BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI SMT 2

TEORI KINETIK GASOLEH : SUYUTI,S.Pd.,M.Si

SMA NEGERI 1 MARIORIWAWOKAB. SOPPENG SUL-SEL

M E N UKOMPETENSIPENDAHULUA

NMATERI

CONTOH SOAL

LATIHANSTRATEGI

PBM

RUJUKANEVALUASI

TEORI KINETIK GAS

Standar Kompetensi : 3. Menerapkan konsep termodinamika

dalam mesin kalor.

Kompetensi Dasar : 3.1 Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik

Indikator : 1. Mendeskripsikan persamaan umum gas ideal pada persoalan fisika sehari-hari

2. Menerapkan Hukum-Hukum Gas ideal

3. Menerapkan persamaan umum gas ideal pada proses isotermik, isokhorik, dan isobarik

Alokasi Waktu : 10 x 45’ ( 5 kali pertemuan)

I.

MENU UTAM

A

PENDAHULUAN

MENU UTAM

A

Sumber: Encarta Encyclopedia

J.L Gay Lusaac adalah ahli fisika dan kimia dariPrancis. Ia penemu hukum Gay Lussac, iodine,hidrometer, alkoholmeter, proses titrasi, danmerupakan salah seorang pendiri meteorologi. Ia lahirpada tanggal 6 Desember 1778 di Saint Leonard deNoblat.

Sumber: EncartaEncyclopedia

A. Gas Ideal

B. Hukum-Hukum Gas

C. Persamaan Gas Ideal

D. Tekanan, energi kinetik, dan suhu gas idealE. Teorema Ekuipartisi Energi

M A T E R I

CONTOH SOAL

MENU UTAM

A

TUJUAN PEMBELAJARAN :

Siswa dapat :

1. Melakukan deskripsi persamaan umum gas ideal pada persoalan fisika sehari-hari

2. Menggunakan Hukum-Hukum Gas ideal dalam menyrelsaikan masalah sehari-hari

3. Menerapkan persamaan umum gas ideal pada proses isotermik, isokhorik, dan isobarik

A. Gas Ideal• Gas 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.

• Gas ideal merupakan gas yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut: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 molekul4. Ukuran molekul gas sangat kecil sehungga 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.

MENU UTAMA

B. Hukum-Hukum Gas• 1. 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 ) .

• Secara matematis dapat ditulis:• PV = konstan atau P1 V1 = P2 V2

MENU UTAMA

2. Hukum Charles dan Gay-Lussac• Jacques 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

• Secara matematis dapat ditulis:• V / T = konstan atau V1 / T1 = V2 / T2

MENU UTAMA

3. Hukum Boyle – Gaylussac

• Jika Hukum Boyle digabungkan dengan Hukum Charles dan Gay-Lussac, maka diperoleh Hukum Boyle – Gaylussac dengan hubungan sebagai berikut:• PV/T = konstan atau • P1V1 / T1 = P2V2 / T2

MENU UTAMA

C. Persamaan Gas Ideal • Persamaan umum gas ideal dapat

dinyatakan sebagai persamaan keadaan gas ideal, yang ditulis:• PV/T = nR atau PV = nRT• Jika R/NA = k, k = 1,38 x 10-23 J/K ;

konstanta Boltzman, maka persamaan 4.5, menjadi:• PV = NkT

MENU UTAMA

D. TEKANAN, ENERGI KINETIK, DAN SUHU GAS IDEAL

• Dengan menggunakan definisi tekanan P = F/A, F = p/t, p = 2movx, vx

2 = v2 /3, t = 2L/vx maka kita dapat memperoleh tekanan gas ideal dalam ruang tertutup sebagai berikut:

• Untuk tekanan total gas pada sumbu x yang memiliki N molekul dinyatakan

• P = Nmovx2 / V

Jadi tekanan total gas untuk N molekul adalah :P = (Nmo vrata2 2) / 3V

MENU UTAMA

Suhu Gas Ideal

• Suhu T gas ideal untuk satu partikel diperoleh:

•

atau

T = 2Ek rata2/ 3k

Ek rata2 = 3(½kT)

MENU UTAMA

Energi Gas Ideal

• Energi kinetik Ek total merupakan jumlah partikel N kali energi kinetik rata-rata, dapat dinyatakan :

• Ek total = N Ek rata-rata = 3(½PV) = 3(½NkT) = 3 (½nRT)

• Dan kecepatan efektif gas ideal vrms ( rms: root mean aquare); akar dari rata-rata kuadrat kecepatan. Jika Ek = ½mv2 disubtitusikan ke persamaan Ek = 3kT/2, maka diperoleh:

• vrms = √3kT/mo = √3RT/Mr = √3P/

MENU UTAMA

E. Teorema Ekuipartisi Energi• Energi dalam ( U ) suatu gas ideal; jumlah energi

kinetik tranlasi, rotasi, dan vibrasi seluruh molekul gas yang terdapat di dalam suatu wadah (sistem) tertentu.

