Home / Fisika / teori kinetik gas

Teori Kinetik Gas

  • 8 min read

Penulis : Ditheosvi Alvira Gusti, Mahasiswi Teknik Elektro PNJ

Pengertian Teori Kinetik Gas

Teori Kinetik Gas merupakan sebuah konsep dalam ilmu fisika yang mempelajari sifat atau perilaku partikel gas yang bergerak acak. Pada teori ini dalam menjelaskan perilaku gas dikeadaan tertentu menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi mengenai sifat-sifat gas yang disebut dengan gas ideal.

Gas ideal adalah gas yang dianggap ideal dan memiliki sifat tertentu yang bergerak secara acak dan memiliki jarak yang berjauhan antarpartikel gas. Sifat-sifat gas ini dapat dibedakan menjadi dua yaitu sifat makroskopis dimana gas dapat diamati dan diukur seperti temperatur, tekanan dan volume dan yang kedua adalah sifat mikroskopis yaitu tidak dapat diamati dan diukur seperti halnya kelajuan, massa tiap partikel, penyusun inti, momentum, serta energi yang dikaitkan dengan tingkah laku partikel gas.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Sifat Gas

Adapun sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

  1. Memiliki partikel berjumlah sangat banyak dan bergerak secara acak ke segala arah tetapi tidak terdapat interaksi atau tidak adanya gaya tarik-menarik antarpartikel.
  2. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas berada.
  3. Partikel gas tersebar merata di dalam ruangan.
  4. Tumbukan yang terjadi antarpartikel gas dan antara partikel gas dengan dinding ruangan merupakan tumbukan lenting sempurna.
  5. Energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu mutlak dan berlakunya Hukum Newton tentang gerak.

Hukum Yang Mendasari Teori Kinetik Gas

Keadaan suatu gas ideal pada ruang tertutup dipengaruhi oleh tekanan, suhu, volume dan jumlah molekul gas yang berkaitan satu sama lain dan dijelaskan oleh beberapa hukum berikut:

1. Hukum Boyle

Robert Boyle (1627 – 1691) menyelidiki hubungan antara tekanan dan volume gas dalam wadah tertutup pada temperatur tetap dan menemukan hasil bahwa:

Hasil kali tekanan dan volume gas pada temperatur tetap adalah konstan”

Hasil temuan Boyle ini kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle. Hukum ini secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk:

Keterangan:

P1 = tekanan gas awal (N/)

P2 = tekanan gas akhir (N/)

V1 = volume gas awal ()

V2 = volume gas akhir ()

Hubungan tekanan dan volume dari persamaan Hukum Boyle dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Boyle

Grafik hubungan tekanan dan volume pada temperatur tetap.

2. Hukum Charles

Jacques Charles (1747 – 1823) menemukan hasil dari penyelidikannya yaitu:

“Volume gas akan sebanding dengan suhu mutlaknya apabila tekanan suatu gas dijaga konstan”

Hal ini kemudian dikenal sebagai Hukum Charles. Hukum ini secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk:

Keterangan:

V1 = volume gas awal ()

V2 = volume gas akhir ()

T1 = temperatur mutlak awal (K)

T2 = temperatur mutlak akhir (K)

Hubungan temperatur dan volume menurut Hukum Charles dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Charles

Grafik hubungan volume dan temperatur pada tekanan tetap.

3. Hukum Gay Lussac

Joseph Gay Lussac menyelidiki hubungn tekanan dan temperatur gas pada volume tetap dan ia menyatakan bahwa:

“Tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur gas apabila volume gas pada ruang tertutup dibuat konstan”

Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Gay Lussac dan dituliskan dalam bentuk metematis seperti berikut:

Keterangan:

P1 = tekanan gas awal (N/)

P2 = tekanan gas akhir (N/)

T1 = temperatur mutlak awal (K)

T2 = temperatur mutlak akhir (K)

Hubungan tekanan dan temperatur menurut Hukum Gay Lussac dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Gay Lussac

Grafik hubungan tekanan dan temperatur pada volume tetap

4. Hukum Boyle – Gay Lussac

Hukum Boyle – Gay Lussac merupakan gabungan persamaan yang dihasilkan dari ketiga hukum diatas.

Hasil kali antara tekanan dan volume dibagi suhu pada sejumlah partikel mol gas adalah tetap”

Hukum Boyle – Gay Lussac dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis:

Keterangan:

P = tekanan gas (N/)

V = volume gas ()

T = temperatur mutlak(K)

Persamaan Gas Ideal

Persamaan gas ideal didasari oleh Hukum Boyle – Gay Lussac. Tekanan, volume, dan temperatur memiliki karakteristik berbeda dengn jumlah molekul yang sama sehinggga memerlukan satu konstanta agar dapat digunakan untuk semua jenis gas.

