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