Termodinamika   teori kinetik gas
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Termodinamika teori kinetik gas

on

  • 9,264 views

 

Statistics

Views

Total Views
9,264
Slideshare-icon Views on SlideShare
9,263
Embed Views
1

Actions

Likes
5
Downloads
330
Comments
0

1 Embed 1

https://twitter.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Termodinamika   teori kinetik gas Termodinamika teori kinetik gas Presentation Transcript

    • Nama Kelompok :•DWI REXY A. ( 05 )•KHAMALAT AZIZATUL U. ( 15 )•M.MUNIF ( 19 )•RISFA JENIA A. ( 26 )•ROQI A.D.D ( 28 )•WAHYU DURROTUR R. ( 34 )XI IPA 4
    • TEORI KINETIK GAS
    •  Teori kinetik gas adalah teori yang menggunakan tinjuan tentang gaya dan energi antara partikel – partikel untuk menerangkan sifat – sifat zat Gas ideal adalah suatu gas yang diidealkan oleh manusia. Pada kenyataanya, gas ideal tersebut tidak ada di permukaan bumi.PENGERTIAN TEORI KINETIK GAS
    • n Gas ideal terdiri atas partikel – partikel ( atom – atom maupun melekul – molekul ) dalamjumlah yang besar sekali Partikel – partikel tersebut senantiasa bergerak, arahnya sembarangk Partikel –partikel tersebut tersebar merata dalam ruang yang sempite Jarak antara partikel jauh lebih besar daripada ukuran partikel sehingga ukuran partikel biasanya diabaikan, diameter partikel 2,5 x 10-10 m, sedangkan jarak antar partikel 3 x 10-19 m.r Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan yang lain, kecuali bila terjadi tumbukanj Tumbukan antar partikel dengan partikel ataupun antara partikel dengan dinding, terjadi secara lenting sempurna; partikel dianggap sebagai bola kecil yang keras, dinding dianggap licin dan tegara Asumsi / Anggapan Gas Ideal Hukum – hukum newton tentang gerak berlaku
    • SIFA T GA S UMUM Gas mudah berubah bentuk dan volumenya. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.
    •  Ada tiga besaran yang saling berhubungan dalam pembahasan keadaan gas . Besaran besaran tersebut ialah Tekanan (P) , Volume (V) dan temperatur mutlak (T)Persamaan umum gas ideal
    •  “Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup ( tidak bocor ) dijaga konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya“ Secara sistematik, pernyataan diatas dapat ditulis: PV = konstan atau P1V1 = P2V2• Dengan: • P = Tekanan (N/m2 = Pa) • V = Volume ( m3)HUKUM BOYLE
    •  “Apabila tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka gas sebanding dengan suhu mutlaknya” V≈T = = KonstanHUKUM CHARLES
    • HUKUM GAY LUSSACGay Lussac menyatakan bahwa jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada volume konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut  P1 = P2 T1........T2Keterangan: T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K) T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K) p1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
    •  Hubungan P & V : Hk Boyle Pada T konstan, volume sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanannya PV = konstan Hubungan T & V : Hk Charles Pada P konstan, volume sejumlah gas sebanding dengan suhunya  V = konstan x T Hubungan mol (n) & V : Hk Avogadro Pada P & T tetap, volume gas tergantung pada jumlah molnya  V = konstan x n Hipotesis Avogadro: volume gas pada T & P yang sama sebanding dengan jumlah molnya.
    • PV = nRT = Nk BT N n= P = Tekanan gas [N.m-2] NA V = Volume gas [m3] n = Jumlah mol gas [mol] N = Jumlah partikel gas NA = Bilangan Avogadro = R = Konstanta umum gas = 8,314 J.mol-1 K-1 kB = Konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J.K-1Persamaan mutlak gas [K] Gas Ideal T = Temperatur Keadaan
    • ENERGI TOTAL (U) DANKECEPATAN (v) GAS IDEALEk = 3KT/2U = N Ek = 3NKT/2v = √(3 K T/m) = √(3P/r)dengan:Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gasidealU = energi dalam gas ideal = energi totalgas idealv = kecepatan rata-rata partikel gas idealm = massa satu mol gasp = massa jenis gas ideal
    • Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapatdi 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•Pada n tetap, berlaku HukumBoyle-Gay-Lussac: PV/T=CC = konstan
    • HUBUNGAN TEKANAN DENGAN KELAJUAN  Tekanan yang dikenakan oleh suatu gas adalah akibat tumbukan molekul-molekul pada dinding batas.kelajuan molekul gas, v-- terdiri daripada komponen-komponen kelajuan dalam arah x, ydan z ⇒ vx, vy, vz z v vz x vy vx y 2 2 2 2Diketahui bahwa: v = vx + vy + vz 2 2 2 ½atau v = (vx + vy + vz ) (1)
    • Kelajuan rata-rata pangkat dua ialah ( ) 2 2 2 2 2 Σ vi v = vx + vy + vz = (2) Ndi mana N = bilangan molekul 2 2 2Anggaplah v x = v y = v z ∴ 2 v = 3vx 2 ⇒ 2 v x = 1 v2 (3) 3(sama juga bagi vy dan vz)
    • Andaikan satu molekul gas yang bermassa m, bergerak dalam sebuah kubus dengan laju vx yang searah dengan sumbu x . Molekul ini menumbuk dinding kanan dan memantul balik denagn laju –vx .Tekanan Gas Pada Dinding
    • Perubahan momentum pada dinding kanan untuk satu tumbukan=mv x – (– m v x ) = 2 mv xMisalkan ukuran kubus itu dengan sisi l. Bagi setiap tumbukan,molekul akan bergerak sejauh 2l (pergi dan balik) dalam selangwaktu ∆t.Menurut Hukum Newton II, gaya ialah perubahan momentum persatuan waktu Perubahan momentum F = waktu 2mv x = ∆t 2 2mv x 2l = (kerana ∆t = ) 2l vx 2 mv x = l 2 2 F mv x mv x P = = = A l3 V(A = luas dinding, V = volume kubus)
    • Andaikan dalam kubus itu ada N molekul dan tumbukan berlaku kesemua arah dengan laju rata-rata v x , v y dan v z , maka 2 2 2 Nm v x Nm v y Nm v z Px = ; Py = ; Pz = V V V 2 2 2Dari (3), v x = vy = vz = 1 3 v 2 jika Px = Py = Pz = P Nm v 2 ∴ P = 3V 1atau PV = Nm v 2 (4) 3 1atau PV = nMv 2 (5) 3di mana n = N/NA dan M = mNA = jisim molar
    • 2v disebut laju rata-rata pangkat dua. Oleh kerana ia hanyabergantung kepada suhu, maka pada suhu tetap, PV = konstan ⇒ Hukum Boyle
    • z Tinjau N buah partikel suatu gas ideal dalam kotak, masing-  masing dengan kecepatan: A y j ˆ v1 = v x1i + v y1 ˆ + v z1 k ˆ ˆ j ˆ v2 = v x 2i + v y 2 ˆ + v z 2 k x ………….Tekanan Gas Ideal
    • ˆ ˆ ˆ  Kecepatan partikel mula2: v = v x i + v y j + v z k  Kecepatan partikel setelah menumbuk dinding kanan (asumsi: tidak ada tumbukan antar partikel): ˆ j ˆ v ′ = vxi − v y ˆ + vz k  Perubahan momentum partikel: ∆p = mv ′ − mv = −2mv y ˆ j  Selang waktu partikel tsb dua kali menumbuk dinding kanan: 2 ∆t =  vy Besarnya momentum yg diberikan partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:Tinjau 1 partikelp ...mv ∆ 2 2 2 mv y = y ˆ= j ˆ j ∆t 2 
    • Bagaimana dengan N partikel ?  Besarnya momentum total yg diberikan N buah partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu: ∆p m 2 ∆t =  ( 2 2 ) v y1 + v y 2 + ... + v yN ˆ j  Tekanan gas pada dinding kanan: ∆p P= = m 2 A∆t A ( ) v y1 + v y 2 + ... + v yN = 2 2 mN 2 V vy  Tetapi v 2 = v 2 + v 2 + v 2 dan v 2 = v 2 = v 2 x y z x y z  sehingga 2 1 vy = v2 3 1 Nm 2 P= v 3 V
    • 1 Nm 2 P= vDari persamaan 3 Vdan persamaan gas ideal PV = nRT = Nk BTdapat diperoleh hubungan T = 1 3 mv 2 k B atauv 2 = 3k B T m 2 1 2 2sehingga T=  mv  = EK 3k B  2  3k B Energi kinetik translasi partikel gasTemperatur Gas Ideal
    • Energi Dalam Gas Ideal 1  3 N  mv 2  = Nk BTDari hubungan terakhir di atas dapat dituliskan 2   2yaitu energi kinetik gas, yg juga merupakan energi total danenergi dalam gas 3 3 U = Nk BT = nRT 2 2Perbandingan dengan eksperimen ?  ∂U  CV = 3 nRKapasitas kalor pada volume tetap: CV =  ∂T  2  V 5atau kapasitas kalor pd tekanan tetap: C P = CV + nR C P = nR 2Perbandingan CP dan CV adalah suatu konstanta: γ = C P = 5 = 1,67 CV 3
    •  Kontribusi tambahan pada energi kinetik translasi (thd sub-x, y dan z) diasosiasikan dengan energi kinetik rotasi (thd sb-x dan z) dan energi kinetik vibrasi (thd sb-y): 1 1E rotasi = I xω x + I z ω z2 2 2 2 Ix = Iz : momen inersia thd sb x & z 1 1E vibrasi = Kη + Mη 2 K : Konstanta “pegas” 2  2 2 M : Massa tereduksi m1 dan m2  Energi (kinetik) total gas diatomik: Etotal = ( Etranslasi ) + ( E rotasi ) + ( E vibrasi )  1   1   1  7 =  3x k B T  +  2 x k BT  +  2 x k BT  = k BT  2   2   2  2
