makalah teori kinetik gas

A.   

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

          Teori kinetik muncul dengan anggapan bahwa partikel-partikel gas selalu bergerak terus-menerus. Gas yang tersusun atas satu unsur atom disebut gas monoatomik. Semua unsur gas mulia (golongan VIII) merupakan gas monoatomik, yaitu helium (He), neon (Ne), radon (Rn), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe).

      Helium dengan Ar = 4, digunakan dalam kapal, balon udara, dan penyelam. Neon dengan Ar = 20, digunakan untuk papan reklame neon dan cahaya fluoresen. Radon dengan Ar = 222, terbentuk dari hasil peluruhan radioaktif radium. Argon dengan Ar = 40, digunakan pada bohlam listrik dan tabung fluoresen. Kripton dengan Ar = 84, digunakan pada beberapa tabung laser, fluoresen, dan di dalam cahaya stroboskopik bandara. Xenon dengan Ar = 131, digunakan untuk mengisi tabung fluoresen dan bohlam.

B.     Rumusan Masalah

1.      Bagaimana gerakan gas dalam tabung?

2.      Tentukan kecepatan rata-rata gas yang berfariasi serta tuliskan rumusnya?

3.      Jelaskan bagaimana tumbukan gas dalam tabung?

C.    Tujuan Pembahasan

1.       Menjelaskan gerakan gas dalam tabung.

2.      Menentukan kecepatan rata-rata gas yang berfariasi serta menuliskan persamaannya.

3.       Menjelaskan bagaimana tumbukan gas dalam tabung.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Gerakan Gas Dalam Tabung.

Dalam model gas yang sederhana setiap molekul/ partikel gas dipandang sebagai bola pejal yang dalam gerakkannya mereka bertumbukan secara elastis, baik sesama molekul maupun antara molekul dengan diniding bejana tempat gas berada. Dengan menganggap bahwa molekul gas berbentuk bola pejal berarti interaksi antar molekul tidak terjadi kecuali bertumbukan. Selama bertumbukan, molekul tersebut tidak mengalami perubahan bentuk dan energi. Gambaran seperti ini mudah dipahami untuk gas atom tunggal (monoatom) yang hanya memiliki energio kinetik traslasi. Berbeda dengan molekul yang lebih kompleks seperti oksigen (O2dan CO2) yang energy dalamnya dikaitkan dengan rotasi, dan fibrasi (getaran molekul tersebut).

Tekanan gas pada dinding bejana sama dengan besarnya momentum yang diberikan oleh partikel gas tiap suatu luas tiap satuan waktu.

Diagram gerakan partikel gas dalam dinding bejana.

Gerakan partikel gas dalam dinding bejana berbentuk kubus dengan sisi L. Partikel bergerak dengan kecepatan  dalam arah sumbu X .Sebelum partikel menumbuk dinding, momentumnya m    . setelah menumbuk dinding, partikel berubah arahnya sehingga momentumnya -m . . Jadi setiap kali partikel menumbuk dinding, pertikel tersebut mengalami perubahan momentum sebesar selisih antara momentum sebelum tumbukan dan momentu setelah tumbukan.

B.     Kecepatan Rata-Rata Melekul Gas

Sifat-sifat zat dalam skala besar dapat diprediksi dengan teori molekular melalui dua cara:

􀀹 Teori kinetik atau dinamik,  menggunakan hokum-hukum mekanika untuk individual molekul. Dari sini dapat diturunkan beberapa ekspresi seperti tekanan, energi dalam dll.

􀀹 Termodinamika Statistik,  mengabaikan detail pembahasan individual molekul, tetapi menggunakan probabilitas sejumlah besar molekul yang membentuk materi makro. Metode statistik ini dapat memperjelas lebih lanjut konsep entropi.

Jika dalam ruang tertutup terdapat N jumlah melekul maka untuk mempermudah perumusan digunakan koordinat kartesius tiga dimensi. Dengan demikian, kecepatan melekul dinyatakan sebagai berikut.

 =  I +  j +  k                                                                           ……….(0.1)

Kita tinjau kecepatan pada arah X. misalnya jika komponen kecepatannya  maka kecepatan rata- rata pada arah X adalah

(  =                                                                          ……….(0.2)   

Kecepatan rata-rata melekul pada arah X, Y,dan Z  dirumuskan sebagai berikut

                                             ……….(0.3)

Teori ekuipartisi mengatakan bahwa besar kecepatan rata-rata pada arah X, Y, dan Z adalah sama.

