Teori Kenetik Gas Tek.Sipil (5).ppt
-
Upload
dewa-amertha -
Category
Documents
-
view
230 -
download
0
Transcript of Teori Kenetik Gas Tek.Sipil (5).ppt
TEORI KINETIK GAS
Oleh :Ngurah Sutapa
Staf Dosen Fisdas UNUD
Model Gas Ideal
1. Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar
2. Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang
3. Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah4. Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran
partikel5. Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila
bertumbukan6. Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding)
bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat
7. Hukum Newton tentang gerak berlaku
Pada keadaan standart 1 mol gas menempati volume sebesar 22.400 cm3 sedangkan jumlah atom dalam 1 mol sama dengan : 6,02 x 1023 yang disebut bilangan avogadro (NA) Jadi pada keadaan standart jumlah atom dalam tiap-tiap cm3 adalah :
319
23
/1068,2400.22
1002,6cmatomx
x
Seorang ilmuwan Inggris, Robert Boyle (1627-1691) mendapatkan bahwa jika tekanan gas diubah tanpa mengubah suhu, volume yang ditempatinya juga berubah, sehingga perkalian antara tekanan dan volume tetap konstan.
P1 V1 = P2 V2 = C
Persamaan Keadaan Gas Ideal
P = Tekanan gas [N.m-2]V = Volume gas [m3]n = Jumlah mol gas [mol]N = Jumlah partikel gasNA = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023
R = Konstanta umum gas = 8,314 J.mol-1 K-1 atau 0,0821 atm liter/mol.K
T = Temperatur mutlak gas [K]
nRTPV
AN
Nn
nRTPV
TRN
NVP
A
AN
Nn
TkNVP
kN
R
A
TN
RNVP
A
N = Jumlah molk = Tetapan Boltzman 1,3807.10-23 J/K
rM
mn
TM
RmVP
TM
R
V
mP
m
V
TM
RP
TR
MP
.
M = massa molekul = massa jenis
RnT
VP.
.
2
22
1
11
T
.VP
T
.VP
Jadi gas dengan massa tertentu menjalani proses yang bagaimanapun perbandingan antara hasil kali tekanan dan volumedengan suhu mutlaknya adalah konstan.
Hukum Boyle-Gay Lussac
1. Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m3 pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97x105 N m-2!
2. Massa 1 mol air 10 kg. berapa jumlah molekul H2O dalam 1 gr berat air. Berapakah jarak rata- rata antara molekul pada tekanan 1,01 . 105 N m-2 dan pada suhu 500 K?
Tekanan Gas Ideal
Tinjau N buah partikel suatu gas ideal dalam kotak, masing-masing dengan kecepatan:
………….
kvjvivv zyxˆˆˆ
1111
kvjvivv zyxˆˆˆ
2222
z
x
y
A
Tinjau 1 partikel ...Kecepatan partikel mula2:
Kecepatan partikel setelah menumbuk dinding kanan (asumsi: tidak ada tumbukan antar partikel):
Perubahan momentum partikel:
Selang waktu partikel tsb dua kali menumbuk dinding kanan:
Besarnya momentum yg diberikan partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:
kvjvivv zyxˆˆˆ
kvjvivv zyxˆˆˆ
jmvvmvmp yˆ2
yvt
2
jmv
jmv
t
p yy ˆˆ2
2 22
Bagaimana dengan N partikel ?Besarnya momentum total yg diberikan N buah
partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:
Tekanan gas pada dinding kanan:
Tetapi dan
sehingga
jvvvm
t
pyNyy
ˆ... 222
21
lJmlpartikeNvV
mNvvv
A
m
tA
pP yyNyy
2222
21 ...
2222zyx vvvv 222
zyx vvv 22
3
1vv y
2
3
1v
V
NmP
2
3
1v
V
NmP
22rmsvv
2222zyx vvvv
Energi kinetik rata-rata molekul:
2
2
1rmsk vmE
V
NvmP rms
2
2
12
3
1
V
ENP k
3
2
N
VPEk 2
3
TkN
VP
TkNVP
TkEk 2
3
k= Tetapan Boltzman 1,3807.10-23 J/K
TkEk 2
3
TkvmE rmsk 2
3
2
1 2
m
Tkvrms
32
m
Tkvrms
3
M
3RTrmsv
AN
Mm
AN
Rk
3P
rmsv
Temperatur Gas Ideal
Dari persamaan
dan persamaan gas ideal
dapat diperoleh hubungan atau
sehingga
2
3
1v
V
NmP
BkvmT 231
EKk
vmk
TBB 3
2
2
1
3
2 2
TNknRTPV B
Energi kinetik translasi partikel gas
mTkv B32
Energi Dalam Gas IdealTNkvmN B2
3
2
1 2
nRTTNkU B 2
3
2
3
VV T
UC
nRCC VP
67,13
5
V
P
C
C
Dari hubungan terakhir di atas dapat dituliskan
yaitu energi kinetik gas, yg juga merupakan energi total dan energi dalam gas
Perbandingan dengan eksperimen ?
Kapasitas kalor pada volume tetap:
atau kapasitas kalor pd tekanan tetap:
Perbandingan CP dan CV adalah suatu konstanta:
nRCV 2
3
nRCP 2
5
n =N/NA dan k = R/NA
Bandingkan dengan hasil eksperimen ...
Persesuaian dengan hasil eksperimen hanya terdapat pada gas mulia monoatomik saja !
Gas CP/nR CV/nR
Monoatomik He Ne Ar Kr Xe
1,66 1,64 1,67 1,69 1,67
2,50 2,50 2,51 2,49 2,50
1,51 1,52 1,50 1,47 1,50
Diatomik H2 O2
N2
CO NO Cl2
1,40 1,40 1,40 1,42 1,43 1,36
3,47 3,53 3,50 3,50 3,59 4,07
2,48 2,52 2,46 2,46 2,51 2,99
Poliatomik CO2 NH3 CH3
1,29 1,33 1,30
4,47 4,41 4,30
3,47 3,32 3,30
Gas ideal tidak memiliki energi potensial, maka energi dalam total (U) suatu gas ideal dengan N partikel adalah
U = N . Ek atau U = 3/2 N k T (untuk gas
monoatomik) dan U = 7/2 N k T (untuk gas
diatomik)Energi dalam adalah jumlah energi kinetik translasi, energi kinetik rotasi dan energi getaran (vibrasi) partikel.Koefisien 3 dan 7 pada energi dalam, dinamakan derajat kebebasan.
Translasi Rotasi Vibrasi
Pada suhu yang sama, untuk dua macam gas kecepatannya dapat dinyatakan :
2121
1:
1:
MMvv rmsrms
Pada gas yang sama, namun suhu berbeda dapat disimpulkan :
2121 :: TTvv rmsrms
1. Berapakah kecepatan rata- rata molekul gas oksigen pada 0º C berat atom oksigen 16, massa sebuah atom hidrogen 1,66 . 10-27 kg?
Soal-soal Latihan