TEORI KINETIK GAS PDF

Preview

Summary

MODUL FISIKA FIS. 17 TEORI KINETIK GAS SMA NEGERI 59 JAKARTA MODUL TEORI KINETIK GAS FIS.09 Penyusun : Drs. Samsul Bahri, M.M Hayin Mauidotul Latifah Eka Susilowati SMA NEGERI 59 JAKARTA Jl Bulak Timur 1/10 – 11 Klender – Jakarta Timur 13470 Telp. ( 021 ) 8614101 – 86612548 Fax, ( 021 ) 8614798 i KA...

Description

MODUL FISIKA FIS. 17

TEORI KINETIK GAS

SMA NEGERI 59 JAKARTA

MODUL TEORI KINETIK GAS FIS.09

Penyusun : Drs. Samsul Bahri, M.M Hayin Mauidotul Latifah Eka Susilowati

SMA NEGERI 59 JAKARTA Jl Bulak Timur 1/10 – 11 Klender – Jakarta Timur 13470 Telp. ( 021 ) 8614101 – 86612548 Fax, ( 021 ) 8614798 i

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat, Taufik dan hidayahnya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penyusunan modul ini yang berjudul “Teori Kinetik Gas”. Semoga modul ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam pembelajaran rangkaian arus searah di kelas maupn di luar kelas.

Penyusun mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga modul ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Dengan modul ini, diharapkan peserta didik mudah mempelajari materi elastisitas bahan dan pemanfaatannya.

Harapan penyusun semoga modul ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga penyusun dapat memperbaiki bentuk maupun isi modul ini sehingga kedepannya dapat lebih baik. Oleh kerena itu penyusun harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan modul ini.

Jakarta, September 2016

ii

DAFTAR ISI Halaman judul ....................................................................................................................i Halaman fracis .....................................................................................................................ii Kata pengantar ....................................................................................................................iii Daftar isi ...............................................................................................................................1 Peta Kedudukan Modul .....................................................................................................3 Daftar Judul Modul ............................................................................................................4 Glosarium ............................................................................................................................5 Bab I Pendahuluan Kompetensi Inti ...............................................................................................................6 Kompetensi Dasar ...........................................................................................................6 Deskripsi Singkat .............................................................................................................7 Prasyarat ..........................................................................................................................7 Petunjuk Penggunaan Modul ..........................................................................................7 Tujuan Akhir ....................................................................................................................7 Cek kemampuan .............................................................................................................8 Kunci jawaban cek kemampuan .....................................................................................9 Peta Konsep ....................................................................................................................10 Bab II Kegiatan Pembelajaran Tujuan Kegiatan Belajar ..................................................................................................10 Uraian Materi ..................................................................................................................11 1

Pengertian gas ideal ..................................................................................................11 Hukum-hukum yang mendasari ................................................................................12 Persamaan keadaan gas ideal ....................................................................................13 Tekanan dan energy kinetic gas ideal ........................................................................15 Tes formatif I ..................................................................................................................17 Kecepatan partikel gas ..............................................................................................19 Energy dalam derajat kebebasan ...............................................................................19 Tes formatif II .................................................................................................................21 Rangkuman materi ..........................................................................................................22 Bab III Evaluasi Tes sumatif ......................................................................................................................24 Tes Praktik ......................................................................................................................26 Bab IV Penutup Tindak lanjut ...................................................................................................................29 Harapan ...........................................................................................................................29 Daftar pustaka .....................................................................................................................30 Kunci jawaban .....................................................................................................................31