                                                          ……….(0.4)

Dengan demikian persamaan (0.3) menjadi :

= 3                          ……….(0.5)

Jika kita tinjau pada arah X maka persamaan (0.2) menjadi :

                                                                                        ……….(0.6)

Dari persamaan… dan (0.6) diperoleh persamaan tekanan gas untuk N melekul adalah

P =

                                                            ……….(0.7)

Keterangan :

P = tekanan Gas (N )

N = jumlah partikel

v = kecepatan ( )

m = massa partikel (kg)

V = volum Gas ( )

C.    Tumbukan Gas Dalam Tabung

Model mikroskopis dari gas ideal menunjukkan pada kita bahwa tekanan yang dinyatakan oleh gas pada dinding wadah merupakan akibat dari tumbukan melekul gas pada dinding dan sesuai dengan penjelasan mikroskopis sebagai berikut :

1.      Melekul berinteraksi hanya dengan gaya-gaya berjarak pendek selama tumbukan lenting. Dimana melekul-melekulnya tidak saling memberikan gaya-gaya yang berjarak jauh satu sama lain.

2.      Melekul bertumbukan lenting dengan dinding  tabung atau wadah. Komponen x dari momentumnya dibalik, sementara komponen y dari melekulnya tidak berubah. Dalam kontruksi ini, kita asumsikan bahwa melekul bergerak dalam bidang xy.

     Tumbukan Molekul pada Dinding

Perubahan momentum arah -x: = -   = − 2  Impulse menjadi:    = − 2 Dengan Fi,pada dinding merupakan gaya rata-rata molekul pada dinding.  merupakan durasi tumbukan. Supaya dapat melakukan tumbukan lagi pada dinding yang sama, molekul harus berjalan sepanjang 2d pada arah-x. Jadi waktu antara dua tumbukan pada dinding yang sama: 

Δt =  .

Gaya yang menyebabkan perubahan momentum:

= − 2

Gaya ini merupakan komponen gaya rata-ratapada molekul untuk bergerak bolak-balik.

 =  =  =

Perubahan momentum partikel setelah tumbukan dirumuskan sebagai berikut :

 =

 =

 = =   =

Partikel tersebut akan menumbuk dinding untuk kedua kalinya setelah selang waktu :

  .

BAB III

PENUTUP

1.      Kesimpulan

Gerakan partikel gas dalam dinding bejana berbentuk kubus dengan sisi L. Partikel bergerak dengan kecepatan  dalam arah sumbu X .Sebelum partikel menumbuk dinding, momentumnya m    . setelah menumbuk dinding, partikel berubah arahnya sehingga momentumnya -m . . Jadi setiap kali partikel menumbuk dinding, pertikel tersebut mengalami perubahan momentum sebesar selisih antara momentum sebelum tumbukan dan momentu setelah tumbukan.

Jika dalam ruang tertutup terdapat N jumlah melekul maka untuk mempermudah perumusan digunakan koordinat kartesius tiga dimensi. Dengan demikian, kecepatan melekul dinyatakan sebagai berikut.

 =  I +  j +  k                                                                           ……….(0.1)

tumbukan melekul gas pada dinding dan sesuai dengan penjelasan mikroskopis sebagai berikut :

1.      Melekul berinteraksi hanya dengan gaya-gaya berjarak pendek selama tumbukan lenting. Dimana melekul-melekulnya tidak saling memberikan gaya-gaya yang berjarak jauh satu sama lain.

2.      Melekul bertumbukan lenting dengan dinding  tabung atau wadah. Komponen x dari momentumnya dibalik, sementara komponen y dari melekulnya tidak berubah. Dalam kontruksi ini, kita asumsikan bahwa melekul bergerak dalam bidang xy.

3.      Saran

Saran kami kepada pembaca, apabila terdapat kesalahan dan kejanggalan dalam makalah kami ini mohon memberikan saran atau kritikan yang membangun terhadap pemakalah agar makalah kedepannya bisa lebih baik dari pada sekarang ini.

Daftar Pustaka

Roymond A.Serway dan Jhon W. Jewett. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Salemba Teknika: Jakarta. 2010

U. rachmat dkk.  Sains Fisika untuk SMU. PT Bumi Aksara: Jakarta. 2000

Siswanto dan Sukaryadi. Kompetensi Fisika. PT Citra Aji Parama: Yogyakarta. 2007

Daryanto. Fisika Teknik. Jakarta: Rineka Cipta. 1997