< PreviousBab 7 Fluida1733.Sebuah pompa hidrolik dengan perbandingan diameter pengisap 1 : 20.Apabila pada pengisap besar digunakan untuk mengangkat beban 16.000 N,maka besar gaya minimal yang dikerjakan pada pengisap kecil adalah … .a.20 Nb.40 Nc.50 Nd.80 Ne.800 N4.Sebuah balok kayu yang volumenya 10-4 m3 muncul 0,6 bagian ketikadimasukkan ke dalam air yang mempunyai massa jenis 103 kg/m3. Jikag = 10 m/s2, besar gaya ke atas yang dialami benda adalah … .a.4 u 10-2 Nb.4 u 10-1 Nc.1 u 105 Nd.4 u 105 Ne.5 u 105 N5.Seekor nyamuk dapat hinggap di atas permukaan air karena … .a.berat nyamuk lebih kecil daripada gaya Archimedesb.massa jenis nyamuk sama dengan massa jenis airc.massa jenis nyamuk lebih kecil daripada massa jenis aird.adanya adhesi dan kohesie.adanya tegangan permukaan6.Bila kita berdiri dekat rel dan kebetulan lewat serangkaian kereta api cepat,maka kita … .a.merasa ditarik menuju relb.merasa didorong menjauhi relc.kadang-kadang merasa ditarikd.ditarik atau didorong bergantung pada kecepatan kereta apie.tidak merasa apa-apa7.Air mengalir pada suatu pipa yang diameternya berbeda dengan perbandingan1 : 2. Jika kecepatan air yang mengalir pada bagian pipa yang besar 40 m/s,maka besarnya kecepatan air pada bagian pipa yang kecil sebesar … .a.20 m/sb.40 m/sc.80 m/sd.120 m/se.160 m/s174Fisika XI untuk SMA/MA8.Gambar berikut menunjukkan reservoir penuh air yang dinding bagianbawahnya bocor, hingga air memancar sampai di tanah. Jika g = 10 m/s2,jarak pancar maksimum diukur dari P adalah … .a.5 mb.10 mc.15 md.20 me.25 m9.Sebuah pipa silindris memiliki dua macam penampang pipa diletakkanhorizontal dan mengalir dari penampang besar dengan tekanan 1,4 u 105 Nm2dan kelajuan 1 m/s. Jika diameter penampang besar 12 cm, maka diameterpenampang kecil agar tekanannya sama dengan 1 u 105 N/m2 adalah … .a.1 cmb.2 cmc.4 cmd.6 cme.9 cm10.Air mengalir dalam venturimeter seperti tampak pada gambar. Jika luaspenampang A1 dan A2 masing-masing 5 cm2 dan 3 cm2, maka kecepatan air(v1) yang masuk venturimeter adalah … .a.3 m/sb.4 m/sc.5 m/sd.9 m/se.25 m/s1,25 m5 mP80 cmA1 v1A2 v2Bab 7 Fluida175B.Jawablah dengan singkat dan benar!1.Sebuah balok kayu yang tingginya 20 cm dan massa jenis 0,8 u 103 kg/m3mengapung pada air yang massa jenisnya 1.000 kg/m3. Berapakah tinggi balokyang muncul di permukaan cairan?2.Sebuah benda massa 1 kg, massa jenisnya 4.000 kg/m3 digantungkan padaneraca pegas, kemudian dimasukkan ke dalam minyak yang massa jenisnya800 kg/m3. Jika diketahui g = 10 m/s2, berapa skala yang ditunjukkan olehneraca pegas?3.Sebuah pipa besar mempunyai luas penampang 6 cm2 ujungnya mempunyaikran dengan luas penampang 2 cm2. Jika kecepatan air pipa besar 0,2 m/s,tentukan volume air yang keluar dari kran selama 10 menit!4.Jelaskan terjadinya tegangan permukaan berdasarkan gaya tarik-menarikantarpartikel sejenis!5.Pipa venturi dialiri air dengan debit 2 liter/s. Luas penampang A1 = 25 cm2,dan A2 = 5 cm2. Jika massa jenis air 1 g/cm3, massa jenis air raksa 13,6 g/cm3,dan percepatan gravitasi = 10 m/s2, maka hitunglah:a.kecepatan aliran air pada penampang 1 dan 2,b.beda tekanan di titik 1 dan 2, danc.selisih permukaan air raksa pada manometer!176Fisika XI untuk SMA/MABab 8 Teori Kinetik GasHukum BoyleTekananVolumeSuhu mutlakTeori kinetik gasHukum GayLussacHukum CharlesDerajat kebebasanEnergi dalamTeori ekipartisi energiEnergi kinetikPETPETPETPETPETA KA KA KA KA KONSEPONSEPONSEPONSEPONSEPBab 8 Teori Kinetik Gas177Pernahkah kalian melihat balon