2

PETA KEDUDUKAN MODUL

FIS.01 FIS.02 FIS.03 FIS.10

FIS.04

FIS.07

FIS.11

FIS.05

FIS.08

FIS.12

FIS.06

FIS.09

FIS.13 FIS.18

FIS.19

FIS.14 FIS.15

FIS.16

FIS.17

FIS.20 FIS.21 FIS.22 FIS.23 FIS.24

FIS.25 FIS.27

FIS.26

FIS.28

3

Daftar Judul Modul

NO 1 2

KODE MODUL FIS.01 FIS.02

JUDUL MODUL Sistem Satuan dan Pengukuran Pembacaan Masalah Mekanik

3

FIS.03

Pembacaan Besaran Listrik

4

FIS.04

Pengukuran Gaya dan Tekanan

5

FIS.05

Gerak Lurus

6 7

FIS.06 FIS.07

Gerak Melingkar Hokum Newton

8

FIS.08

Momentum dan Tumbukan

9

FIS.09

Usaha, Energi, dan Daya

10

FIS.10

Energi kinetik dan Energi Potensial

11 12

FIS.11 FIS.12

Sifat Mekanik Zat Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar

13

FIS.13

Fluida Statis

14

FIS.14

Fluida Dinamis

15

FIS.15

Getaran dan Gelombang

16 17

FIS.16 FIS.17

Suhu dan Kalor Teori Kinetik Gas

18

FIS.18

Lensa dan Cermin

19

FIS.19

Optik dan Aplikasinya

20

FIS.20

Listrik Statis

21 22

FIS.21 FIS.22

Listrik Dinamis Arus Bolak-balik

23

FIS.23

Transformator

24

FIS.24

Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik

25 26

FIS.25 FIS.26

Semikonduktor Piranti Semikonduktor (Dioda dan Transistor)

27

FIS.27

Radioaktif dan Sinar Katoda

28

FIS.28

Pengertian dan Cara Kerja Bahan

4

GLOSARIUM Istilah Gas ideal

Pengertian Suatu gas pada teperatur ruang dan tekanan sekitar 1atm Didefinisikan sebagai akar dari harga rata-rata kecepatan 1 molekul

Kecepatan relative

gas. Derajat kebebasan suatu molekul adalah banyaknya bentuk energy

Derajat kebebasan

yang dimiliki oleh molekul gas itu sesuai dengan jenis adan arah gerak. Total energy kinetic dari partikel-partikel gas yang erada di dalam

Energy dalam

suatu wadah

5

PENDAHULUAN KOMPETENSI INTI KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI2: Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KI 3:Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, dan prosedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah KI 4: Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

KOMPETENSI DASAR 1. Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya. 2. Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan, melaporkan, dan berdiskusi.

3. Memahami teori kinetik gas dan karakteristik gas pada ruang tertutup 4. Mempresentasikan laporan hasil pemikiran tentang teori kinetik gas, dan makna fisisnya

6

DESKRIPSI Dalam modul ini Anda akan mempelajari prinsip-prinsip yang berlaku pada teori kinetic gas. Prinsip-prinsip tersebut adalah Persamaan keadaan gas ideal, Hukum Boyle-Gay Lussac, Teori kinetik gas ideal, Tinjauan impuls-tumbukan untuk teori kinetik gas, Energi kinetik rata-rata gas, Kecepatan efektif gas. Dari prinsip tersebut, Anda akan mengetahui bagaimana sistem yang sering djumpai dapat bekerja.

PRASYARAT Sebagai prasyarat atau bekal dasar agar dapat mempelajari modul ini dengan baik, maka kita diharapkan sudah mempelajari konsep tentang suhu dan kalor.

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL Agar Anda berhasil menguasai dan memahami materi dalam modul ini, lalu dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari, maka bacalah dengan cermat dan ikuti petunjuk berikut dengan baik, antara lain: 1. Bacalah doa terlebih dahulu agar diberikan kemudahan dalam mempelajari materi ini. 2. Bacalah materi ini dengan seksama, sehingga isi materi ini dapat dipahami dengan baik. 3. Buat dan isilah rencana pembelajaran yang terdapat dalam modul agar dapat mengkonsultasikannya apabila mendapat kesulitan. 4. Kerjakan lembar kegiatan siswa yang sudah disediakan dengan sungguh-sungguh. TUJUAN AKHIR Setelah mempelajari modul ini, diharapkan siswa dapat : 1. Menjelaskan konsep teori kinetik gas. 2. Membedakan hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal. 3. Merumuskan persamaan keadaan gas ideal. 4. Menjelaskan tekanan gas ideal 5. Merumuskan persamaan hubungan tekanan gas dan energi kinetik rata-rata partikel gas. 6. Merumuskan persamaan suhu mutlak. 7

