Teori Kinetik Gas

Teori Kinetik Gas
Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut.
SIFAT GAS UMUM

1. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.
   
2. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

SIFAT GAS IDEAL

1. Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.
   
2. Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.
   
3. Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna.
   
4. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

PERSAMAAN GAS IDEAL DAN TEKANAN (P) GAS IDEAL

P V = n R T = N K T
n = N/N_o
T = suhu (ºK)
R = K . N_o = 8,31 )/mol. ºK
N = jumlah pertikel
P = (2N / 3V) . E_k ® T = 2E_k/3K
V = volume (m³)
n = jumlah molekul gas
K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10^-23 J/ºK
N_o = bilangan Avogadro = 6,023 x 10²³/mol
ENERGI TOTAL (U) DAN KECEPATAN (v) GAS IDEAL
E_k = 3KT/2
U = N E_k = 3NKT/2
v = Ö(3 K T/m) = Ö(3P/r)
dengan:
E_k = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal
U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal
v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal
m = massa satu mol gas
p = massa jenis gas ideal
Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:

1. Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.
2. Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.
3. Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.
4. Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .
5. Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya.

Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:

Pada (n, T) tetap, (isotermik) berlaku Hukum Boyle: PV = C	Pada (n, V) tetap, (isokhorik) berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C
Pada (n,P) tetap, (isobarik) berlaku Hukum Gay-Lussac: V/T= C	Padan tetap, berlaku Hukum Boyle-Gay-Lussac: PV/T=C C = konstan Jadi: (P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2=...dst.

Hukum I Termodinamika

1. Hukum ini diterapkan pada gas, khususnya gas ideal
   
   PV = n R T
   P . DV + -V . DP = n R DT
   
   
2. Energi adalah kekal, jika diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul.
   
   
3. Usaha tidak diperoleh jika tidak diberi energi dari luar.
   
   
4. Dalam suatu sistem berlaku persamaan termodinamika I:
   
   DQ = DU+ DW
   
   DQ = kalor yang diserap
   DU = perubanan energi dalam
   DW = usaha (kerja) luar yang dilakukan

DARI PERSAMAAN TERMODINAMIKA I DAPAT DIJABARKAN:

1. Pada proses isobarik (tekanan tetap) ® DP = 0; sehingga,
   
   DW = P . DV = P (V₂ - V₁) ® P. DV = n .R DT
   
   

   DQ = n . Cp . DT	® maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)
   DU-= 3/2 n . R . DT

   
   
2. Pada proses isokhorik (Volume tetap) ® DV =O; sehingga,
   
   DW = 0 ® DQ = DU
   
   

   DQ = n . Cv . DT	® maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)
   AU = 3/2 n . R . DT

   
   
   
3. Pada proses isotermik (temperatur tetap): ® DT = 0 ;sehingga,
   
   DU = 0 ® DQ = DW = nRT ln (V₂/V₁)
   
   
4. Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem dengan sekelilingnya) ® DQ = 0 Berlaku hubungan::
   
   PV^g = konstan ® g = C_p/C_v ,disebut konstanta Laplace
   
   
   
5. Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah garis proses.
   
   

   Gbr. Isobarik	Gbr. Isotermik	Gbr. Adiabatik

   
   Usaha pada proses a ® b adalah luas abb*a*a
   
   Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik ® penurunan adiabatik lebih curam dan mengikuti persamaan PV^g= C.
   
   Jadi:
   1. jika DP > DV, maka grafik adiabatik.
   2. jika DP = DV, maka grafik isotermik.

Catatan:

1. Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan naik. Sehingga DQ, DW ® (+).
   
   
2. Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi dalam akan turun. Sehingga DQ, DW ® (-).
   
   
3. Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah
   
   U = E_k = 3/2 nRT ® g = 1,67
   
   
4. Untuk gas diatomik (H₂, N₂, dll), energi dalam (U) gas adalah
   
   

   Suhu rendah (T £ 100ºK)	U = Ek = 3/2 nRT	® g = 1,67	® Cp-CV=R
   Suhu sedang	U = Ek =5/2 nRT	® g = 1,67
   Suhu tinggi (T > 5000ºK)	U = Ek = 7/2 nRT	® g = 1,67

Hukum II Termodinamika
Tidak mungkin membuat suatu mesin yang bekerja secara terus-menerus serta rnengubah semua kalor yang diserap menjadi usaha mekanis.

T1 > T2, maka usaha mekanis: W = Q1 - Q2 h = W/Q1 = 1 - Q2/Q1 = 1 - T2/T1

T₁ = reservoir suhu tinggi
T₂ = reservoir suhu rendah
Q₁ = kalor yang masuk
Q₂ =kalor yang dilepas
W = usaha yang dilakukan
h = efesiensi mesin
Untuk mesin pendingin:

h = W/Q₂ = Q₁/Q₂ -1 = T₁/T₂ - 1

Koefisien Kinerja = 1/h



Mesin Carnot  

Dalil : Dari semua motor yang bekerja dengan menyerap kalor dari reservoir T1 dan melepaskan kalor pada reservoir T2 tidak ada yang lebih efisien dari motor Carnot.

BC ; DA = adiabatik AB ; CD = isotermik

Mesin Carnot terdiri atas 4 proses, yaitu 2 proses adiabatik dan 2 proses isotermik. Kebalikan dari mesin Carnot merupakan mesin pendingin atau lemari es. Mesin Carnot hanya merupakan siklus teoritik saja, dalam praktek biasanya digunakan siklus Otto untuk motor bakar (terdiri dari 2 proses adiabatik dan 2 proses isokhorik) dan siklus diesel untuk mesin diesel (terdiri dari 2 proses adiabatik, 1 proses isobarik dan 1 proses isokhorik).