materi gas & termodinamika
Post on 15-Apr-2017
369 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MATERI GAS DAN TERMODINAMIKA
KELAS XI MULTIMEDIA 1DI SUSUN OLEH KELOMPOK 31. AMAR MA’RUF2. MAEY SYARAH. IK3. HERIANTO4. RIO RAISMAN5. ANDI ULY APRIANTI6. DARMAWTATI7. MELITA SUMOMBA8. WIDYASTRI ATIIRAH
MATERI TERMODINAMIKAPENGERTIAN TERMODINAMIKATermodinamika bersal dari (bahasa yunani: thermos = 'panas' anddynamic = 'perubahan') adalah fisiska energi , panas, kerja,entropi danKespontanan proses. Termodinamika adalah kajian tentang kalor(panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyakmembahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-bendayang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada disekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.
Kecepatan efektif gas ideal Dalam wadah tertutup terdapat N
molekul gas bergerak ke segala arah (acak) dengan kecepatan yang berbeda
Misalkan : N1 molekul gas a bergerak v1
N2 molekul gas b bergerak v2
N3 molekul gas a bergerak v3
Maka persamaan kuadrat kelajuan rata-rata sebagai berikut: Kecepatan efektif vrms (root mean square) didefinisikan
sebagai akar dari kuadrat kecepatan rata-rata
i
ii
NvN
v2
2
..................
321
233
222
2112
NNNvNvNvNv
2vvrms
Hubungan kecepatan efektif gas dengan suhu mutlaknya
22 vvrms
2
21
rmsmvKE
2
21 vmKE
mKTvrms
3
23 rmsmvKT
2
21
23
rmsmvKT
Kecepatan efektif gas sebanding dengan suhunya dan berbanding terbalik
dengan massa total gas
mKTvrms
3
• Persamaan di atas berlaku untuk 1 mol gas, karena di dalam wadah terdapat N gas , maka
NaM
TNaR
vrms
3
NaMmdan
NaRk
MRTvrms
3
Untuk suatu gas ideal tertentu(M konstan) kelajuan efektif vrms
hanya bergantung pada suhumutlaknya (bukan pada tekanannya)
Untuk berbagai gas ideal pada suhu sama (T konstan), kelajuan
efektif vrms hanya bergantung pada massa molekulnya (M)
Hubungan kelajuan efektif gas dengan tekanan
Dari persamaan:
RTPM
Pvrms
3
P
MRT
MRTvrms
3
Anda tidak boleh menyatakan bahwa vrms sebandingdengan tekanannya, persamaan di samping
diturunkan dari persamaan dasar yang menyatakanbahwa vrms hanya bergantung pada suhunya dan
tidak pada tekanannya
Teorema ekipartisi energi
• Teorema ekipartisi: untuk suatu sistem molekul-molekul gas pada suhu mutlak T dengan tiap molekul memiliki derajat kebebasan maka energi mekanik rata-rata atau energi kinetik rata-rata permolekul:
KTKEdiatomikgas
2155
KTKEmonoatomikgas
2133
)21( KTKEME
v1
v2
dx
F (dorong)
Termodinamika
• Sistem sesuatu yang diamati
• Lingkungan sesuatu di luar sistem
• Usaha yang dilakukan dW = Fdx
SISTEM
LINGKUNGAN
Q (+) W(+)
1
SISTEM
LINGKUNGAN
Q (-) W(-)
43
2
1. Sistem menerima kalor dari lingkungan 2. Sistem melakukan usaha ke lingkungan3. Sistem melepas kalor ke lingkungan4. Lingkungan melakukan usaha pada sistem
v1
v2
dx
F (dorong)
dVPdW
APFAFP
FdxdW
dxAPdW
VPWVVPW )( 12
2
1
V
V
W
W
dVPdWO
• Usaha bernilai positif jika v1<v2 , sedangkan usaha bernilai negatif jika v1>v2v1
v2
dx
F (dorong)
v1
p1
v
p2
p
v2 v2
p2
v
p1
p
v1
W positif W negatif
Proses Isotermal
Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan sistem yang terjadi pada suhu tetap
Menurut hukum boyle pV = C PV = nRT P = nRT / V
v1
p1
v
p2
p
v2
dVVnRTW
dVPW
1
2lnVVRTnW
dVV
nRTWV
V
2
1
1
)ln(ln 12 VVRTnW
Proses Isokhorik
Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap
VPWVVPW
)( 12
v1
p1
v
p2
p
0W21 VV
Proses Isobarik Proses isobarik adalah proses
perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap
VPW
v1
v
p
v2
p1
)( 12 VVPW
Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah perubahan keadaan sistem di mana selama proses tidak terjadi perpindahan kalor dari dan kelingkungan.
