FISIKA DASAR II GAS IDEAL DAN TERMODINAMIKA Kania Nur Sawitri, M.Si kaniamalimba@gmail.com 0821-1007-5629

Tujuan Pembelajaran Menentukan besaran-besaran termodinamika (tekanan, volume, suhu) dengan hukum gas ideal Menerapkan hukum termodinamika ke-1dan ke-2 untuk menjelaskan masalah fisis yang berhubungan dengan kalor Menjelaskan prinsip kerja dari mesin kalor serta pemecahan fisis tentang kalor Menjelaskan defenisi dari entropi

Pendahuluan Gas Ideal Gas Ideal : model penyederhanaan dari gas nyata sehingga memiliki sifat-sifat gas ideal. Sifat 1 : tidak ada interaksi antar molekul – molekul gas (tumbukan elastik sempurna) Sifat 2 : molekul gas dapat dipandang sebagai partikel yang ukurannya dapat diabaikan (ukuran dianggap nol) Sifat 3 : dalam satu wadah partikel gas bergerak secara acak ke segala arah. Tumbukan antara molekul gas maupun tumbukkan antara molekul gas dengan dinding wadah berifat elastik sempurna sehingga energi kinetik total molekul gas selalu tetap

Hukum Boyle “Pada suhu tetap maka volume gas berbanding terbalik dengan tekanannya”

“Pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan suhunya” Hukum Gay-Lussac “Pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan suhunya”

Hukum Charles “Jika tekanan gas dipertahankan konstant maka volum gas berbanding lurus dengan suhunya” 𝑽 𝑻 =𝑪

Hukum Gas Umum Menyatakan hubungan antara tekanan P, volume V, dan suhu T. C4 merupakan suatu nilai yang bersifat tetap, tidak bergantung pada suhu, tekanan, dan volume

C4 = n . R Kontanta C4 dapat ditulis, Keterangan: n = jumlah mol gas R = konstanta gas umum ( 8,315 J/ mol K) Sehingga, persamaan untuk hukum gas umum dapat dinyatakan,

Teorema Ekipartisi dan Energi Kinetik Molekul gas bergerak dengan dengan gerak acak dengan kecepatan tertentu. Arah gerak molekul pada koordinat cartisian dapat menuju arah x, y, dan z yang menyatakan derajat kebebasan “Energi rata-rata untuk tiap derajat kebebasan yang dimiliki molekul sama dengan kT / 2” k ketetapan boltzman 1,38 x 10-23 J/K

Teorema Ekipartisi dan Energi Kinetik Semakin cepat molekul gas bergerak pada arahnya, maka semakin besar energi kinetik molekul gas. Semakin tinggi derajat kebebasan gerak molekul maka semakin besar energi kinetiknya. EK = n (k T) / 2 dimana, n adalah derajat kebebasan

Contoh soal Sebanyak 0,2 mol gas ideal berada dalam wadah yang volumnya 10 L dan tekanannya 1 atm. Berapakah suhu gas tersebut? Berapakah volum gas jika suhunya dijadikan setengahnya dan tekanannya dilipatduakan? Jawab : Gunakan : PV = nRT

Contoh soal Berapa massa jenis gas oksigen pada STP. Massa molekul oksigen adalah 32,0 sma Jawab : 1 sma = 1.67 x 10-27 kg P = 1 atm = 10^5Pa T = 0 C = 273K Massa jenis = massa (kg) / volume (V) Gunakan PV = n RT

Contoh Soal Tentukan volum 1,0 mol gas ideal pada STP (“standard of temperature and pressure”) STP: T = 273 K P =1 atm Gunakan : PV = nRT

Laju RMS Rms adalah singkatan dari root mean square (akar rata-rata kuadrat). Kecepatan molekul gas secara umum memenuhi Kuadrat dari kecepatan tersebut adalah Energi kinetik total satu molekul gas adalah 𝑣 2 = 𝑣 𝑥 2 + 𝑣 𝑦 2 + 𝑣 𝑧 2

Laju RMS Energi kinetik rata-rata adalah Karena Kx, Ky, dan Kz masing-masing mengandung satu derajat kebebasan gerak, maka berdasarkan teorema ekipartisi energi, harga rata-ratanya memenuhi Kx = kT/2, Ky = kT/2, dan Kz = kT/2.

