dalam botol sehingga menyebabkan botol akhirnya meledak. Secara matematis hubungan antara suhu dan tekanan adalah:


(6)

dimana :

T1 = suhu awal (K) T2 = suhu akhir (K) P1 = tekanan awal (N/m²) P2 = tekanan akhir (N/m²)

Berikut ini terdapat grafik yang menunjukkan hubungan antara suhu dan tekanan pada volume ruang yang tetap.

Gambar 2.5 Grafik Hubungan antara Suhu dan Tekanan gas pada Volume tetap

D. Hukum Boyle-Gay Lussac

Berdasarkan 3 hukum yang telah dijelaskan di atas maka diperoleh Hukum Boyle-Gay Lussac yang menyatakan hubungan antara suhu, tekanan dan volume gas yang secara matematis sebagai berikut :

dimana :

T1 = suhu awal (K) T2 = suhu akhir (K) V1 = volume awal (m³) V2 = volume akhir (m³) P1 = tekanan awal (N/m²) P2 = tekanan akhir (N/m²)

Persamaan di atas hanya digunakan pada keadaan gas yang massanya tetap atau jumlah partikel konstan dalam ruang tertutup rapat. Sedangkan pada peristiwa dimana jumlah partikel gas dalam wadah berubah, persamaan tersebut tidak berlaku.


(7)

Gambar 2.6 Orang Meniup Balon

Misalkan saat seseorang meniup balon maka partikel gas dalam balon tersebut akan bertambah. Persamaan yang digunakan dalam peristiwa ini adalah :

dimana :

P = tekanan gas (N/m²) V = volume gas (m³) N = banyak partikel

k = konstanta Boltzmann = 1,381×10-23 J/K

T = suhu mutlak (K)

Rumus umum persamaan gas ideal

pV=nRT

p1V1 T1

=p2V2 T2


(8)

Ket:

p1=tekanan mutlak mula mula gas

(N/m

2

atau Pa)

p2=tekanan akhir gas

(N/m

2

atau Pa)

V1=volume mula mula gas

(m

3

)

V2=volume akhir gas

(m

3

)

T1=suhu mutlak mula mula

(K)

T2=suhu mutlak akhir

(K)

Keterangan:

m = massa gas (kg)

M = massa atom gas (kg/kmol atau g/mol)

N = jumlah molekul

N

A =

bilangan avogadro

= 6,02 x 10

26

molekul/kmol

= 6,02 x 10

23

molekul/kmol

Keterangan:

R = tetapan umum gas = 0,082 L atm/mol K = 8, 314 J/mol K

n= m

M=

N

NA

pV=m

MRT=

N


(9)

n = jumlah mol (mol)

contoh soal dan pembahasan

a. Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika

Hukum boyle

1.

Ruang tertutup yang volumenya 0,2 m3 berisi gas dengan tekanan

60.000 Pa. Berapakah volume gas jika tekanannya dijadikan 80.000

Pa?

Pembahasan

Diketahui:

P1 = 60.000 Pa

V1 = 0,2 m3

P2 = 80.000 Pa

Ditanya:

V2 = ...?

Jawab:

P1 V1 = P2 V2

V2 = (P1 V1) : P2

= (60.000 x 0,2) : 80.000

= 1,2/8

= 0,15 m3

Jadi, volume gas sekarang adalah 0,15 m3

2.

Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika

tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada

ruangan yang volumenya 150 ml?


(10)

Penyelesaian:

Diketahui:

V1 = 200 mL

P1 = 60 cmHg

V2 = 150 ml

Ditanya : P2

Jawab:

P1V1 = P2V2 atau

P2 = (P1V1) : V2

P2 = (200 x 60 ) 150

= 80 cmHg

Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml adalah 80

cmHg.

b.

Hukum Charles

1.

Dalam suatu wadah tertutup, gas memuai sehingga volumenya

berubah menjadi 3 kali volume awal (V = volume awal, T = suhu

awal). Suhu gas berubah menjadi…

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal (V1) = V

Volume akhir (V2) = 3V

Suhu awal (T1) = T

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

2.

Di dalam sebuah bejana tertutup terdapat gas yang mempunyai

volume 2 liter dan suhu 27oC. Jika volume gas menjadi 3 liter maka

suhu gas menjadi…


(11)

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal (V1) = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3

Volume akhir (V2) = 3 liter = 3 dm3 = 3 x 10-3 m3

Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

c.

Hukum Gay/Lussac

1. 150 gram CO2 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 : V1= 60 l, P1= 1 atm,

V2= 2 V1 = 120 l, P2= ?

Jawab :

Suhu gas konstan maka berlaku P1V1= P2V2 P2 = (1 atm)(60 l)/(120 l) =

0,5 atm atau setengah tekanan semula.

d. persamaan gas ideal

1. Sebanyak 3 liter gas Argon bersuhu 27°C pada tekanan 1 atm( 1 atm = 105 Pa) berada

di dalam tabung. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J mol−1 K−1 dan banyaknya partikel

dalam 1 mol gas 6,02 x 1023 partikel, maka banyak partikel gas Argon dalam tabung

tersebut adalah...

Pembahasan:

Diketahui:

V = 3 L = 3 . 10–3 m3 T = 27 oC = 300 K P = 1 atm = 105 Pa R = 8,314 J/mol.K NA = 6,02 x 1023 partikel


(12)

Ditanya:n ...

