Persamaan Gas Ideal

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Persamaan Gas Ideal. Apa sih itu Gas Ideal? Apa saja hukum-hukum yang ada pada Gas Ideal? Bagaimana cara menjawab soal-soal Fisika terkait Gas Ideal? Untuk mengetahuinya, yuk simak penjelasan berikut!

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal adalah gas teoretis yang digunakan untuk mempelajari perilaku gas. Gas ini merupakan penyederhanaan dari gas nyata agar memudahkan dalam menganalisis dan mempelajari perilaku gas. Oleh karena itu, gas ideal pun menjadi gas yang memiliki sifat dan interaksi yang lebih sederhana dibandingkan gas nyata. Jadi, secara sederhana gas ideal ini adalah model untuk perhitungan perilaku gas nyata.

Sifat-sifat Gas Ideal

Pada kenyataannya, gas ideal tidak ditemukan di alam. Akan tetapi, pada suhu kamar dan tekanan tertentu. gas dapat memiliki sifat yang mendekati gas ideal. Secara mikroskopis, gas ideal memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

• Molekul-molekul pada gas ideal diasumsikan tersebar secara merata dalam wadah.
• Memiliki partikel-partikel gas yang jumlah sangat banyak dan tidak ada interaksi antar partikel gas.
• Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel gas yang lain.
• Partikel gas bergerak secara acak ke semua arah.
• Ukuran partikel gas bisa diabaikan jika dibandingkan dengan ukuran ruangan.
• Tumbukan antar partikel gas dan juga tumbukan dengan wadah merupakan tumbukan lenting sempurna.
• Partikel gas tidak berkumpul pada satu titik melainkan tersebar secara merata pada ruangan.
• Hukum Newton berlaku pada gerak partikel gas dengan energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya.

Gas ideal sebenarnya tidak ada di alam. Gas ideal merupakan penyederhanaan atau idealisasi dari gas yang sebenarnya (gas nyata) dengan mengabaikan sifat-sifat tertentu yang tidak terlalu signifikan sehingga akan memudahkan dalam analisis. Namun kita dapat memanipulasi keadaan agar gas nyata memiliki sifat-sifat yang mendekati sifat-sifat gas ideal. 

Persamaan Gas Ideal

Dalam mempelajari persamaan-persamaan pada gas ideal, ilmuwan-ilmuwan menggunakan bejana silinder yang dapat mengontrol gas yang ada didalamnya sehingga volumenya dapat dibuat tetap atau berubah-ubah, suhunya dapat dibuat tetap atau berubah ubah, dan tekanannya dapat dibuat tetap atau berubah-ubah. Perhatikan gambar berikut:

Berikut rumus hukum gas ideal yang dinamai berdasarkan nama penemunya:

1. Hukum Boyle

Boyle melakukan eksperimen dengan memasukan sejumlah gas dalam sebuah piston dan menjaga pada suhu konstan. Gas tersebut kemudian ditekan agar nilai P semakin besar. Hasilnya setiap kenaikan nilai P akan menyebabkan nilai V turun. Dengan demikian ditemukan hubungan seperti berikut:

pada n dan T konstan

dimana:

P : Tekanan (N/m² atau Pascal)

V : Volume (m²)

Jika Suhu gas dalam bejana tertutup dibuat tetap, maka Tekanan gas akan berbanding terbalik dengan Volumenya.

Hukum Boyle

2. Hukum Charles

Charles melakukan percobaan sejumlah gas pada kondisi tekanan konstan. Hasil yang didapatkan bahwa setiap kenaikan suhu akan menghasilkan peningkatan volume dari gas, namun tidak berlaku sebaliknya. Kesimpulan dari Charles ditunjukkan :

pada n dan P konstan

dimana:

V : Volume (m³)

T : Suhu (K)

Jika Tekanan gas dalam bejana tertutup dibuat tetap, maka Volume gas sebanding dengan Suhu mutlaknya.

Hukum Charles

3. Hukum Gay-Lussac

Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa pada saat volume gas konstan, maka tekanan gas akan berbanding lurus dengan suhu mutlaknya, atau secara matematis, hal tersebut dapat dituliskan seperti berikut:

pada n dan V konstan

Jika Volume gas dalam bejana tertutup dibuat tetap, maka Tekanan gas sebanding dengan Suhu mutlaknya.

Hukum Gay-Lussac

4. Persamaan Boyle-Gay Lussac

Persamaan-persamaan diatas dapat digabung sehingga mengahasilkan persamaan baru seperti berikut:

Persamaan Umum Gas Ideal

Apabila suhu mutlak T tetap, maka dihasilkan PV=tetap, jika P tetap, maka dihasilkan V/T = tetap. Namun, jika massa atau mol gas diubah (dinaikkan 2 kali lipat), tekanan dan suhu dibuat tetap, maka ternyata dihasilkan Volume V naik (dua kali lipat) juga. Oleh karena itu kita dapat menulis bilangan tetap diruas kanan pada persamaan Boyle-Gay Lussac dengan nR, sehingga persaman tersebut dapat ditulis seperti berikut dan dikenal sebagai Persamaan Umum Gas Ideal:

nilai n dapat diganti dengan n=N/N_A, sehingga:

karena nilai R/N_A = k, maka persamaanya menjadi:

k : tetapan Boltzaman = R/N_A = 1,38 x 10^-23 J/K

Keadaan Standar Gas

Pada pengukuran besaran-besaran yang terkait variabel-variabel (P, V, T) gas ternyata tidaklah benar-benar konstan. Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa sifat gas ideal hanya berlaku pada kondisi tertentu. Supaya terbentuk presepsi yang sama tentu saja dibutuhkan kesepakatan keadaan standar yang menggambarkan kondisi gas. Keadaan standar tersebut sebagai sebagai STP yakni Standard Temperature and Pressure.

Standar ini ditentukan berdasaarkan dua kondisi yakni pada saat Suhu 0^oC (273.15 K) dan tekanan 1 bar atau setara dengan 10⁵ Pa. Sedangkan standar selanjutnya yang bisa digunakan untuk menghitung volume dari 1 mol gas dalam keadaan ideal adalah seperti persamaan berikut :

Hasil perhitungan menunjukkan volume ideal 1 mol gas ideal setara dengan 22.71 L pada STP dan 22,41 L pada suhu 0^oC dan 1 atm.

Contoh Soal

Suatu gas ideal sebanyak 6 liter memiliki tekanan 3 atmosfer dan suhu 27 ^oC. Tentukan tekanan gas tersebut jika suhunya dinaikkan menjadi 77 ^oC. dan volumenya 3 liter!

Rumus:

Demikianlah pembahasan kita terkait Perpindahan Kalor. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Untuk memahami fisika lebih dalam, yuk baca berbagai materi fisika SMA pada halaman website ini dengan mengklik: Materi Fisika SMA.