Konstanta tersebut adalah Konstanta Boltzman (k) dan dituiskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

(1)

Keterangan:

N = Jumlah molekul gas

NA = Bilangan Avogadro (6,02 x molekul/mol)

n = Jumlah mol gas

k = konstanta Boltzman (1,38 x )

NA. k pada persamaan (1) disebut dengan konstanta gas umum (R). Sehingga persamaan gas ideal menjadi:

P.V = n.R.T

Keterangan:

R = Konstanta gas umum

= 8,314 J/mol K

= 0,082 L atm/molK

Energi Kinetik Gas

Energi kinetik gas (Ek) merupakan energi yang dimiliki gas akibat bergerak. Energi kinetik rata-rata suatu partikel gas dirumuskan secara umum sebagai berikut :

Menurut teori ekuipartisi energi yang menjelaskan bahwa energi kinetik rata-rata dipengaruhi oleh kebebasan partikel gas untuk bergerak dalam ruang akibat gerak translasi(vibrasi) dan gerak rotasi sehingga dapat dibedakan menjadi:

Gas monoatomik

Gas monoatomik hanya melakukan gerak translasi (vibrasi) ke tiga sumbu, sehingga f = 3

Gas monoatomik

Gas diatomik

Gas diatomik melakukan gerak translasi (vibrasi) ke tiga sumbu dan melakukan gerak rotasi pada sumbu y dan z , sehingga f = 5.

Gas ideal memiliki kecepatan rata-rata atau efektif (Vrms) yang dirumuskan secara matematis sebagai berikut:

Gas diatomik

Total energi kinetik seluruh partikel gas dalam suatu ruangan disebut dengan Energi dalam gas (U) dengan derajat kebebasan gas pada energi dalam gas dipengaruhi oleh suhu yaitu:

1. Gas monoatomik yang memiliki f = 3, tidak dipengaruhi suhu.

2. Gas diatomik dipengaruhi suhu:

a. Suhu rendah (0-200 K) memiliki f = 3,

b. Suhu sedang (300 – 500 K) memiliki f =5,

c. Suhu tinggi (500 -1000 K) memiliki f = 7.

Energi dalam gas (U) dirumuskan secara matematis seperti berikut ini:

Energi dalam gas

Keterangan:

U = Energi dalam gas (J)

N = Jumlah partikel (partikel)

Tekanan Gas Ideal

Tekanan gas ideal dalam ruang tertutup yang umumnya disebabkan karena adanya tumbukan antara partikel gas dan dinding ruangan dirumuskan sebagai berikut.

Tekanan gas ideal

Keterangan:

P = tekanan gas (N/)

V = volume gas ()

m = massa partikel gas (kg)

N = jumlah partikel gas

Ek = energi kinetik rata-rata partikel gas (J)

v = kecepatan rata-rata partikel gas (m/s)

Demikian materi mengenai Teori Kinetik Gas, agar lebih memahami materi ini, yuk kerjakan soal latihan berikut. Selamat mengerjakan!

Contoh Soal Latihan

1. Suatu gas ideal sebanyak 2 liter memiliki tekanan 2 atm dan suhu 320K. Tentukanlah tekanan gas tersebut jika suhunya 330K dan volumenya 4 liter!

2. Suatu gas dalam ruang tertutup dengan suhu 300 K. Berapakah energi kinetik rata-rata molekul gas tersebut?

3. Jika suhu gas dinaikkan, kecepatan rata-rata partikel gas bertambah hal itu karena…

Jawaban Soal Latihan

1. Diketahui :

V1 = 2 liter

V2 = 4 liter

T1 = 320 K

T2 = 360 K

P1 = 2 atm

Ditanya: P2 = …?

Jawab :

teori kinetik gas 2

Jadi, P2 = 1,125 atm

2. Diketahui :

n = 1 mol

k = konstanta Boltzman (1,38 x )

T = 300K

Ditanya : Ek = ..?

Jawab :

3. Kecepatan rata-rata partikel gas bertambah ketika suhu gas dinaikan dikaenakan kecepatan gas sebanding dengan akar suhu mutlak

Daftar Pustaka

  • Halliday, David; Resnick, Robert; and Walker, Jearl.2001. Fundamental of Physics. New York: John Wiley & Sons
  • Haryadi, Bambang.2009. Fisika untuk SMA/MA kelas XI. Jakarta : Pusat Perbukuan
  • Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Baca juga: