Rabu, 25 Maret 2015

Apa itu gas ideal ??

Gas Ideal
Definisi mikroskopik  gas ideal :
a.         Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.
b.        Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newton.
c.         Jumlah seluruh molekul adalah besar
d.        Volume molekuladalah pecahan kecil yang dapat diabaikan dari volume yang ditempati oleh gas tersebut.
e.         Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali selama tumbukan.
f.         Tumbukannya eleastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.
Jumlah gas di dalam suatu volume tertentu biasanya dinyatakan dalam mol. Misalkan suatu gas ideal ditempatkan dalam suatu wadah (container) yang berbentuk silinder




Ø Hukum Boyle : Bila gas dijaga dalam temperatur konstan, tekanannya ber-banding terbalik dengan volume.

Ø Hukum Charles & Gay-Lussac : Jika tekanan gas dijaga konstan, volume berbanding lurus dengan temperatur.

Kesimpulan tersebut dapat dirangkaum sebagai persamaan keadaan gas ideal :
PV = nRT                               (2.1)
R : konstanta gas universal
   = 8,31 J/mol .K
   = 0,0821 Lt . atm/mol.K

2. Kalor Jenis Gas Ideal
            Secara mikroskopis, temperatur dari gas dapat diukur dari tenaga kinetik translasi rata-rata dari molekul gas tersebut, Untuk molekul yang terdiri satu atom, momoatomik, seperti He, Ne, gas mulia yang lain, tenaga yang diterimanya seluruhnya digunakan untuk menaikkan tenaga kinetik translasinya,oleh karena itu total tenaga internalnya :
                                                U = 3/2 NkT = 3/2 nRT                 

Tampak bahwa U hanya merupakan fungsi T saja.


Untuk suatu proses volume konstan (i -> f ), usaha yang diakukan gas :

 W = P  dV = 0, maka menurut hukum pertama termodinamika,
                                                Q = DU = 3/2 n R DT                                              (2.3)
                                                n cv DT = 3/2 n R DT
                                                 cv = 3/2 R
Seluruh kalor yang diterimanya, digunakan untuk menaikkan tenaga internal sistem. Cv adalah kalor jenis molar gas untuk volume konstan.
Untuk suatu proses volume konstan (i -> f’ ), usaha yang dilakukan gas W = P dV = P DV, maka menurut hukum pertama termodinamika
                                                     DU = Q – W                                                        
                                                      = n cp DT - P DV
Karena kedua proses tersebut mempunyai temperatur awal dan akhir yang sama maka DU kedua proses sama.
                                                n cv DT = n cp DT - P DV
Dari PV = nRT diperoleh P DV = n R DT , maka
                                    n cv DT = n cp DT - n R  DT          
                                     cp  -  cv  =  R                                                                       
Karena cv = 3/2 R, maka  cp = 5/2 R, perbandingan antara kuantitas tersebut
                        g = cp / cv  = 5/3
Untuk gas diatomik dan poliatomik dapat diperoleh dengan cara yang sama :
                        gas diatomik  ( U = 5/2 nRT) : g = 7/5
                        gas poliatomik (U = 3 nRT) : g = 4/3



