Kajian Praktis Teori Kinetik Gas

Dalam termodinamika, kita berupaya mengamati besaran makroskopik seperti tekanan, temperature, dan volume. Tidak ada sedikitpun yang secara detil menggambarkan bagaimana keadaan sistem secara mikroskopik. Kinetic theory atau teori kinetik gas berusaha menyediakan pandangan dari sisi mikroskopik. Dalam teori kinetik gas, gas dianggap sebagai kumpulan molekul yang sangat besar jumlahnya. Dalam hal ini, pengggunaan hukum gerak Newton dapat digunakan dalam meninjau prilaku molekul, meskipun pada kenyataanya kita tidak bisa meninjau prilaku untuk satu partikel. Dengan teori kinetik gas, seseorang dapat menghubungkan besaran mikroskopik dengan besaran makroskopik seperti tekanan, suhu, dan volume.

Dalam pandangan teori kinetik gas, tekanan yang selama ini besaran yang diukur dinyatakan dalam besaran mikroskopik seperti jumlah molekul, dan laju molekul. Selain itu, besaran suhu sangat erat kaitannya dengan laju molekul yang pada akhirnya berhubungan dengan energi kinetik gas. Berikut ini adalah rumus tekanan (P), laju efektif molekul (v rms), energi kinetik (EK), dan energi dalam sistem gas ideal (U) dalam pandangan teori kinetik gas.






Keterangan khusus untuk beberapa besaran dalam rumusan di atas adalah T harus dinyatakan dalam Kelvin, m menunjukkan massa untuk satu molekul, k dan R adalah tetapan, V menunjukkan volume, dan v menujukkan cepat rambat atau laju partikel. Sebagai tambahan penting f menunjukkan derjat kebebasan (gas monoatomik (3), diatomik (5), dan poliatomik (7)). Untuk menambah pemahaman, simaklah beberapa contoh soal dan pembahasan teori kinetik gas di bawah ini.



Kaji-1: Delapan molekul gas dengan kelajuan masing-masing dalam m/s adalah 2, 4, 5, 5, 8, 9, 11, dan 15. Tentukanlah kelajuan rata-rata delapan gas tersebut, dan tentukan pula kelajuan efektif gas dari molekul gas tersebut (v rms)!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Kelajuan rata-rata molekul gas adalah


Untuk menghitung kelajuan efektif atau v rms, kita hitung terlebih dahulu kuarat rata-rata dari laju molekul.




Latih-1: Delapan molekul gas dengan kelajuan masing-masing dalam m/s adalah 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, dan 15. Tentukanlah kelajuan rata-rata delapan gas tersebut, dan tentukan pula kelajuan efektif gas dari molekul gas tersebut (v rms)!

Kaji-2: Di ruang angkasa terdapat sekitar satu atom hidrogen per cm kubik. Temperature di daerah tersebut berkisar sekitar 3.5K. Tentukanlah kelajuan efektif (rms) atom hidrogen, dan tentukan pula tekanan yang diberikan oleh atom hidrogen tersebut (R= 8.31)!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


 Mr = 1 gr/mol =10 pangkat (-3) kg/mol. Laju efektif gas dapat dihitung sebagai berikut.


Tekanan yang diberikan oleh molekul hidrogen adalah


Latih-2: Di ruang angkasa terdapat sekitar dua atom hidrogen per cm kubik. Temperature di daerah tersebut berkisar sekitar 3K. Tentukanlah kelajuan efektif (rms) atom hidrogen, dan tentukan pula tekanan yang diberikan oleh atom hidrogen tersebut (R= 8.31)!

Kaji-3: Massa sebuah molekul nitrogen adalah empat belas kali massa sebuah molekul hidrogen. Tentukan suhu molekul hidrogen agar memiliki kelajuan yang sama dengan molekul nitrogen pada suhu 294K!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Laju gas ideal sebanding dengan akar suhu dan berbanding terbalik dengan akar massa relatif.




Latih-3: Massa sebuah molekul oksigen adalah delapan kali massa sebuah molekul hidrogen. Tentukan suhu molekul oksigen agar memiliki kelajuan yang sama dengan molekul hidrogen pada suhu 294K!

Kaji-4: Kelajuan rms molekul hidorgen adalah v pada suhu 27 derajat celcius. Jika suhu gas hidrogen dinaikkan menjadi 177 derajat celcius, tentukanlah kelajuan rms molekul hidrogen setelah suhu berubah!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Kelajuan rms pada saat 450K adalah


Latih-4: Kelajuan rms molekul hidorgen adalah v pada suhu 27 derajat celcius. Jika suhu gas hidrogen dinaikkan menjadi 177 derajat celcius, tentukanlah kelajuan rms molekul hidrogen setelah suhu berubah!

Kaji-5: Jika konstanta Bolztman k = 1.38 x 10 pangkat (-23), tentukanlah energi kinetik sebuah atom gas Helium pada suhu 27 derajat Celcius!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Energi kinetik molekul gas hidrogen adalah


Latih-5: Jika konstanta Bolztman k = 1.38 x 10 pangkat (-23), tentukanlah energi kinetik sebuah atom gas Helium pada suhu 127 derajat Celcius!


Post a comment