• Jika ada sejumlah N molekul (partikel) gas dalam wadah, maka energi dalam U gas merupakan hasil kali N dengan energi kinetik rata-rata tiap molekul atau dapat dinyatakan:

• U = NEk = N (½kT)

MENU UTAMA

Energi dalam U gas berdasarkan derajat kebebasannya:

1.Gas monoatomik ( = 3), seperti: He, Ne, Ar.• U = NEk = 3(½NkT) = 3(½nRT)2.Gas diatomik , seperti: H2, N2, O2

– Suhu rendah (sekitar 250 K ), ( = 3),• U = NEk = 3(½NkT) = 3(½nRT)– Suhu sedang (sekitar 500 K ), ( = 5),

• U = NEk = 5(½NkT) = 5(½nRT)– Suhu rendah (sekitar 1000 K ), ( = 7),

• U = NEk = 7(½NkT) = 7(½nRT)

MENU UTAMA

MARI ANANDA BERDIALOG DENGAN CONTOH SOAL BERIKUT!

• 1• 2• 3• 4• 5• 6• 7• 8

• 9• 10• 11• 12• 13• 14• 15LATIHAN

Klik Nomor

MENU UTAMA

Mulailah BERDIALOGLAH DENGAN Contoh Soal!

• 1. Jika rapat massa gas nitrogen pada keadaan normal (0oC, 1 atm) adalah 1,25 kg/m3, maka hitunglah rapat massa nitrogen pada suhu suhu 42oC dan tekanan 730 mmHg!

• Jawab : Ingat V = m/,maka dengan menggunakan rumus PV/T = konstan atau P1V1 / T1 = P2V2 / T2,

• maka insya Allah akan diperoleh 2 = 1,04 kg/m3

MENU UTAMA

MENU UTAMA

Sebutkan sifat-sifat gas ideal !Jawab :•Gas yang terdiri dari partikel-partikel yang disebut molekul yang identik.•Molekul-molekul gas bergerak seara acak dan memenuhi hukum gerak Newton.•Jumlah seluruh molekul gas sangat banyak tetapi dianggap tidak terjadi gaya interaksi antar molekul

CONTOH 2

MENU UTAMA

•Ukuran molekul gas sangat kecil sehungga dapat diabaikan terhadap ukuran wadah.•Molekul gas terdistribusi merata pada seluruh ruangan dalam wadah.•Setiap tumbukan yang terjadi dalam waktu singkat dan bersifat lenting sempurna.

MENU UTAMA CONTOH 3

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 /T1 = V2 /T2 , maka insya Allah diperoleh V2 = 2/3 m3

MENU UTAMA

Gas nitrogen pada suhu 27oC bervolume 25 liter dan tekanan 105 N/m2 . Hitunglah volume gas jika tekanan dinaikkan menjadi 2 x 105 N/m2 pada suhu 127oC!

Jawab: Gunakan rumus hukum Boyle-Gay Lussac , maka insya Allah diperoleh V2 = 16,67 liter

CONTOH 4

MENU UTAMA

Pada awalnya, terkanan udara du dalam ban mobil 406 kPa dengan suhu 15oC. Saat mobil bergerak dengan kecepatan tinggi, ban menjadi panas dan tekanan udara dalam ban berubah menjadi 461 kPa. Jika pemuaian ban diabaikan, maka hitunglah suhu ban sekarang!

CONTOH 5

Jawab : Gunakan rumus P1 /T1 = P2 /T2 , maka insya Allah diperoleh T2 = 54oC

MENU UTAMA CONTOH 6

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 , maka insya Allah diperoleh P2 = 152 cmHg

MENU UTAMA CONTOH 7

Sebuah tangki bervolume 100 liter gas dengan tekanan 20 atm dan bermassa 30 kg. Hitunglah massa gas yang sama yang harus dipompakan akar tekanan menjadi 25 atm!Jawab : Gunakan rumus PV = nRT, n = m/Mr lalu terapkan system perbandingan , maka insya Allah diperoleh m2 = 37,5 kg.