)(1
12211
222
111
2211
VPVPW
VTVT
VPVP
TUGAS
• Buktikan persamaan berikut ini:
)(1
12211
222
111
2211
VPVPW
VTVT
VPVP
ENERGI DALAM
BENDA
MOLEKUL
ATOM
Energi KinetikEnergi Potensial
Energi dalam (U) suatu sistem : jumlah energi kinetik seluruh partikel penyusunnya ditambah seluruh energi potensial dari interaksi antara seluruh partikel itu
Ketika terjadi perubahan keadaan suatu sistem energi dalam dapatberubah dari U1 U2
12 UUU
SISTEM
LINGKUNGAN
Q (+) W=0
QU
Sebuah sistem menyerap kalor dan sistem tidak menghasilkan kerja
SISTEM
LINGKUNGAN
W(+)
Sistem melakukan kerja dengan berekspansi terhadap lingkungannyadan tidak ada panas yang ditambahkan selama proses, energi
meninggalkan sistem dan energi dalam berkurang
)()( UWJika
WU
SISTEM
LINGKUNGAN
Q (+) W(+)
Ketika panas Q ditambahkan ke sistem sebagian dari energi yang ditambahkantetap tinggal dalam sistem, mengubah energi dalam sebesar ∆U; sisanya
meninggalkan sistem melakukan kerja
WQU WUQ
HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
Energi dalam disebut juga energi mekanik makroskopik
Perubahan energi dalam sama dengan nol ketika:
1. Pada proses siklus2. Pada sistem terisolasi
Perubahan keadaan yang sangat kecil (infinitesimal)
Perubahan keadaan yang sangat kecil di mana sejumlah kecil panas dQ ditambahkan ke sisitem, sistem melakukan kerja sekecil dW dan energi dalam berubah sebanyak dU.
dVPdQdUdWdQdU
WU Proses adiabatik
Proses isokhorik QU
Proses isobarik WQU
Proses isotermal WQ
HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA PADA PROSES TERMODINAMIKA
KAPASITAS PANAS DARI GAS IDEAL
Kapasitas panas adalah banyaknya kalor yang diserap oleh gas untuk menaikan suhunya. Kapasitas panas dapat terjadi pada volum tetap (CV) atau tekanan tetap (CP)
Kapasitas panas molarpada volum tetap (CV)
Kapasitas panas molarpada tekanan tetap (CP)
dTnCdQ V
Kapasitas panas molar pada volum tetap (CV)
dQdUdW 0
)1.(..........dTnCdU V
Pada volum konstan sistem tidak melakukan kerja
)2..(..........dTnRdUdTnC p
dTnRdWdVPdW
dTnCdQ P
Kapasitas panas molar pada tekanan tetap (CP)
Karena P konstan perubahan volume sebanding dengan perubahan suhunya
dTnRdTnCdTnC Vp
)1.(..........dTnCdU V
Subtitusikan persamaan 1 dengan persamaan 2
)2..(..........dTnRdUdTnC p
Bagi kedua ruas dengan n dT
RCC Vp Rasio kapasitas panas
V
P
CC
Rasio Kapasitas Panas
V
P
CC
Untuk gas CP selalu lebih besar daripada CV
1
Untuk gas monoatomik RCV 23
67,1
Untuk gas diatomik RCV 25
40,1
RCC Vp
Proses Adiabatik untuk Gas Ideal
Pada proses adiabatik perubahan suhu terjadi akibat kerja yangdilakukan sistem dan tidak ada perpindahan kalor sama sekali
dTnCdU V
dVPdW
dVPdTnCV
0 dVVnRTdTnCV
dVVnRTdTnCV
dWdU
Kalikan persamaan di atas dengan TnCV
1
)3.(..........0VdV
CR
TdT
V
11
V
P
V
VP
V CC
CCC
CR
Subtitusikan persamaan di atas dengan persamaan 1
)4.(..........0)1( VdV
TdT
Rasio kapasitas panas selalu lebih besar dari 1pada persamaan 4, dV dan dT selalu memiliki
tanda yang berlawanan
Proses ekspansi adiabatik dari gas ideal (dV>0) selalu disertai penurunan suhu (dT<0)
Proses kompresi adiabatik dari gas ideal (dV<0) selalu disertai kenaikan suhu (dT>0)
Untuk perubahan suhu yang besar integerasikan persamaan 4
0)1( VdV
TdT
)4........(0)1( VdV
TdT )5.(..........1
221
11 VTVT
CVT ln)1(ln
CVT )1(lnln
CTV )(ln 1
CTV 1
nRPVT
tan1 konsVnRPV
tankonsPV
tankonsRdann
)6.(..........2211 VPVP
Usaha Gas Ideal pada Proses Adiabatik
0Q
)( 21 TTCnU V
UW
)7().........( 2211 VPVPRCW V
)8).......((1