Persamaan Keadaan


Volume V yang ditempati suatu zat yang massanya m tertentu bergantung pada tekanan p yang diderita zat yang bersangkutan, dan pada suhunya T. Setiap zat ada hubungan tertentunya dalam hal besaran – besaran ini. Hubungan tertentu ini dinamakan persamaan keadaan yang bersangkutan.
Istilah ‘keadaan’ seperti dipakai di sini ialah suatu keadaan yang setimbang. Maksudnya, suhu tekanan di semua titik atau tempat adalah sama. Jadi, jika panas dibubuhkan di suatu titik kepada suatu sistem yang keadaannya setimbang, kita harus menunggu sampai proses pemindahan panas dalam sistem itu telah menyebabkan terjadinya suatu suhu merata yang baru dan sistem berada dalam keadaan setimbang lagi.
Kita tidak bisa mengungkapkan kelakuan lengkap zat dalam seluruh jangka pengukuran harga P, V, dan T dengan memakai persamaan sederhana. Terdapat lebih dari enam puluh persamaan keadaan yang telah diajukan untuk menggambarkan cairan saja, uap saja, dan daerah cairan – uap, mulai dari persamaan gas ideal :
                                                PV = RT                                 
yang hanya berlaku pada tekanan rendah dalam daerah uap dan gas, hingga persamaan Beattie-Bridgman :                          
P = RT(1-E)/V2 (V+B)-A/V2
A=A0(1-a/V) ;   B = B0 (1- b/V) ;  E= c/VT3                    
dengan Persamaan terakhir ini, karena mempunyai 5 tetapan yang dapat disesuaikan, dapat menggambarkan seluruh jangka titik triple dengan kecermatan tertentu.
            Beberapa persamaan ini sebenarnya dirumuskan secara empiris, untuk menggambarkan sedekat mungkin harga P, V, dan T yang terukur, sedangkan yang lain dirumuskan secara teoritis berdasarkan teori kinetik gas. Salah satu persamaan keadaan teoritis yang paling terkenal, yang didasarkan atas pengandaian mengenai kelakuan molekular yang sampai sekarang masih dipakai, ialah persamaan keadaan Van der Waals :
 (p + a/V2)(V-b) = RT                                 
Persamaan ini berlaku dengan baik dalam daerah cairan, daerah uap, dan di dekat serta di atas titik kritis. Dalam semua persamaan tersebut R tetap, disebut tetapan gas semesta, V adalah volume molar (V/n), dan n menyatakan banyaknya mol gas.
Contoh Soal :
Volume sebuah tangki oksigen 50 L. Ketika oksigen dikeluarkan dari tangki itu, ukuran tekanan turun dari 300 lb-2 menjadi 100 lb-2, dan suhu gas yang tertinggal di dalam tangki turun dari 30 oC menjadi 10 oC. Berapa kilogram oksigen mula – mula terdapat di dalam tangki itu ?
Dik : V = 50 L
            p1 = 300 lb-2 = 20,5 atm
            p2 = 100 lb-2 = 6,8 atm
            T1 = 30 oC
            T2 = 10 oC
            R = 0,082 L atm/ mol K
Jawab :
Tekanan – tekanan mutlak yang bersesuaian ialah 21,5 atm dan 7,8 atm. Pada awal :
n1= p1V/RT1
            = 21,5 x 50 / 0,082 x 303
            = 43,2 mol
Karena itu massa awal ialah :
 m       = 43,2 mol x 32 gr/mol
            = 1380 gr = 1,38 kg





kesetimbangan sistem

Keadaan Kesetimbangan Sistem

Suatu sistem dapat berada dalam keadaan setimbang atau tidak setimbang. Ada empat keadaan setimbang suatu sistem. Keempat keadaan setimbang tersebut adalah:
1. keadaan setimbang mekanis
2. keadaan setimbang kimiawi (chemis / kemis)
3. keadaan setimbang termal / termis
4. keadaan setimbang termodinamis.

1. Keadaan Setimbang Mekanis
Suatu sistem dinyatakan berada dalam keadaan setimbang mekanis jika resultan gaya luar maupun resultan gaya dalamnya (gaya dachil) adalah nol.
Dalam keadaan setimbang mekanis, suatu sistem dapat diam atau bergerak beraturan. Dalam arti bergerak lurus beraturan atau bergerak melingkar beraturan atau berotasi beraturan.

2. Keadaan Setimbang Kemis
Apabila suatu sistem
a. tidak mengalami perpindahan zat dari bagian satu ke bagian lainnya atau sistem tidak mengalami difusi
b. tidak terjadi reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semula
c. tidak terjadi pelarutan
d. tidak terjadi kondensasi serta
e. komposisi dan konsentrasinya tetap,
maka sistem itu berada dalam keadaan setimbang kemis (kimiawi). Ini berarti sistem dinyatakan setimbang kemis (kimiawi), jika sistem tidak berubah dan tetap berada dalam keadaan semula.

3. Keadaan Setimbang Termis
Apabila suatu sistem
a. koordinat makro maupun mikronya tidak berubah walaupun kontak termal dengan lingkungannya melalui dinding diatermik
b. harga koordinat makro maupun mikronya tidak berubah dengan perubahan waktu,
maka sistem berada dalam keadaan setimbang termis dengan lingkungannya. Oleh karena itu, suatu sistem disebut setimbang termis, jika harga koordinatnya tidak berubah dengan perubahan waktu.

4. Keadaan Setimbang Termodinamis
Apabila syarat-syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis terpenuhi, maka sistem berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Dalam keadaan setimbang termodinamis, keadaan koordinat sistem maupun lingkungan sistem cenderung tidak berubah sepanjang masa. Jadi, pada dasarnya Termodinamika hanya mempelajari suatu sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamis.
Keadaan sistem yang setimbang termodinamis minimal ada dua, yaitu: sistem yang tertutup dan sistem yang terbuka. Suatu sistem dinyatakan tertutup, jika massa dan jumlah partikel sistem tetap. Ini berati, jumlah mol sistem yang tertutup selalu tetap.
Sebaliknya, sistem dinyatakan terbuka, jika massa dan jumlah partikel sistem berubah-ubah harganya. Ini berarti, jumlah mol sistem yang terbuka selalu berubah-ubah.