7. Merumuskan persamaan kecepatan partikel gas. 8. Menentukan energi dalam dari suatu gas. CEK KEMAMPUAN Sebelum mempelajari materi fluida statis ini, kerjakanlah soal – soal berikut ini di buku latihan Anda. 

Apa yang dimaksud dengan teori kinetic gas?



Sebutkan hukum-hukum yang mendasari teori kinetic gas?



Apakah yang dimaksud kecepatan efektif pasrtikel gas?



Apakah yang dimaksud dengan derajat kebebasan?

Jawab: ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................

8

KUNCI JAWABAN CEK KEMAMPUAN 1. Teori kinetic gas merupakan suatu cara untuk mengetahui hubungan anatara besaranbesaran tekanan, temperature, kalor jenis, dan energy dalam suatu gas pada tingkat atom dengan menggunakan persamaan matematis. 2. Hukum-hukum yang mendasari persamaan teori kinetic gas  Hukum Boyle  Hukum Charles  Hukum Gay-Lussac  Hukum Boyle-Gay Lussac 3. Kecepatan relative partikel gas didefinisikan sebagai akar dari harga rata-rata kecepatan 1 molekul gas. 4. Derajat kebebasan suatu molekul adalah banyaknya bentuk energy yang dimiliki oleh molekul gas itu sesuai dengan jenis adan arah gerak.

9

PETA KONSEP

TUJUAN PEMBELAJARAN 1. Menjelaskan konsep teori kinetik gas. 2. Membedakan hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal. 3. Merumuskan persamaan keadaan gas ideal. 4. Menjelaskan tekanan gas ideal 5. Merumuskan persamaan hubungan tekanan gas dan energi kinetik rata-rata partikel gas. 6. Merumuskan persamaan suhu mutlak. 7. Merumuskan persamaan kecepatan partikel gas. 8. Menentukan energi dalam dari suatu gas.

10

URAIAN MATERI Perhatikan balon udara. Apa yang menyebabkan balon udara dapat mengapung di udara? Pada saat proses pembakaran gas, udara dipanaskan sehingga menyebabkan udara di dalam balon mengapung ke udara.Selain itu kaitkanlah materi ini dengan materi yang pernah dipelajari sebelumnya tentang zat.Sebutkanlah karakteristik partikel dari zat gas yaitu partikel- partikel gas yang bergerak memiliki energi kinetik dan massa jenis. Pemanfaatkan energi kinetik dan massa jenis gas tersebut, balon udara pun dapat mengapung di udara.

PENGERTIAN GAS IDEAL Teori kinetik gas merupakan teori yang menggunakan tinjauan tentang gerak dan energi partikel-partikel gas untuk menyelidiki sifat-sifatnya secara keseluruhan sebagai hasil ratarata kelakuan partikel-partikel gas tersebut. Gas ideal merupakan gas-gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai berikut. 

Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom atau molekul-molekul) yang jumlahnya banyak sekali dan antarpartikelnya tidak terjadi gaya tarik-menarik.



Partikel-partikel gas bergerak dalam lintasan lurus dengan kelajuan tetap dan arah geraknya acak/sembarang.



Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan atau wadah yang ditempatinya.



Setiap tumbukan yang terjadi, baik antara partikel-partikel gas maupun antara partikel dengan dinding wadahnya merupakan tumbukan lenting sempurna, sehingga tidak ada energi yang hilang.