12211 VPVPW
nRTPV
Pada proses adiabatik tidak terjadi perpindahan kalor
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
A. PERSAMAAN Keadaan gas ideal
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
A. Gas IdealGas adalah materi yang memiliki sifat makroskopis (sifat dari besaran-besaran yang dapat diukur dengan alat ukur seperti suhu T, tekanan P, volume V) dan mikroskopis(sifat dari besaran-besaran yang tidak dapat diukur secara langsung seperti kelajuan v, energi kinetik Ek, momentum p, massa tiap partikel penyusun materi m.
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Sifat-sifat Gas ideal :1. Gas yang terdiri dari partikel-partikel
yang disebut molekul yang identik.
2. Molekul-molekul gas bergerak seara acak dan memenuhi hukum gerak Newton.
3. Jumlah seluruh molekul gas sangat banyak tetapi dianggap tidak terjadi gaya interaksi antar molekul
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Sifat-sifat Gas ideal :4. Ukuran molekul gas sangat kecil
sehingga dapat diabaikan terhadap ukuran wadah.
5. Molekul gas terdistribusi merata pada seluruh ruangan dalam wadah.
6. Setiap tumbukan yang terjadi dalam waktu singkat dan bersifat lenting sempurna.
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
B. Hukum-Hukum Gas1. Hukum Boyle
Robert Boyle (1627-1691) melakukan percobaan untuk menyelidiki hubungan tekanan dengan volume gas dalam suatu wadah tertutup pada suhu konstan. Hubungan itulah kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle, yang berbunyi:
”Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) dijaga konstan, maka tekanan gas P (N/m2) berbanding terbalik dengan volumenya V (m3 )”.
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Pilihisotermal
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Dari grafik disamping maka p berbanding terbalik terhadap V. Secara matematis dapat ditulis:
atau2211 V P V P
konstan PV
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
2. Hukum Charles dan Gay-LussacJacques Charles (1746-1823) dan Gay-Lussac (1778-1805) menyelidiki hubungan antara suhu T (Kelvin) dengan volume gas V (m3 ) pada tekanan konstan. Hubungan ini dikenal sebagai hukum Charles dan Gay-Lussac yang berbunyi : Jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) dijaga konstan, volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
V sebanding dengan T. Secara matematis dapat ditulis:
konstan TV
TV T
V2
2
1
1 atau
Pilih isobari
k
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
3. Hukum Boyle – GaylussacPenggabungan hukum Boyle dengan Hukum Charles dan Gay-Lussac,
dan
maka diperoleh Hukum Boyle – Gaylussac dengan hubungan sebagai berikut
atau
konstan PV konstan TV
konstan TP.V
T.VP T
.VP2
22
1
11 ………….(*).(*)
Orang memberikan sejumlah gas pada balon, yang berakibat volume balon mengembang. Di sini terjadi penambahan jumlah partikel gas atau sejumlah massa gas ke dalam balon. Oleh karena itu, jumlah pertikel perlu diperhitungkan, sehingga konstanta di sebelah kanan pada persamaan (*) (*) dikalikan dengan banyaknya partikel N, yang selanjutnya ditulis menjadi:
PV Nk PV NkT T
Keterangan:Keterangan:PP = tekanan gas (N/m2) N = banyak partikelVV = volume gas (m3) T = suhu mutlak (K)
Konstanta k adalah konstanta Boltzmann dalam sistem SI besarnya:k = 1,381 × 10k = 1,381 × 10–23–23 J/K J/K
● Satu mol sebuah zat Satu mol sebuah zat adalah banyaknya zat yang mengandung atom-atom atau molekul-molekul sebanyak bilangan Avogadro.