JENIS TERMOMETER

Jenis-Jenis Termometer

1. Termometer Gas Volume Tetap

Sesuai dengan namanya, termometer ini dibuat berdasarkan pada perubahan tekanan gas karena adanya perubahan temperatur. Volume gas dapat membesar karena kenaikan temperatur yang diikuti oleh penurunan tekanan gas dan dapat mengecil karena penurunan temperatur yang diikuti oleh kenaikan tekanan gas. Jadi, pada termometer gas volume tetap, thermometric property-nya adalah tekanan gas (p) yang diwakili oleh perubahan panjang kolom air raksa (raksa). Ini berarti p = p ( T ). Adapun bentuk skematis termometer gas volume tetap seperti dilukiskan pada gambar 2.7 berikut.


2. Termometer Gas Tekanan Tetap
Termometer gas tekanan tetap dibuat berdasarkan pada perubahan volume gas yang berubah karena adanya perubahan temperatur. Pada proses volume tetap, kenaikan temperatur mengakibatkan tekanan gas naik dan sebaliknya penurunan temperatur akan mengakibatkan tekanan gas menurun. Pada proses tekanan tetap, volume gas akan bertambah jika temperatur gas naik dan sebaliknya volume gas akan mengecil jika temperatur gas turun. Jadi, pada termometer gas tekanan tetap, thermometric property-nya adalah volume gas (V) yang diwakili oleh panjang kolom air raksa. Ini berarti V = V ( T ). 
Dengan cara yang sama seperti di atas, dapat dituliskan persamaan berikut.
T = T1 + {(V – V1) / (V2 – V1)} (T2 – T1) . . . . . (2.9)
Dengan menggunakan persamaan 2.9 dapat ditentukan harga temperatur sembarang T karena volume gas dalam bola B dapat diukur, yaitu V.

3. Termometer Cairan
Termometer cairan dibuat berdasarkan pada perubahan volume cairan karena adanya perubahan temperatur. Namun karena luas penampang kolom cairan A dipandang tetap, maka perubahan volume cairan dapat diwakili oleh perubahan tinggi kolom cairannya. Ini berarti Thermometric Property-nya adalah panjang atau tinggi kolom cairan, sehingga dapat diperoleh L = L ( T ). Adapun skematis termometer cairan seperti gambar 2.9 berikut.


4. Termometer Hambatan Listrik
Termometer hambatan jenis dibuat berdasarkan pada perubahan hambatan jenis suatu penghantar karena adanya perubahan temperatur. Ini berarti Thermometric Property-nya adalah hambatan suatu konduktor, sehingga R = R ( T ). Adapun skematis termometer hambatan listrik seperti gambar 2.10 berikut.


5. Termometer Termokopel
Termometer termokopel dibuat berdasarkan pada: (1) adanya gaya gerak listrik (ggl) Seebeck, (2) adanya ggl Peltier, dan (3) adanya ggl Thomson pada sambungan dua logam yang berbeda jenisnya, serta (4) adanya perubahan temperatur pada sambungan dua logam. Ini berarti termometer termokopel dibuat berdasarkan pada hasil percobaan Seebeck, Peltier, dan Thomson.
Pada tahun 1826 Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa ggl dapat ditimbulkan dengan cara-cara termal. Jika logam A disambungkan dengan logam B dan kedua sambungan berbeda temperaturnya, maka akan timbul ggl termal atau ggl Seebeck yang disebabkan karena adanya kerapatan elektron bebas dalam logam yang berbeda temperaturnya.
Apabila dua logam A dan B yang berlainan jenisnya disambungkan dan kedua sambungan itu berbeda temperaturnya, maka elektron-elektronnya berdifusi dari logam A ke logam B atau sebaliknya. Kedua sambungan berfungsi sebagai sumber ggl dan jika ada arus listrik dari logam yang satu ke logam lainnya, maka ada tenaga yang dibebaskan atau diabsorbsikan. Perpindahan tenaga ini berbentuk aliran kalor di antara sambungan dan sekelilingnya. Kalor ini disebut kalor Peltier (Jean C.A. Peltier adalah penemu kalor yang mengalir di antara dua sambungan logam yang berbeda jenisnya dan berlainan temperaturnya dan beliau adalah seorang ahli Ilmu Alam bangsa Perancis).