MENU UTAMA CONTOH 8

Hitunglah volumen 4 gram gas Oksigen O2 yang memiliki berat molekul 32 pada tekanan 105 N/m2 dan suhu 273K, jika R = 8.314 J/mol K !Jawab : Gunakan rumus PV = nRT, maka insya Allah diperoleh V = 2,8 x 10-3 m3

MENU UTAMA CONTOH 9

Tabung udara yang berisi 20 kg udara pada tekanan 9 atm disimpan pada suhu 6oC. Saat dipindahkan ke tempat lain yang suhunya 37oC, katup pengaman pada tabung bekerja dan membebaskan sejumlah udara. Jika katup mulai bekerja saat tekanan udara dalam tabung 9,5 atm, maka hitunglah massa udara yang dibebaskan!Jawab : Gunakan rumus PV = nRT dengan system perbandingan , maka insya Allah diperoleh m = 1 kg

MENU UTAMA CONTOH 10

Hitunglah kecepatan rata-rata molekul H2 , jika Mr = 2 pada suhu 273K!Jawab : Gunakan rumus massa M H2 = Mr/NA lalu vr = √3kT/, maka insya Allah diperoleh vr=1845 m/s

MENU UTAMA CONTOH 11

Hitunglah energy kinetic translasi dari atom logam raksa jika percobaan dilakukan pada suhu 47oC dengan k = 1,381 x 10-23 J/K!Jawab :Gunakan rumus Ekr = ½ mv2 = 3/2 kT , insya Allah diperoleh Ekr = 2,209 x 10-21 Joule

MENU UTAMA CONTOH 12Hitunglah energ kineti molekul-molekul dari 2 mol gas neon yang bervolume 22,4 L pada tekanan 101 kPa! Neon termasuk gas monoatomik pada keadaan normal.Jawab : Gunakan rumus N = nNA , Ekr = 3/2 kT = 3/2 PV/N , maka insya Allah diperoleh Ekr = 2,81 x 10‑21 Jolue

MENU UTAMA CONTOH 13

Jika gas O2 memiliki tiga derajat kebebasan, maka Hitunglah Ek translasi sebuah molekul O2 pada suhu 30oC !Jawab : Gunakan Ek = 3/2 kT dan U = 5/2 NkT, maka insya Allah diperoleh Ek = 6,27 x 10-21 J

MENU UTAMA CONTOH 14

Sebuah tabung berisi 0,04 mol gas bersuhu 400K. Jika derajat kebebasan gas f=5 dan k = 1,38 x 10-23J/K, hitunglah energy dalam gas itu!Jawab : Gunakan rumus U = Nekrata-rata= ½ nNA fkT, maka insya Allah diperoleh U = 332,3 joule

MENU UTAMA CONTOH 15

Sebuah tangki dengan volume 0,5 m3 mengandung 4 mol gas neon pada suhu 27oC, hitunglah energy kinetic total gas neon dan energy rata-rata tiap molekul gas!Jawab : Gunakan rumus Ektotal = N Ekrata-rata = 3/2 PV = 3/2nRT dan Ekrata-rata = Ektot/N , maka insya Allah diperoleh Ektot = 14.958 J dan Ekrata-rata = 6,21 x 10-21 Joule

MENU UTAMA LATIHAN

SISWA MENGEMBANGKAN SEMUA CONTOH SOAL DI ATAS DENGAN BANTUAN

KARTON PERAGA !

MENU UTAMA TUGAS MANDIRI

MEMBUAT SENDIRI ATAU MENGEMBANGKAN SALAH

SATU CONTOH SOAL DI ATAS DENGAN BANTUAN KARTON PERAGA SECARA LENGKAP!

MENU UTAMA

KARTON PERAGA MERUPAKAN SEBUAH ALAT YANG DIGUNAKAN

GURU UNTUK MENGUASAI PENERAPAN SEBUAH/BEBERAPA

RUMUS FISIKAAPA ISI KARTON ?

KONSEP:RUMUS :

APLIKASI/PENERAPAN:PENGEMBANGAN:

PENUGASAN:EVALUASI:

INTI ISI KARTON PRAGA

MENU UTAM

A

• RUJUKAN FISIKA KELAS XII

• Halliday Resnick, 1996, FISIKA Jilid 1 Edisi Ketiga (Edisi Mahasiswa). Jakarta. Penerbit Erlangga• Hartanto Dkk.. 2007. Fisika Mengungkap Fenomena Alam Untuk SMA/ MA Kelas XII. Klaten. Penerbit Cempaka Putih• Imade A, Hilman,S. 2007. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta. Penerbit Piranti Darma Kolakatama• Setya Nurachmandani. 2007. Fisika 3 Untuk SMA / MA Kelas XII. Surakarta. Piranti Grahadi• Supiyanto. 2007. Fisika SMA Untuk SMA Kelas XII. Jakarta. Penerbit Erlangga• Sutejo. 2007. Fisika 3 Untuk SMA / MA Kelas XII. Jakarta. Penerbit Balai Pustaka• • • •