Konsep Kalor dan Gas Ideal

 Nama: Abdul Qadir Zuhdi

Nim:230102019

Prodi: Teknik Mesin Reg B

Konsep Kalor dan Gas Ideal

Pengertian Kalor

Dalam kehidupan sehari-hari Grameds pasti sudah tidak asing dengan energi panas atau energi kalor, seperti memasak atau memanaskan sesuatu. Nah saat itulah terjadi perubahan suhu benda dimana kalor telah bekerja. Perpindahan kalor antara benda satu ke benda lainnya dapat berupa hantara (konduksi), penyinaran (radiasi), dan aliran (konveksi).  

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang bisa berpindah dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah jika keduanya dipertemukan atau bersentuhan. Dua benda yang memiliki suhu yang berbeda ketika dipertemukan maka akan muncul kalor yang mengalir atau berpindah. Misalnya saat Grameds mencampurkan air dingin dengan air panas, kemudian akan menghasilkan air hangat. 

Perlu Grameds ketahui bahwa suhu dan kalor itu berbeda. Suhu adalah suatu nialai yang dapat terukur dengan termometr, sedangkan kalor adalah energi yang mengalir pada suhu benda tersebut ke benda lainnya. Menurut SI atau MKS, satuan kalor adalah joule (J) sedangkan menurut CGS satuan kalor adalah erg dan untuk beberapa jenis makanan menggunakan satuan kalori. Dapat dihitung bahwa satu kalori adalah jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air hangat sampai naik menjadi 1 derajat celcius (◦C). Jadi dapat dikatakan satu kalori = 4,184 J atau biasa dibulatkan menjadi 4,2 J. 

Pengertian kalor juga dapat disebut sebagai energy panas yang dimiliki oleh suatu zat tertentu yang untuk mendeteksinya perlu menggunakan alat pengukur suhu benda tersebut. Grameds bisa perhatikan pada air panas yang dibiarkan diudara terbuka maka lama-kelamaan akan mendingin karena ada kalor yang dilepaskan dari zat air ke udara. Hal yang mampu mempengaruhi kenaikan dan penurunan suhu pada benda adalah jumlah kalor, massa benda dan jenis benda itu sendiri. 

Kalor secara alami akan berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah, sehingga bersifat cenderung menyamakan suhu kedua benda jika saling bertemu atau bersentuhan.  Jika suhu suatu benda itu tinggi maka kalor yang dikandungnya pun sangat besar. Sebaliknya, jika suhu suatu benda rendah maka kalornya pun sedikit. Jadi, dapat disimpulkan bahwa besar kecilnya kalor yang ada pada benda atau zat menyesuaikan dengan 3 faktor, yakni massa zat, jenis zat (kalor jenis), dan perubahan suhu. 

Kalor kemudian bisa menaikan atau menurunkan suhu, jadi semakin besar kenaikan suhu, kalor yang diterima pun semakin banyak. Sebaliknya, kenaikan suhu yang kecil akan membuat kalor yang diterima juga sedikit. Itu artinya, hubungan kalor (Q) akan berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T), jika massa (m) dan kalor jenis zat ( c) suatu benda itu tetap.  

Rumus Kalor

Berdasarkan pengertian kalor di atas, berikut ini rangkuman rumus-rumus yang berkaitan dengan materi kalor dalam pelajaran Fisika:

1. Rumus Perpindahan Kalor

Q = m.c.ΔT

Keterangan:

Q = banyaknya kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu zat benda tertentu (J)

m  = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)

c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)

ΔT = perubahan suhu (⁰C)

2. Rumus Kalor Jenis

c = Q / m.ΔT

Keterangan:

c = kalor jenis zat (J/kg⁰C)

Q = banyaknya kalor yang dilepas atau diterima oleh suatu benda (Joule)

m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)

ΔT = perubahan suhu (⁰C)

3. Rumus Kapasitas Kalor

C = Q / ΔT

Keterangan:

C = kapasitas kalor (J/K)

Q = banyaknya kalor (J)

ΔT = perubahan suhu (K)

4. Rumus Menentukan Kapasitas Kalor Itu Sendiri

C = m.c

Keterangan:

C = kapasitas kalor (J/K)

M = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)

c = kalor jenis zat (J/kg.K)

5. Rumus Kalor Lebur dan Uap

Kalor lebur
Q = m x L

Kalor uap
Q = m x U

ketentuan:

L = Kalor lebur zat (Joule/kilogram)

U = Kalor uap zat (Joule/kilogram)

Pengertian gas ideal

Gas ideal adalah kumpulan dari partikel pada sebuah zat yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikel tersebut. Partikel dalam gas yang selalu bergerak secara acak ke segala arah bisa bertumbukan satu sama lain, tetapi pada gas ideal, tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna atau tumbukan yang tidak membuat partikel kehilangan energi.