    •  Asas Ekipartisi Energi: untuk tiap derajat kebebasan yang energinya berbanding dengan kuadrat variabel bebasnya, energi rata-ratanya adalah 1/2 kBT  Jadi untuk molekul gas diatomik: 7 7 U= Nk B T = nRT 2 2  ∂U  7 9 CP 9Cv =   = nR ; C P = C v + nR = nR ; γ = = ≅ 1,29  ∂T V 2 2 CV 7Asas Ekipartisi gas diatomik, γ ≈ 1,40 ! Dari tabel, hasil eksperimen utk Energi
    • 1 Bagi 1 molekul: ek = mv 2 2 1 (6) Bagi N molekul: Ek = Nm v 2 2 Bagi NA molekul (1 mol) : 1 1 Ek = NAmv 2 = Mv 2 (7) 2 2 Hubungan tekanan dan volume dengan energi kinetik Dari (6), PV = 1 Nm v 2 3 2 1 2 =  Nm v  3 2  2 ∴ PV = Ek (8) 3ENERGI KINETIK RATA-RATA
    • Untuk gas ideal, PV = nRT. Substitusikan dalam persamaan (8): 2 nRT = Ek 3 3 ∴ Ek = nRT (9) 2Latihan: Buktikan bahwa (v ) 1 2 1 2  3RT  2 =    M Akar dari laju rata-rata pangkat dua v 2 , disebut vrms.
    • ANIMASI TEORI KINETIK GAS  Silahkan klik data yang ada di bawah ini untukmelihat animasi teori kinetik gas teori kinetik gas.swf
    • TERMODINAMIKA
    •  Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara kalor(panas) dengan usaha Dalam termodinamika , sistem didefinisikan sebagai segala sesuatu atau kumpulan benda yang ditinjau dan diperhatikan. Sementara segala sesuatu diluar sistem disebut lingkungan.TERMODINAMIKA
    • TIGA MACAM SISTEM1. SISTEM TERBUKA: Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Misal : lautan, tumbuh-tumbuhan2. SISTEM TERTUTUP3. SISTEM TERISOLASI : terjadi pertukaran massa sistem Ada pertukaran energi tetapi TIDAK TIDAK lingkungannya. dengan ada pertukaran massa dan energi sistem dengan Misalnya: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi lingkungan. dengan lingkungan. pertukaran kerja Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.
    • SIFAT PEMBATASPembatas adiabatik: tidak adapertukaran kalor antara sistem danlingkunganPembatas tegar: tidak ada kerja baikdari sistem terhadap lingkunganataupun dari lingkungan terhadapsistem
    • Hukum Ke I Pernyataan tentang kekekalan energi dalam sistem: ∆U = Q – W Perubahan energi dalam (∆U) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem. Pada sistem terisolasi Q = 0 dan W = 0 tidak ada perubahan energi dalam.
    • Contoh soal:Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementarakerja dilakukan pada (terhadap) sistem sebesar 500 J.Berapa perubahan energi dalam sistem?Jawab = ∆U = Q – W = ( + 1000 K ) – (-500 J) = 1500 J.Perhatikan bahwa HK 1 dalam bentuk ∆U = Q – WQ positip : KALOR DITAMBAHKAN KE SISTEMQ negatip: KALOR DILEPASKAN OLEH SISTEMW positip KERJA DILAKUKAN OLEH SISTEMW negatip KERJA DILAKUKAN PADA SISTEM
    • PERSAMAAN GAS IDEALPV = nRTU=(3/2) nRT
    • Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan(dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadapsistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yangmenyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akandilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gasketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volumeakhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasilkali tekanan dengan perubahan volumenya. W = p∆V= p(V2 – V1)Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integraltekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagaiTekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jikaperubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalambentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakanluas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai denganoperasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah dibawah grafik.Usaha Luar
    • Gas dikatakan melakukanusaha apabila volume gasbertambah besar (ataumengembang) dan V2 >V1. sebaliknya, gasdikatakan menerima usaha(atau usaha dilakukanterhadap gas) apabilavolume gas mengecil atauV2 < V1 dan usaha gasbernilai negatif.
    •  Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.Energi Dalam
