Sepeda yang diparkir di bawah sinar matahari lama-kelamaan bannya bisa meletus. Mengapa? Hal ini karena gas yang ada di dalam suhunya akan meningkat. Oleh karena itu, tekanan dalam gas juga meningkat. Sementara itu, volume ban relatif tetap. Kondisi ini menyebabkan ban tidak kuat menahan tekanan gas, sehingga ban meletus. Fenomena ini merupakan aplikasi dari persamaan gas ideal. Kali ini Formula Fisika akan memperdalam pembahasan Persamaan Umum Gas.
Gas ideal (sempurna) merupakan gas yang tenaga ikat antar molekulnya dapat diabaikan. Banyak kaidah-kaidah atau hukum-hukum yang menjelaskan tentang hal itu.
Dalam sebuah sistem tertutup dan bersuhu konstan, besar tekanan gas akan berbanding secara terbalik dengan besarnya volume. Sistem dapat berupa ruangan, tabung, dan balon. Secara matematis dapat dinyatakan:
pV = konstan
atau
p1 V1 = p2 V2 = . . . = pN VN
Keterangan:
p1 = tekanan mutlak mula-mula gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
p2 = tekanan metlak akhir gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
V1 = volume mula-mula gas dalam ruang (m3)
V2 = volume akhir gas dalam ruang (m3)
Persamaan gas mutlak:
Keterangan:
p = tekanan mutlak (N/m2 atau Pa)
p0 = tekanan atmosfer atau tekanan udara luar (N/m2 atau Pa)
pG = tekanan ukur (N/m2 atau Pa)
Jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dijaga tetap, temperatur (suhu) mutlak gas sebanding dengan volumenya. Secara matematis dinyatakan:
Keterangan:
V1 = volume mula-mula gas dalam ruang (m3)
V2 = volume akhir gas dalam ruang (m3)
T1 = suhu mutlak mula-mula gas dalam ruang (K)
T2 = suhu mutlak akhir gas dalam ruang (K)
Transformasi dari derajat celcius ke Kelvin, dirumuskan
T = t + 273
Keterangan:
T = suhu mutlak (K)
t = suhu (0C)
Dalam sebuah sistem yang volume gas di dalamnya konstan (tetap), besarnya suhu mutlak gas sebanding dengan tekanannya. Secara matematis dinyatakan dengan:
Keterangan:
p1 = tekanan mutlak mula-mula dari gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
p2 = tekanan mutlak akhir dari gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
T1 = suhu mutlak mula-mula gas dalam ruang (K)
T2 = suhu mutlak akhir gas dalam ruang (K)
Penyatuan persamaan Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay-Lussac dikenal dengan persamaan umum gas ideal.
Keterangan:
p1 = tekanan mutlak mula-mula dari gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
p2 = tekanan mutlak akhir dari gas dalam ruang (N/m2 atau Pa)
V1 = volume mula-mula dari gas dalam ruang (m3)
V2 = volume akhir dari gas dalam ruang (m3)
T1 = suhu mutlak mula-mula dari gas dalam ruang (K)
T2 = suhu mutlak akhir dari gas dalam ruang (K)
Keterangan:
R = tetapan umum gas = 0,082 L atm/mol K = 8,314 J/mol K
n = jumlah mol (mol)
Keterangan:
m = massa gas (kg)
M = massa atom gas (kg/mol)
N = jumlah molekul
NA = bilangan avogadro = 6,02 x 1026 molekul/kmol = 6,02 x 1023 molekul/mol
Keterangan :
k = tetapan Boltzman (1,38 x 10-23 J/K)
T = suhu mutlak (K)
Persamaan keadaan gas Van der Waals: “Jika gaya ikat antar molekul tersebut diperhitungkan, diperlukan koreksi terhadap persamaan gas ideal”.
Keterangan:
a dan b = tetapan yang bergantung pada jenis gas
Berikut ini beberapa contoh penerapan hukum-hukum gas ideal dalam kehidupan sehari-hari.
- Ban atau Balon dapat Meletus di Bawah Sinar Matahari
Sepeda yang di parkir saat matahari terik, gas di dalam ban akan mengalami kenaikan suhu. Jika suhu gas di dalam ban meningkat maka tekanan gas dalam ban juga akan naik. Lama-kelamaan ban tersebut tidak dapat menahan tekanan gas, sehingga gas.
2. Gelembong pada Minuman Bersoda
Pada minuman bersoda yang dituang ke dalam gelas, akan tampak adanya gelembung-gelembung udara. Gelembung tersebut merupakan inti molekul-molekul CO2. Ketika minuman dituangkan, temperatur relatif tetap. Namun, tekanan hidrostatis minuman bersoda saat dituang di dalam gelas sedikit berubah. Oleh karena itu, gelembung yang naik dari dasar permukaan minuman semakin besar.
3. Balon Udara Panas Dapat Mengudara
Balon udara bekerja berdasarkan pemuaian udara akibat pemanasan. Pemanasan pada balon dapat meningkatkan suhu udara dalam balon. Pemanasan tersebut juga menyabkan volume dan tekanan gas berubah. Udara yang memuai menyebabkan massa jenis udara dalam balon mengecil, nilainya lebih kecil dari massa jenis udara luar, akibatnya balon akan naik ke udara.
Keterangan:
ρ = massa jenis zat (kg/m3)
Contoh Soal
- Tentukan massa jenis gas O2 (M = 16 kg/kmol) pada suhu 270 C dan tekanan 2 atm !
Penyelesaian:
Diketahui: MO2 = 16 kg/mol
T = 27 + 273 = 300 K
p = 2 atm = 2 x 105 Pa
R = 8.314 J/kmol K
Ditanyakan: r
Jawab:
- Gas pada ruang tertutup mempunyai tekanan 2 atm dan volumenya 2 liter. Tentukan banyaknya partikel gas pada suhu 47o C !
Penyelesaian:
Diketahui: p = 2 atm = 2 x 105 N/m2
V = 2 liter = 2 x 10-3 m3
T = 47 + 273 = 320 K
Ditanyakan: N
Jawab:
pV = nRT
N = n NA
= (0,15 mol)(6,02 x 1023 molekul/mol)
= 0,903 x 1023 molekul
= 9,03 x 1022 molekul
0 Response to "Persamaan Umum Gas dan Penerapanya"
Posting Komentar