Laju RMS Dengan demikian, laju rms adalah

Energi Dalam Gas Ideal Dalam wadah yang bersuhu T, molekul gas selalu bergerak dengan acak ke segala arah. Jika energi yang dimiliki molekul gas hanya disumbangkan oleh geraknya, maka energi rata-rata yang dimiliki satu molekul gas adalah Dengan menggunaka teorema ekipartisi energi maka diperoleh

Energi Dalam Gas Ideal Jika terdapat n mol gas, maka jumlah molekul gas adalah N = n NA. Energi total semua molekul gas menjadi

Pendahuluan Termodinamika Termodinamika berasal dari kata, thermos = panas dynamic = perubahan Cabang ilmu fisika yang mempelajari : Pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja Sistem Pembatas Lingkungan

Sistem Tiga macam sistem yaitu, sistem terbuka, Sistem tertutup, dan Sistem terisolasi. Sistem Terbuka Mekanisme yang memungkinkan adanya pertukaran massa dan energi antara sistem dengan lingkungannya. Contoh : lautan, tumbuh-tumbuhan, letusan gunung merapi, dsb

Sistem Sistem Tertutup Mekanisme yang memungkinkan adanya pertukaran energi namun tidak adanya pertukaran massa antara sistem dengan lingkungan. Contoh : Green House (rumah kaca), adanya pertukaran kalor tetapi tidak adanya pertukaran massa antara sistem dengan lingkungan Sistem Ter-isolasi Mekanisme yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dan massa antara sistem dengan lingkungan. Contoh : tabung gas yang terisolasi, air panas di dalam termos, dsb

Pembatas Jenis dan karakteristik pembatas, yaitu : Pembatas adiabatik Pembatas yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan, Pembatas tegar Pembatas yang tidak memungkinkan adanya kerja yang dilakukan dari sistem ke lingkungan dan sebaliknya.

Pembatas Sistem Lingkungan

Hukum Termodinamika Terdapat beberapa hukum termodinamika, yaitu : Hukum I Hukum II Hukum III

Hukum 0 “Jika benda A berada dalam keseimbagan termal dengan benda B dan Benda B berada dalam keseimbangan termal dengan benda C maka Benda A berada dalam keseimbangan termal dengan benda C” Keseimbangan termal yaitu kondisi dimana tidak ada pertukaran kalor antara dua benda.

Hukum I Termodinamika Pernyataan tentang kekekalan energi dalam sistem. ΔU = Q – W Perubahan energi dalam sistem ΔU = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem

Hukum I Termodinamika Hukum I : Pernyataan tentang kekekalan energi dalam sistem. ΔU = Q – W Q (+) : Kalor ditambahkan ke sistem Q (-) : Kalor dilepaskan oleh sistem W (+) : Kerja dilakukan oleh sistem W (-) : Kerja dilakukan pada sistem

Contoh soal Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementara kerja dilakuan pada sistem sebesar 500 J. Berapa perubahan energi dalam sistem ΔU ? ΔU = Q – W = (+1000 J) – (- 500 J) = 1500 J 2. Suatu sistem mengerjakan kerja ke lingkungan sebesar 320 J. Sistem kemudian menyerap kalor sebesar 500 J. Berapa perubahan ΔU ?

Contoh soal Suatu sistem mengalami perubahan energi dalam ΔU sebesar -240 J. Saat terjadi perubahan ΔU, sistem melepas kalor sebesar 560 J. Tentukan, Apakah sistem melakukan atau dilakukan kerja? Nilai kerja sistem? Tentukan nilai perubahan energi dalam untuk jenis sitem terisolasi.

Contoh soal Dalam suatu proses isobarik, volum gas berubah dari 1 L menjadi 2 L. Tekanan gas adalah 10 5 Pa. Jika pada proses tersebut kalor masuk ke dalam gas sebanyak 500 J, berapa perubahan energi dalam gas?

Contoh soal Ketika menyerap kalor, sebanyak 0,2 mol gas monoatomik mengalami proses isokhorik hingga suhunya berubah dari 100 ᵒC menjadi 300 ᵒC. Berapakah kalor yang terlibat? Apakah kalor tersbut masuk ke gas atau keluar dari gas? Jawab: Pada Proses isokhorik, volume konstan sehingga W = 0 dan Q = ΔU Sehingga Q = 499, karena Q + maka kalor mengalir masuk ke dalam gas

Diagram P-V Kerja yang dilakukan gas untuk proses dari ( 𝑃 1 , 𝑉 1 ) ke ( 𝑃 2 , 𝑉 2 ) adalah luas daerah yang diarsir.

Diagram P-V