    • untuk gas diatomik energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai : untuk gas monoatomikuntuk gas diatomik
    •  Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆Tadalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).
    • Diagram PV untuk rangkaian proses yang berbedaSuatu gas ideal mula-mula suhunya 400K, tekanan 2x104 Pa dan volumenya 0.001 m3.Gas dikompresi secara perlahan pada tekanan konstan ditekan sehingga volumenya menjadi separuh semula.Kemudian kalor ditambahkan ke gas sementara volume diatur tetap konstan sehingga suhu dan tekanan naik sampai suhu sama dengan suhu mula-mula.Sistem kemudian diekspansi pada suhu tetap sehingga volumenya sama dengan mula-mula
    • DIAGRAM P-VKerja yang dilakukan gas Puntuk proses dari (P1, V1) P1ke (P2, V2) adalah Luasbagian kurva yang diarsir P2P (105 N/m2) V2 V4 V12 1 5 V (m3)
    • Diagram PV untuk 4 proses dasar V1 V2 VPP Proses Isokhorik ∆ U = Q, W = 0 Proses Isotermal W = W = nRT2ln (V2/V1) Proses Isobarik Q = P(V −V1) V1 V V2 Proses Adiabatik W = - ∆ U
    • Proses Isotermik Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan- perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).
    •  Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – VUsaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai :Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
    •  Jikagas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV. QV = ∆UProses Isokhorik
    • Proses Isobarik Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstanQp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
    •  Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai W = Qp − QVJadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
    • Proses Adiabatik Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagaiDimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
    • Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p –V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p –V pada proses isotermik namun dengankelengkungan yang lebih curam.
    • KALOR JENIS GAS Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya dapat dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu :- Kapasitas panas pada volume konstan.- Kapasitas panas pada tekanan konstan.
    • Kapasitas panas gas ideal pada tekanankonstan selalu lebih besar dari padakapasitas panas gas ideal pada volumekonstan, dan selisihnya sebesar konstantagas umum (universil) yaitu : R = 8,314J/mol K. cp - cv = R cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gasideal pada tekanan konstan. cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gasideal pada volume konstan.
    • Hukum Ke II ENTROPI : DERAJAT KETIDAKATURAN HK I kekekalan energi HK II menyatakan arah reaksi sistem. HK II dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk. Kalor mengalir secara alami dari benda panas ke benda dingin; kalor tidak mengalir secara spontan dari benda dingin ke panasBanyak proses yang irreversible:1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok, keduanya menyatu akan tetapi seberapapun anda kocok kembali keduanya tidak memisah lagi.2) Pecahan gelas tidak kembali ke bentuk utuhnya. Proses alamiah cenderung menujuketidakteraturan (entropi maximum)!
    • Mesin PemanasHK II : Pada suatu mesin,tidak mungkinkalor yang diterima mesin diubah semuanyamenjadi kerja. Selalu ada kalor yang dibuangoleh mesin. Reservoir panas Efisiensi: η= W = 1 −Qo Qi Qi Qi W QoReservoir dingin
    • MESIN PENDINGIN Merupakan kebalikan dari mesin pemanas.Reservoir panas Q2 Q1=kalor masuk tandon (resevoir) W Q2=kalor keluar tandon W= kerja yang ditambahkan ke sistem W+Q2 =Q1 Q1Reservoir dingin
    • Mesin Carnot (Ideal)Menurut Carnot siklus mesin pemanas harus reversibel(dapatbalik) dan tidak terjadi perubahan entropi. Ini adalah idealisasikarena kenyataannya kalor tidak seluruhnya diubah menjadikerja (ada yang hilang dalam bentuk gesekan/turbulensi) Efisiensi (n) mesin bergantung pada selisih suhu kedua reservoir :