udara? Atau perhatikan gambar di atas.Bagaimana balon udara dapat melayang-layang di udara? Balon udaradiisi gas helium yang memiliki sifat-sifat tertentu sehingga balon bisamelayang. Gas helium termasuk gas monoatomik atau gas mulia yang beratomtunggal. Berikut ini akan kalian pelajari teori kinetik gas khususnya gasmonoatomik.8TEORI KINETIK GASBalon udara diisi gas heliumsehingga dapat melayang.Sumber: Forum, 11 Agustus 1997178Fisika XI untuk SMA/MAGambar 8.1 Bohlam listrik diisidengan gas argon.gas ideal,gas monoatomik,Hukum Boyle, Hukum Gay Lussac,Hukum Charles,suhu mutlak, tekanan,volumeSumber: Ensiklopedi Sains danKehidupan, CV Tarity Samudra Berlian,2003Joseph Gay Lussac adalahahli kimia dari Prancis. Iamengemukakan sifat-sifatgas, perbandingansederhana dari volume gasyang bereaksi, logam alkali,gas halogen, Hukumperbandingan volume gas/Hukum Gay Lussac.Sebagaimana telah diketahui bahwa gas terdiri daripartikel-partikel yang tersusun tidak teratur. Jarakantarpartikel relatif jauh sehingga gaya tarik antarpartikelsangat lemah. Partikel-partikel selalu bergerak dengan lajutinggi memenuhi tempatnya, sehingga pada saat terjaditumbukan antarpartikel, gaya tarik tidak cukup kuat untukmenjaga partikel-partikelnya tetap dalam satu kesatuan.Teori kinetik muncul dengan anggapan bahwa partikel-partikel gas selalu bergerak terus-menerus.Gas yang tersusun atas satu unsur atom disebut gasmonoatomik. 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, balonudara, dan penyelam. Neon dengan Ar = 20, digunakanuntuk papan reklame neon dan cahaya fluoresen. Radondengan Ar = 222, terbentuk dari hasil peluruhanradioaktif radium. Argon dengan Ar = 40, digunakan padabohlam listrik dan tabung fluoresen. Kripton denganAr = 84, digunakan pada beberapa tabung laser, fluoresen,dan di dalam cahaya stroboskopik bandara. Xenon denganAr = 131, digunakan untuk mengisi tabung fluoresen danbohlam.Pada bab ini, pembahasan dibatasi pada gas ideal,yaitu gas yang mempunyai sifat-sifat yang sama padakondisi yang sama. Dalam kondisi riil, gas yang beradapada tekanan rendah dan jauh dari titik cair, dianggapmempunyai sifat-sifat seperti gas ideal. Persamaan-persamaan tentang gas ideal adalah Hukum Boyle,Hukum Gay Lussac, Hukum Boyle-Gay Lussac, danpersamaan gas ideal. Kita juga akan membahas mengenaitekanan, suhu, dan energi kinetik yang dikaitkan dengantingkah laku partikel gas. Dalam pembahasannya, tidakmungkin melakukan perhitungan untuk setiap partikel,melainkan sifat gas secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata dari partikel-partikel penyusun gas.Gas ideal adalah gas yang memenuhi anggapan-anggapan berikut ini.1.Gas terdiri atas partikel-partikel yang jumlahnya sangatbanyak.2.Partikel-partikel gas bergerak dengan laju dan arahyang beraneka ragam, serta memenuhi HukumGerak Newton.Bab 8 Teori Kinetik Gas179Bintang BuatanArgon dan neon dapat mengeluarkan sinarberwarna terang jika arus listrik dilewatkan melaluitabung yang mengadung gas-gas tersebut dalamtekanan rendah. Helium, neon, dan argon dipakaidalam laser yang menghasilkan sinar denganpanjang gelombang tunggal secara kontinu. Lasergas mulia starfire menciptakan suatu gambar bintangbuatan di atmosfer atas. Sebuah teleskop bintangkemudian mendeteksi perubahan gambar ini yangdiakibatkan oleh kondisi atmosfer. Data ini dipakaikomputer untuk menyesuaikan gambar dari bintangsesungguhnya untuk menghilangkan distorsi yangdiakibatkan oleh kondisi atmosfer.Percikan FisikaA.Hukum-Hukum tentang Gas1.Hukum BoyleVolume gas dalam suatu ruang tertutup sangatbergantung pada tekanan dan suhunya. Apabila suhu dijagakonstan, maka tekanan yang diberikan akan memperkecilvolumenya. Hubungan, tersebut dikenal dengan HukumBoyle yang dapat dinyatakan berikut ini.