Sebenarnya, dalam kehidupan sehari-hari kita, tidak ada yang namanya gas ideal. Gas-gas di kehidupan nyata berada pada tekanan rendah dan suhunya tidak mendekati dengan titik cair gas. Namun, karena gas yang berada di tekanan rendah dan suhunya tidak dekat dengan titik cair gas mendekati dengan karakter gas ideal, maka gas tersebut diasumsikan sebagai gas ideal di kehidupan nyata.

Ciri-ciri gas ideal

Ciri-ciri gas ideal sangat unik dibandingkan dengan gas lainnya, yaitu:

  • Gas ideal terdiri dari molekul dengan jumlah yang sangat banyak dengan jarak antar molekulnya jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran molekul. Hal ini membuat gaya tarik molekul menjadi sangat kecil sehingga diabaikan.
  • Molekul gas bergerak acak dengan kecepatan tetap dan memenuhi hukum gerak Newton.
  • Molekul gas ideal mengalami tumbukan lenting sempurna satu sama lain atau dengan dinding wadah. Dinding wadah gas ideal sifatnya kaku sempurna dan tidak akan bergerak.
  • Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya.

Jenis-jenis gas ideal

Seperti yang disebutkan sebelumnya, gas ideal sebenarnya tidak ada. Namun, beberapa gas yang berada di temperatur tinggi dan tekanan rendah memiliki perilaku seperti gas ideal, yaitu melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi kinetik partikel. Sementara itu, ukuran molekulnya jauh lebih kecil dibandingkan dengan ruangan kosong antara molekul.

Dari penjelasan tersebut, ada beberapa jenis gas di dunia yang masih bisa disebut dengan gas ideal, seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, dan karbon dioksida.

Sifat gas ideal

Untuk membedakan gas ideal dengan gas lainnya, maka kamu perlu memahami sifat dari gas ideal dan selanjutnya untuk gas dengan sifat tersebut akan disebut sebagai gas ideal. Berikut ini adalah sifat-sifat gas ideal:

  1. Volume molekulnya diabaikan terhadap volume ruang yang ditempati.
  2. Gaya tarik antar molekul sangat kecil sehingga bisa diabaikan.
  3. Tumbukan antar molekul atau partikel serta tumbuhan partikel atau molekul terhadap dinding sifatnya elastis, artinya tidak akan mengalami perubahan energi, bisa disebut dengan terjadi lenting sempurna.
  4. Tekanan disebabkan karena tumbukan pada dinding tabung, sementara besar kecilnya tekanan pada gas karena jumlah tumbukan per satuan luas per detik.

Syarat gas ideal

Sebuah gas dikatakan ideal apabila memenuhi syarat-syarat di bawah ini:

  1. Suatu gas yang terdiri dari molekul yang identik sehingga antar molekulnya tak bisa dibedakan.
  2. Molekul dalam gas bergerak secara acak ke segala arah.
  3. Molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.
  4. Jarak antar molekul lebih besar dibandingkan ukuran molekulnya.
  5. Tidak ada gaya interaksi antarmolekul, kecuali tumbukan antar molekul atau dengan dinding.
  6. Semua tumbuhan dari molekul dengan molekul atau molekul dengan dinding adalah lenting sempurna.
  7. Tumbukan molekul tersebut terjadi pada waktu yang sangat singkat.
  8. Hukum Newton tentang gerak berlaku pada gas ideal.

Hukum gas ideal

Persamaan gas ideal didasarkan pada Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Sehingga, kamu wajib memahami ketiga hukum pada gas tersebut yang akan dijelaskan di bawah ini:

Hukum Boyle

Hukum Boyle berbunyi bahwa untuk jumlah tetap gas ideal pada suhu sama, tekanan (P) dan volume (V) merupakan proporsional terbalik, yang satu ganda yang satunya setengah.

