KD
3.6. Memahami teori kinetic gas dan karakteristik gas pada ruang tertutup.

IPK

  1. Mengidentifikasi gas ideal dan gas real.
  2. Mengenali tinjauan impuls-tumbukan untuk teori kinetic gas.
  3. Membedakan ciri-ciri gas ideal dan gas real.
  4. Menjelaskan tinjauan impuls-tumbukan untuk teori kinetic gas.
Tujuan Pembelajaran
  1. Siswa dapat mengidentifikasi gas ideal dan gas real dengan benar melalui proses diskusi.
  2. Siswa dapat mengenali tinjauan impuls-tumbukan untuk teori kinetic gas dengan benar setelah diberikan gambar.
  3. Siswa dapat membedakan ciri-ciri gas ideal dan gas real dengan benar melalui proses menanya.
  4. Diberikan tayangan video, siswa dapat menjelaskan tinjauan impuls-tumbukan untuk teori kinetic gas dengan benar.

Teori Kinetik Gas Ideal

Teori kinetik adalah analisis terhadap partikel yang bergerak secara random (Giancoli, 2014).  Dalam gas misalnya, tekanan gas berkaitan dengan tumbukan yang tak henti-hentinya dari molekul-molekul gas terhadap dinding-dinding wadahnya. Gas yang kita pelajari adalah gas ideal, yaitu gas yang secara tepat memenuhi hukum-hukum gas. Pada kenyataannya, tidak ditemukan gas ideal, akan tetapi sifat-sifat gas ideal dapat didekati oleh sekumpulan gas pada temperatur tinggi dan tekanan rendah. Kebanyakan gas pada suhu ruang dan tekanan sekitar 1 atmosfir dapat dianggap sebagai gas ideal. Adapun sifat-sifat gas ideal diasumsikan sebagai berikut:

  1. Jumlah partikel gas sangat banyak, tetapi tidak ada gaya tarik menarik (interaksi) antarpartikel.
  2. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang atau acak.
  3. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas berada.
  4. Setiap tumbukan yang terjadi antarpartikel gas dan antara partikel gas dan dinding bersifat lenting sempurna.
  5. Partikel gas terdistribusi merata di dalam ruangan.
  6. Berlaku Hukum Newton tentang gerak.


Tinjauan Impuls Tumbukan Untuk Teori Kinetik Gas

Tekanan yang timbul dalam gas berasal dari tumbukan antara molekul-molekul gas dengan dinding tempatnya. Tumbukan antarmolekul tidak berpengaruh pada momentum total karena momentumnya konstan. Tekanan dapat dihitung dengan menghitung laju perubahan momentum molekul-molekul gas atau impuls gas karena bertumbukan dengan dinding tempatnya. Saat molekul menumbuk dinding, gaya yang diberikan dinding pada molekul sehingga menimbulkan perubahan momentum adalah F⃗ =dpdtF→=dp→dt

Menurut hukum Newton yang ketiga tentang aksi reaksi gaya tersebut sama dengan gaya yang diberikan oleh gas pada dinding tempatnya. Tekanan pada dinding adalah gaya persatuan luas dinding tempat gas. Mari kita tinjau gas dalam ruangan dengan volume V. Massa tiap molekul adalah m. Jumlah gas dalam ruang adalah N. Perubahan momentum timbul saat molekul menumbuk dinding sehingga arahnya berubah atau berbalik arah. Mari kita tinjau pada arah sumbu –x. Momentum sebelum tumbukan adalah mvsetelah tumbukan molekul berbalik arah momentumnya menjadi –mvx Gambar. (8.4) Perubahan tiap molekul momentum adalah:

1

Perubahan momentum semua molekul selama Dt detik adalah 2mvx dikalikan jumlah tumbukan. Bila jarak antar dinding (Lihat gambar (8.4)) adalah L maka waktu yang diperlukan oleh sebuah molekul untuk menumbuk dinding adalah:

2
Jarak L kita kalikan dua karena partikel bergerak dari satu dinding menumbuk dinding lalu berbalik arah dan menumbuk dinding satunya. Laju perubahan momentum akibat menumbuk dinding adalah

3

4

Tekanan pada dinding adalah gaya persatuan luas dinding, yaitu:

5

Jika ada N partikel maka tekanan yang disebabkan oleh N partikel tersebut:

6
Partikel tidak bergerak dengan kelajuan yang sama, sehingga kita gunakan kecepatan rata-rata partikel. Persamaan di atas bila kita kaitkan dengan energi kinetik menjadi:

7
Tinjauan di atas hanya pada arah sumbu x. Bila kita tinjau juga pada sumbu y dan sumbu z maka kecepatan rata-rata sebuah molekul adalah:

8
Kita dapatkan persamaan yang menghubungkan antara P,V, dan energi kinetik rata-rata:

9
dengan

10

Sumber:

Palupi, Dwi Satya. 2009. Fisika : untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan. Departemen Pendidikan Nasional.