“Apabila suhu gas yang berada dalam ruang tertutup dijagakonstan, maka tekanan gas berbanding terbalik denganvolumenya”.Secara sistematis, pernyataan tersebut dapat dituliskan:P vV1, untuk P.V = konstan atau3.Partikel gas tersebar merata pada seluruh bagianruangan yang ditempati.4.Tidak ada gaya interaksi antarpartikel, kecuali ketikapartikel bertumbukan.5.Tumbukan yang terjadi antarpartikel atau antara partikeldengan dinding wadah adalah lenting sempurna.6.Ukuran partikel sangat kecil dibandingkan jarak antarapartikel, sehingga bersama-sama volumenya dapatdiabaikan terhadap volume ruang yang ditempati.Robert Boyle (1627 - 1691)seorang ahli filsafatberkebangsaan Irlandia. Ialahir di Puri Lismore, Cork,Irlandia pada tanggal 25Januari 1627 dan meninggaldi London pada tanggal 30Desember 1691.180Fisika XI untuk SMA/MAJacques Charles (1746 -1823) menemukan sebuahhukum penting tentangpemuaian gas jikadipanaskan. Pada tahun1783 dia mengambil bagiandalam penerbangan perdanabalon hidrogen.PV2.Hukum CharlesTelah diketahui bahwa selain ditentukan oleh tekanan,volume gas dalam ruang tertutup juga dipengaruhi olehsuhu. Jika suhu gas dinaikkan, maka gerak partikel-partikelgas akan semakin cepat sehingga volumenya bertambah.Apabila tekanan tidak terlalu tinggi dan dijaga konstan,volume gas akan bertambah terhadap kenaikan suhu.Hubungan tersebut dikenal dengan Hukum Charles yangdapat dinyatakan berikut ini.“Apabila tekanan gas yang berada dalam ruang tertutupdijaga konstan, maka volume gas berbanding lurus dengansuhu mutlaknya.”Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dituliskan:V vTTV= konstan atau 2211TVTV .................................. (8.2)dengan:V1=volume gas pada keadaan 1 (m3)T1=suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)V2=volume gas pada keadaan 2 (m3)T2=suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)Hubungan antara volume gas dan suhu pada tekanankonstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yangtampak pada Gambar 8.3. Proses yang terjadi pada tekanantetap disebut proses isobaris.Gambar 8.2 Grafik hubunganP -V pada suhu konstan.Gambar 8.3 Grafik hubunganV -T pada tekanan konstan.VTP1.V1=P2.V2..................................................... (8.1)dengan:P1=tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)V1=volume gas pada keadaan 1 (m3)P2=tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)V2=volume gas pada keadaan 2 (m3)Persamaan (8.1) menyatakan bahwa pada suhu konstan,jika tekanan atau volume gas berubah, maka variabel yanglain juga berubah sehingga hasil kali P.V selalu tetap.Hubungan antara tekanan dan volume gas pada suhukonstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yang tampakpada Gambar 8.2. Grafik tersebut menunjukkan bahwapada saat volumenya bertambah, tekanan gas akanberkurang. Proses pada suhu konstan disebut prosesisotermis.Bab 8 Teori Kinetik Gas1813.Hukum Gay LussacApabila botol dalam keadaan tertutup kita masukkanke api, maka botol tersebut akan meledak. Hal ini terjadikarena naiknya tekanan gas di dalamnya akibat kenaikansuhu. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa:“Apabila volume gas yang berada pada ruang tertutup dijagakonstan, maka tekanan gas berbanding lurus dengan suhumutlaknya”.Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum GayLussac. Secara matematis dapat dituliskan:P v TTP = konstan atau 2211TPTP .................................... (8.3)dengan:P1=tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)T1=suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)P2=tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)T2=suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)Hubungan antara tekanan dan suhu gas pada volumekonstan dapat dilukiskan dengan grafik seperti yangtampak pada Gambar 8.4. Proses yang terjadi padavolume konstan disebut proses isokhoris.Gambar 8.4 Grafik hubunganP -T pada volume konstan.PT4.Hukum Boyle-Gay LussacHukum Boyle-Gay Lussac merupakan gabungan daripersamaan (8.1), (8.2), dan (8.3), sehingga dapat dituliskan:TPV=konstan111TVP=222TVP......................................................... (8.4)Joseph Louis Gay Lussac(1778 - 1850), ia seorang ahlifisika dan kimia dari Prancis,lahir di St Leonard le Nobalt,Haute Vienne pada tanggal 6Desember 1778. Ia adalahguru besar di EcolePolytechnique, Sorbonne,dan Jardin des Plantes.5.Persamaan Umum Gas IdealSebelum membahas lebih lanjut mengenai persamaanumum gas ideal, kita akan mendefinisikan dahulubeberapa istilah kimia yang berkaitan dengan gas ideal.a.Massa atom relatif (Ar), adalah perbandingan massarata-rata sebuah atom suatu unsur terhadap 121 kalimassa sebuah atom C126. Harga massa atom relatifbukanlah massa yang sebenarnya dari suatu atom,tetapi hanya merupakan harga perbandingan.Contoh:Ar H=1Ar Ne=20Ar Ar=4182Fisika XI untuk SMA/MATemperatur pada gas idealadalah T = 273,16 KtrPP,dengan Ptr adalah tekanangas pada titik tripel. Adapuntemperatur pada gas riiladalah:T = 273,16 Ktr0trlimPPPob.Massa molekul relatif (Mr), adalah jumlah keseluruhanmassa atom relatif (Ar) unsur-unsur penyusun senyawa.c.Mol (n), adalah satuan banyaknya partikel yangbesarnya merupakan hasil bagi massa suatu unsur(senyawa) dengan massa relatifnya (Ar atau Mr).n(mol) = )( (gram)senyawa atau unsur massa MrArd.Bilangan Avogadro, adalah bilangan yang menyatakanjumlah partikel dalam satu mol.NA= 6,023 u 1023 partikel/molN= n NAN adalah jumlah total partikel.Hukum-hukum tentang gas dari Boyle, Charles, GayLussac, dan Boyle-Gay Lussac diperoleh dengan menjagasatu atau lebih variabel dalam keadaan konstan untukmengetahui akibat dari perubahan satu variabel.Berdasarkan Hukum Boyle–Gay Lussac diperoleh:TPV = konstan atau T PV = k.Apabila jumlah partikel berubah, maka volume gasjuga akan berubah. Hal ini berarti bahwa harga TPVadalahtetap, bergantung pada banyaknya partikel (N ) yangterkandung dalam gas. Persamaan di atas dapat dituliskan:T PV=N.kP.V=N.k.T................................................................ (i)k=konstanta Boltzmann, (k = 1,38 u 10-23 J/K)Karena N = n.NA, maka:P.V=n.NA.k.T........................................................... (ii)NA.k = R, yang merupakan konstanta gas umum yangbesarnya sama untuk semua gas, maka persamaan (ii)menjadi:P.V=n.R.T............................................................. (8.5)dengan:P=tekanan gas (N/m2)V=volume gas (m3)n=jumlah molT=suhu mutlak (K)R=konstanta gas umum (J/mol.K)R=NA.kR=(6,023u1023) (1,38u10-23)R=8,31 J/mol.K = 0,082 L.atm/mol.KPersamaan (8.5) disebut persamaan umum gas ideal.Hukum Avogadromenyatakan untuk seluruhgas jika mempunyai volume,temperatur, dan tekananyang sama, akan mempunyaijumlah molekul yang sama.Hukum ini hanya berlaku bagigas ideal.Next >