'TERMODINAMIKA" GAS IDEAL DAN TEORI KINETIK GAS

15.46 |

GAS IDEAL DAN TEORI KINETIK GAS

I. PENGERTIAN GAS IDEAL

Gas ideal adalah suatu gas yang diidekan oleh manusia, secara real gas ideal tidak ditemukan di permukaan bumi. Gas real pada tekanan di bawah kira-kira dua kali tekanan atmosfer dapat dilakukan sebagai gas ideal. Bahkan dalam hal uap jenuh pada kesetimbangan dengan uap cairnya persamaan keadaan gas ideal bisa dipakai jika tekanan uapnya rendah. Untuk memberikan gambaran tentang keadaan gas ideal para ahli memberikan diskripsi baik secara makroskopik maupun secara mikroskopik yang akan dibahas pada sub bab selanjutnya.

II. TEORI KINETIK GAS

Teori kinetik gas menjelaskan tentang sifat-sifat makroskopis gas, seperti tekanan, temperatur, volume dengan menganggap komposisi dan gerak molekul. Secara esensial, teori ini mengungkapkan bahwa tekanan bukan tolakan antara molekul diam, namun tumbukan antara molekul-molekul yang bergerak dengan kecepatan tertentu. Teori kinetik disebut juga teori kinetik molekul atau teori tumbukan.

Asumsin Dasar Teori Kinetik molekul gas adalah sebagai berikut.

a) Dalam satu satuan volume dari gas berisi jumlah molekul yang cukup banyak

Asumsi dasar ini didasari atas penemuan bilangan Avogadro yang menunjukkan jumlah molekul dalam 1 kg – mol pada tekanan 76 cmHg dan temperature 0⁰ C (keadaan normal).

1 kg – mol = 22,4 m³

1 kg – mol berisi 6,03 x 10²³

Dari ketentuan ini dapat dihitung bahwa dalam 1 m³ gas dalam kondisi normal/standar terdapat 3 x 10²⁵ molekul. Jumlah ini cukup besar.

b) Molekul terpisah pada jarak yang jauh bila dibandingkan dengan ukuran molekul itu sendiri dan dalam keadaan terus bergerak

Berdasarkan kondisi standard (tekanan 76 cmHg dan temperature 0⁰C), 1 m³ berisi 3 x 10²⁵ molekul. Tentukan berapa kali diameter molekul jarak antar molekul tersebut. Dalam kondisi standar diperkirakan diameter molekul 3 x 10^-10m.

c) Molekul tidak melakukan gaya satu sama lain kecuali pada saat bertumbukan

Asumsi ini memberi petunjuk bahwa di antara dua tumbukan molekul bergerak lurus beraturan.

d) Tumbukan antara dua molekul adalah tumbukan lenting sempurna. Dinding tempat tumbukan licin sempurna

Asumsi ini menunjukkan bahwa kecepatan searah dinding tidak berubah besarnya.

e) Pada saat tidak ada gaya dari luar kedudukan molekul dalam satu volume tersebar merata di seluruh ruangan

Pengertian ini memberi petunjuk bahwa, jika:

V = volume yang ditempati molekul

N = jumlah molekul dalam volume V

n = jumlah molekul per satuan volume

menurut asumsi dasar tersebut, maka di setiap titik dalam volume V harga n harus sama.

dN = n dV

Jika diambil volume dV yang cukup kecil maka dalam volume dV ini akan terdapat sejumlah molekul dN yang besarnya dapat dinyatakan dengan

Rumus di atas berlaku untuk dV yang masih bisa ditempati oleh sejumlah molekul yang cukup besar, sedangkan rumus di atas tidak akan berlaku jika dV kecil sekali hingga lebih kecil dari volume sebuah molekul sehingga dN dan dV adalah nol.

f) Semua arah dari kecepatan molekul memiliki kemungkinan yang sama

Asumsi ini memberi petunjuk bahwa arah kecepatan molekul pada suatu saat bisa dianggap ke arah ke mana saja.

Untuk dapat menganalisa asumsi ini pada setiap molekul dipasangkan vektor yang menyatakan arah dan besar kecepatan molekul. Semua vektor ini dipindahkan ke titik awal dan dengan pusat titik awal dibuat bola dengan jari-jari sembarangan r. Vektor-vektor kecepatan diperpanjang hingga menembus bidang kaca. Jumlah titik tembus pada bidang bola akan sama jumlahnya dengan molekul yang ada dalam bola. Karena molekul tersebar merata sesuai dengan asumsi di atas maka titik tembus harus tersebar merata pula di bidang bola. Hal ini berarti bahwa kecepatan molekul arahnya merata dalam bola, yang akan dijelakan selanjutnya pada gambar berikut:

Dari gambar dapat dilihat untuk molekul m₁ kecepatan v₁ dan titik tembus pada bidang bola setelah v₁ dipindahkan menjadi v₁’ adalah T₁. Untuk molekulnya m₂ dengan kecepatan v₂ titik tembusnya pada bidang bola adalah T₂. Jika semua molekul dalam bola adalah N molekul maka titik tembus pada dinding bola ada N buah.

Petunjuk dari asumsi harus menyatakan bahwa jumlah titik tembus per satuan luas di sekitar bidang bola harus sama di semua titik dalam bidang bola. Jumlah titik tembus per satuan luas pada bidang bola di mana dalam bola ada N molekul adalah:

(4πr² = luas bola)

Selanjutnya jika dalam bidang bola diambil luas sebesar dA maka dN yaitu jumlah titik tembus dalam dA adalah:

Tentu saja dalam hal ini luas dA cukup besar. Jangan sampai luas dA besarnya lebih kecil dari luas penampang molekul. Selanjutnya berdasarkan koordinat bola besarnya dA dapat ditentukan dengan r, φ dan θ.