Dasar Fisika Termal dan Gas Ideal

Nov 19, 2024

Fisika Dasar 1: Fisika Termal

Teori Kinetik Gas

Pengantar

  • Temperatur:
    • Satuan internasional: Kelvin
    • Satuan umum: Celsius dan Fahrenheit
    • Skala Celsius lebih mudah karena berkaitan dengan fenomena sehari-hari (0°C = membeku, 100°C = mendidih).
  • Konversi Suhu:
    • Dari Celsius ke Kelvin: Tambah 273
    • Temperatur dalam teori kinetik gas harus dalam Kelvin

Gas Ideal

  • Definisi: Penyederhanaan dari gas nyata dengan mengabaikan sifat yang tidak signifikan.
  • Sifat-sifat:
    • Tidak ada interaksi antar molekul gas.
    • Molekul gas dianggap partikel dengan ukuran dapat diabaikan.
    • Partikel bergerak acak, tumbukan elastik sempurna.
  • Ilmuwan Terkait: Robert Boyle, Jacques Charles, Joseph Gay-Lussac

Kajian Gas

  • Hukum Boyle: Tekanan gas berbanding terbalik dengan volume pada suhu tetap (P × V = konstan).
  • Hukum Gay-Lussac: Tekanan gas berbanding lurus dengan suhu pada volume tetap (P/T = konstan).
  • Hukum Charles: Volume gas berbanding lurus dengan suhu pada tekanan tetap (V/T = konstan).

Persamaan Keadaan Gas Ideal

  • Persamaan: PV = nRT (P = tekanan, V = volume, n = mol, R = konstanta gas ideal, T = temperatur dalam Kelvin)
    • Atau bisa juga PV = NkT (N = jumlah partikel, k = konstanta Boltzmann).

Prinsip Ekipartisi Energi

  • Gerak Molekul Gas: Acak dalam ruang tiga dimensi.
  • Energi Kinetik: Ekipartisi energi menyatakan energi kinetik rata-rata setiap derajat kebebasan adalah 1/2kT.
    • Untuk gas monoatomik, energi kinetik rata-rata per mol adalah 3/2kT.

Contoh Soal

Konversi dan Perhitungan

  • Diketahui: 1 mol gas neon, volume awal 4 liter, suhu 27°C.
  • Dikonversi ke SI:
    • V1 = 4 × 10⁻³ m³
    • T1 = 300K
  • Cari:
    • Tekanan awal dan akhir (P1, P2)
    • Energi kinetik rata-rata per mol
    • Energi dalam gas
    • Kelajuan RMS gas

Penyelesaian

  1. Tekanan Awal (P1): Menggunakan PV = nRT, P1 dapat dihitung.
  2. Tekanan Akhir (P2): Menggunakan hukum Charles atau persamaan gas ideal.
  3. Energi Kinetik Per Mol: 3/2 kT
  4. Energi Dalam Gas: 3/2 nRT
  5. Kelajuan RMS: √(3kT/M)

Catatan Penting

  • Gunakan satuan SI dalam perhitungan.
  • Perhitungan berdasarkan persamaan keadaan gas ideal dan prinsip-prinsip termal.
  • Praktikkan perhitungan ini untuk pemahaman lebih baik.