● Bilangan Avogadro ditulis dengan NANA yang didefinisikan sebagai banyaknya atom karbon dalam 12 gram 12C.
NNAA = 6,022 = 6,022 10 102323 atom/mol atom/mol
● Jika banyak mol gas adalah nn maka dapat ditulis:
Keterangan:Keterangan:PP = tekanan gas (N/m2)VV = volume gas (m3)nn = mol gas (kmol)RR = tetapan gas umum (8.314 J/kmol K)TT = suhu mutlak (K)
A
Nn N
PV nRT R = 8,314 R = 8,314 10 1033 J/kmol K J/kmol K
Keterangan:Keterangan:mm = massa gasMrMr = massa molekul relatif
Massa jenis gas ideal ()
atau mm n Mr n Mr
Massa nn mol gas ditulis:
M PRT
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
CONTOH SOAL
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Jawab : V1 = 150 cm3 T1 = 10oC = 10+273 = 283 K T2 = 40oC = 40+273 = 313 K
V1. T2 / T1 = V2
V2 = 150.313/283 maka diperoleh 165,9 cm3
Gunakan rumus
1. Gas dengan volume 150 cm3 dan suhu 10oC Dipanaskan melalui proses isobarik. Tentukan volume gas setelah suhunya mencapai 40oC
TV T
V2
2
1
1
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
2. Sebuah gelembung udara naik dari dasar danau. Jika suhu di dasar dan dipermukaan danau sama, volume gelembung udara dipermukaan 2 kali volume di dasar dan tekanan udara luar 76 cmHg, maka hitunglah tekanan didasar danau !Jawab :
Gunakan rumus P1 V1 = P2V2 , P2 = P1V1 / V2 = 76.2/1 = 152
maka diperoleh P2 = 152 cmHg
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Jawab : m = 1,95 kg
= 1950 gramT = 27 + 273
= 300 KV = 600 literP = 5 atm
3. Suatu gas yang massanya 1,95 kg pada suhu 27⁰C memiliki volum 600 liter dan tekanan 5 atm. Tentukan massa molekul relatif (Mr) gas tersebut! (R = 0,082 L atm / mol K)
99,15)600)(5(
)300)(082,0)(1950(
r
r
r
r
M
M
PVmRTM
RTMmPV
nRTPV
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
Diketahui : T2= 5/4T1 V2= 3/4V1Jawab :
4. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V, suhunya T dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 5/4 T dan volumenya menjadi 3/4 V, maka tekanannya menjadi ...
11
1
2
1
12
1
11
2
22
1
11
35
34.
45
43
45
45
43..
..
PPP
P
T
VP
TVP
TVP
TVP
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
5. Suatu gas dengan Volume 0,5 m3 dipanaskan pada tekanan tetap hingga suhu 127oC, hitunglah volume gas jika suhu awalnya 27oC!
Jawab : Gunakan rumus V1 = 0,5 m3 T1 = 27oC = 27+273 = 300 KT2 = 127oC = 127+273 = 400 K
V2 = 0,5 . 400/300 = 200/300 = 2/3
maka diperoleh V2 = 2/3 m3
TV T
V2
2
1
1
MATERI
REFERENSI
INDIKATOR
SK / KD
BERANDA
SELESAI
FISIKA
TERIMAKASIH
top related