PV = Konstan atau P1 V1 = P2 V2

Dimana,

  • P = tekanan gas pada suhu tetap (Pa)
  • V = volume gas pada suhu tetap (m3)
  • P1 = tekanan gas pada keadaan I (Pa)
  • P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)
  • V1 = volume gas pada keadaan I (m3)
  • V2 = volume gas pada keadaan II (m3)

Hukum Charles

Hukum Charles menyatakan apabila gas dalam sebuah ruang tertutup dengan tekanan yang dijaga konstan, membuat volume pada gas dalam jumlah tertentu akan berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya.

Dari pernyataan Hukum Charles tersebut, berikut ini persamaannya:

V/T = Konstan atau V1/T1 = V2/T2

Dimana,

  • V = volume gas pada tekanan tetap (m3)
  • T = suhu gas pada tekanan tetap (K)
  • V1 = volume gas pada keadaan I (m3)
  • V2 = volume gas pada keadaan II (m3)
  • T1 = suhu gas pada keadaan I (K)
  • T2 = suhu gas pada keadaan II (K)

Hukum Gay Lussac

Hukum Gay Lussac menyebutkan bahwa tekanan dari massa gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas, saat volume dipertahankan dalam keadaan konstan.

P/T = konstan atau P1/T1 = P2/T2

  • P = tekanan gas pada volume tetap (Pa)
  • T = suhu gas pada volume tetap (K)
  • P1 = tekanan gas pada keadaan I (Pa)
  • P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)
  • T1 = suhu gas pada keadaan I (K)
  • T2 = suhu gas pada keadaan II (K)

Rumus gas ideal

Persamaan gas ideal adalah persamaan yang menjelaskan terkait hubungan antara tekanan dan volume pada gas dengan temperatur dan jumlah mol gas. Rumus gas ideal ini didasari dari ketiga hukum yang sudah dibahas di atas. Berikut ini persamaan umum gas ideal

PV = nRT

PV = (m/M)RT

PM = RT

PV = (N/NA) RT

PV = NkT

Dimana,

  • P = tekanan (Pa)
  • V = volume (m3)
  • n = jumlah mol (mol)
  • T = suhu gas (K)
  • R = tetapan umum gas (8,314 J/mol K)
  • m = massa gas (kg)
  • M = massa relatif gas (kg/mol)
  • ρ = massa jenis (kg/m3)
  • N = jumlah partikel
  • NA = bilangan Avogadro (6,02 x 1026 partikel/kmol)
  • k = tetapan Boltzman (1,38 x 10-23 J/K)

Perbedaan gas ideal dengan gas sejati

Berikut ini adalah perbedaan gas ideal dan gas sejati atau nyata:

  • Gas ideal tidak memiliki gaya antarmolekul dan molekul gasnya dianggap partikel titik. Sementara gas nyata memiliki ukuran dan volume yang kemudian memiliki gaya antarmolekul.
  • Sebenarnya, gas ideal tidak ada di kehidupan nyata. Namun, gas nyata bisa.
  • Gas di kehidupan nyata yang mendekati dengan gas ideal berada di tekanan rendah dan suhu tinggi. Sementara, gas nyata berada di tekanan tinggi dan suhu rendah,
  • Gas ideal bisa menggunakan persamaan PV = nRT = nKT. Gas nyata tidak bisa dan persamaannya lebih rumit.
  • contoh soal:

  • Nilai Cp lebih besar dari Cv karena ….

    a. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan akan digunakan untuk ekspansi volume sistem juga

    b. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan tidak akan digunakan untuk ekspansi volume

    c. Kalor yang diberikan pada kondisi volume konstan akan menghasilkan nilai W (usaha)

    d. Kalor yang diberikan pada kondisi volume konstan akan meningkatkan nilai energi dalam dan usaha (W)

    e. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan tidak menghasilkan perubahan temperatur

    Nilai kapasitansi kalor Cp selalu lebih besar dari Cv karena kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan (Cp) selain digunakan untuk meningkatkan energi dalam juga digunakan untuk melakukan ekspansi volume (ada usaha dari sistem). Jadi, jawabannya adalah a.

  • referensi dari zenius.com

Komentar

Posting Komentar