Partikel gas terdistribusi merata dalam seluruh ruangan.



Untuk semua partikel gas berlaku hukum-hukum Newton tentang gerak.

Pada kenyataanya tidak ada gas yang memenuhi sifat-sifat gas ideal. Namun, gas pada suhu kamar dan tekanan rendah dapat mendekati sifat-sifat gas ideal

11

HUKUM-HUKUM YANG MENDASARI Hukum Boyle menyatakan bahwa gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan keseimbangan yang berbeda pada suhu konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut. PV = kostan P1V1 = P2V2

dengan: p1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) p2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2) v1 = volume gas pada keadaan 1 (m3) v2 = volume gas pada keadaan 2 (m3)

Hukum Charles menyatakan bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada tekanan konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.

=

dengan: V1 = volume gas pada keadaan 1 (m3) V2 = volume gas pada keadaan 2 (m3) T1 = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K) T2 = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)

Hukum 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.

=

dengan: 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)

12

Contoh soal: Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27OC. Berapa volume gas setelah dipanaskan hingga suhunya 77◦C? Diket: V1 = 2 liter T2= 77+273= 350 K Ditanya: V2? Jawab:

T1= 27 +273 = 300 K

PERSAMAAN KEADAAN GAS IDEAL Temperature gas merupakan ukuran dari energy kinetic rata-rata molekul gas. Untuk gas ideal pada kesetimbangan termal, energy kinetic translasi rata-rata per molekul tetap. Bila temperature gas berubah maka energy kinetic translasi rata-rata per molekul berubah. Bila dalam suatu ruangan berisi dua jenis gas yang massanya berbeda energy kinetic translasi rata-rata per molekul sama besar. Menurut hukum Boyle-Gay Lussac, hubungan antara tekanan (p), volume (V), dan suhu mutlak (T) dari suatu gas ideal dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika jumlah partikel adalah N, maka persamaan keadaan gas dapat dituliskan.

Dengan menggunakannhuungan

dan

, dengan k = konstanta Boltzman (1,38

x 103 J/K), maka diperoleh persamaan sebagai berikut.

13

dengan: n = jumlah mol gas (mol) R = tetapan gas = 8,314 × 103 J/k mol K atau 0,082 L atm/mol K NA = bilangan Avogadro = 6,02 × 1023 (partikel/mol) T = suhu mutlak (K)

persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis sebagai berikut.

dengan: m = massa total gas (kg) M = massa relatif partikel (gram/mol)

Contoh soal: Tangki bervolume 3000 cm3 berisi gas oksigen pada suhu 20 oC dan tekanan relative 25 atm. Jika massa molar oksigen 32 kg/ kmol, tekanan udara 1 atm, makanberapa massa

oksigen di dalam tangki? Diket: V = 3 x 10 -3 m3 Pr = 25 atm Ditanya: m oksigen dalam tangki? Jawab: total tekanan pada sistem: p = p0 +pr

M= 32 kg/ kmol, P0 = 1 atm

massa gas oksigen pV = nRT

= 1 atm +25 atm

𝑝𝑉

= 26 atm = 26 x 105 Pa 𝑝𝑉

𝑚 𝑅𝑇 𝑀 𝑝. 𝑉. 𝑀 𝑅. 𝑇

m = 0,1 kg

14

TEKANAN DAN ENERGI KINETIK GAS IDEAL Jika suatu gas ideal berada dalam suatu ruang tertutup, maka gas tersebut akan melakukan tekanan pada dinding ruangan. Waktu yang dibutuhkan partikel untuk menumbuk dinding dan kembali lagi ke awal ditentukan oleh persamaan berikut.

Jika dihubungkan dengan konsep momentum dan impulas, maka persamaan tekanan gas ideal dapat dituliskan ke dalam persamaan sebagai berikut.

Jika ada N partikel gas ideal, maka tekanan gas dapat dituliskan ...