2.

Gas ideal berada dalam ruang tertutup dengan volume V, tekanan P dan suhu T. Apabila volumenya mengalami perubahan menjadi 1/2 kali semula dan suhunya dinaikkan menjadi 4 kali semula, maka tekanan gas yang berada dalam sistem

tersebut menjadi....

Pembahasan:

Diketahui:

P1 = P V1 = V T1 = T

V2 = ½ V T2 = 4 T

Ditanya: P2 = ...

3. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V pada suhu T dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 3/2 T dan tekanannya menjadi 2 P, maka volume gas menjadi ....

A. 3/4 V B. 4/3 V C. 3/2 V D. 3 V E. 4 V

Pembahasan:

Diketahui:

P1 = P V1 = V T1 = T P2 = 2P T2 = 3/2 T


(13)

(1)

Ket:

p1=tekanan mutlak mula mula gas (N/m2 atau Pa)

p2=tekanan akhir gas (N/m2 atau Pa)

V1=volume mula mula gas (m3)

V2=volume akhir gas (m3)

T1=suhu mutlak mula mula (K)

T2=suhu mutlak akhir (K)

Keterangan:

m = massa gas (kg)

M = massa atom gas (kg/kmol atau g/mol) N = jumlah molekul

NA = bilangan avogadro

= 6,02 x 1026 molekul/kmol

= 6,02 x 1023 molekul/kmol

Keterangan:

R = tetapan umum gas = 0,082 L atm/mol K = 8, 314 J/mol K

n= m

M= N NA

pV=m

MRT= N NART


(2)

n = jumlah mol (mol)

contoh soal dan pembahasan

a. Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika Hukum boyle

1. Ruang tertutup yang volumenya 0,2 m3 berisi gas dengan tekanan 60.000 Pa. Berapakah volume gas jika tekanannya dijadikan 80.000 Pa?

Pembahasan Diketahui: P1 = 60.000 Pa V1 = 0,2 m3 P2 = 80.000 Pa Ditanya:

V2 = ...? Jawab:

P1 V1 = P2 V2 V2 = (P1 V1) : P2

= (60.000 x 0,2) : 80.000 = 1,2/8

= 0,15 m3

Jadi, volume gas sekarang adalah 0,15 m3

2. Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 ml. Jika tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml?


(3)

Penyelesaian: Diketahui: V1 = 200 mL P1 = 60 cmHg V2 = 150 ml Ditanya : P2 Jawab:

P1V1 = P2V2 atau P2 = (P1V1) : V2 P2 = (200 x 60 ) 150 = 80 cmHg

Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 ml adalah 80 cmHg.

b. Hukum Charles

1. Dalam suatu wadah tertutup, gas memuai sehingga volumenya

berubah menjadi 3 kali volume awal (V = volume awal, T = suhu awal). Suhu gas berubah menjadi…

Pembahasan Diketahui :

Volume awal (V1) = V

Volume akhir (V2) = 3V

Suhu awal (T1) = T

Ditanya : suhu akhir (T2)

Jawab :

2. Di dalam sebuah bejana tertutup terdapat gas yang mempunyai volume 2 liter dan suhu 27oC. Jika volume gas menjadi 3 liter maka suhu gas menjadi…


(4)

Pembahasan Diketahui :

Volume awal (V1) = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3 Volume akhir (V2) = 3 liter = 3 dm3 = 3 x 10-3 m3 Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K

Ditanya : suhu akhir (T2) Jawab :

c. Hukum Gay/Lussac

1. 150 gram CO2 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 : V1= 60 l, P1= 1 atm, V2= 2 V1 = 120 l, P2= ? Jawab :

Suhu gas konstan maka berlaku P1V1= P2V2 P2 = (1 atm)(60 l)/(120 l) = 0,5 atm atau setengah tekanan semula.

d. persamaan gas ideal

1. Sebanyak 3 liter gas Argon bersuhu 27°C pada tekanan 1 atm( 1 atm = 105 Pa) berada

di dalam tabung. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J mol−1 K−1 dan banyaknya partikel

dalam 1 mol gas 6,02 x 1023 partikel, maka banyak partikel gas Argon dalam tabung

tersebut adalah... Pembahasan: Diketahui:

V = 3 L = 3 . 10–3 m3

T = 27 oC = 300 K

P = 1 atm = 105 Pa

R = 8,314 J/mol.K NA = 6,02 x 1023 partikel


(5)

Ditanya:n ...

2.Gas ideal berada dalam ruang tertutup dengan volume V, tekanan P dan suhu T.

Apabila volumenya mengalami perubahan menjadi 1/2 kali semula dan suhunya dinaikkan menjadi 4 kali semula, maka tekanan gas yang berada dalam sistem

tersebut menjadi....

Pembahasan:

Diketahui:

P1 = P

V1 = V

T1 = T

V2 = ½ V

T2 = 4 T

Ditanya: P2 = ...

3. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V pada suhu T dan

tekanan P. Jika suhu gas menjadi 3/2 T dan tekanannya menjadi 2 P, maka volume gas menjadi ....

A. 3/4 V B. 4/3 V C. 3/2 V D. 3 V E. 4 V

Pembahasan: Diketahui:

P1 = P

V1 = V

T1 = T

P2 = 2P


(6)