Termometri

Syarat-Syarat Termometri

Untuk mengukur temperatur suatu benda dapat digunakan zat yang sifat fisisnya (thermometric property-nya) dapat berubah karena perubahan temperatur. Diharapkan perubahan sifat fisis ini semaksimal mungkin dapat menunjukkan perubahan-perubahan temperatur yang sekecil mungkin. Oleh sebab itu, dalam pengukuran temperatur (termometri) dengan menggunakan perubahan sifat fisis suatu zat diperlukan syarat-syarat termometri sebagai berikut.
1. Zat yang digunakan,
2. Sifat fisis zat (thermometric property), dan
3. Tingkatan kuantitatif yang menyatakan besar kecilnya temperatur.

Ketiga syarat termometri ini saling kait mengait sulit untuk dipisahkan. Sifat fisis tergantung pada zat yang digunakan, sedangkan batas-batas ukuran kuantitatif yang dapat dicapai termometer bergantung kepada zat dan sifat fisis zat yang digunakan. Oleh sebab itu, dalam pembuatan termometer harus diperhatikan ketiga syarat termometri tersebut. Adapun zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain:
1. zat padat, misalnya: platina dan alumel.
2. zat cair, misalnya: airraksa (raksa) dan alkohol.
3. zat gas, misalnya: udara, zat air, dan zat lemas.

Sifat-sifat fisis zat yang sering digunakan dalam pengukuran temperatur (termometri) antara lain:
1. perubahan volume gas.
2. perubahan tekanan gas.
3. perubahan panjang kolom cairan.
4. perubahan harga hambatan listrik atau hambatan jenis.
5. perubahan gaya gerak listrik.
6. perubahan harga kuat arus listrik.
7. perubahan intensitas cahaya karena perubahan temperatur.
8. perubahan warna zat.
9. perubahan panjang dua logam yang berlainan jenisnya.

Tingkatan yang menyatakan besar kecilnya temperatur ditunjukkan oleh nilai atau harga temperatur. Penentuan harga ini harus dapat direproduksi, artinya, jika temperatur dari suatu keadaan sudah dinyatakan dalam suatu harga, misalnya 500C, maka setiap kali kita memperoleh harga itu, keadaan sesungguhnya harus tepat sama dengan keadaan semula atau sebaliknya.

Dalam pengukuran temperatur ada korespondensi timbal balik antara keadaan temperatur dan angka atau harga temperatur itu serta keajegan penunjukkannya. Untuk ini diperlukan suatu patokan yang tetap. Dengan patokan harga yang tetap, pengertian tentang patokan itu sendiri, dan perkembangan ilmu yang mendasarinya, maka timbul bermacam-macam jenis termometer, timbul berbagai macam derajat temperatur, dan masalah-masalah lainnya yang berkaitan dengan pengukuran temperatur. Oleh sebab itu, akan dibahas tentang jenis-jenis termometer, derajat temperatur, dan skala temperatur.

Fase Zat Benda

PERUBAHAN  FASE  ZAT  BENDA

Air (H2 O) dalam fase padat bentuk dan volumenya tidak berubah. Air dalam fase padat disebut es. Jika es dinaikkan temperaturnya, es mulai mencair dan akhirnya es berubah menjadi air semuanya. Dalam perubahan fase dari fase padat ke fase cair temperatur zat tetap dan disebut sebagai titik lebur. Kalor yang terlibat dalam perubahan fase ini disebut kalor laten, dalam hal ini disebut kalor lebur. Sedangkan proses perubahan fase padat ke fase cair disebut mencair.
Air (H2 O) dalam fase cair disebut air. Air volumenya tetap tetapi bentuknya berubah-ubah sesuai dengan wadahnya. Jika air dinaikkan temperaturnya, maka air mulai mendidih dan berubah sifatnya menjadi uap air (H2 O). Dalam perubahan fase dari fase cair ke fase gas temperatur zat tetap dan disebut sebagai titik uap. Kalor yang terlibat dalam perubahan fase
ini disebut kalor laten, dalam hal ini disebut kalor penguapan. Sedangkan proses perubahan fase cair ke fase gas disebut menguap.
Proses sebaliknya adalah perubahan fase gas ke fase cair dan dari fase cair ke fase padat. Perubahan dari fase gas ke fase cair zat melepaskan kalor dan temperaturnya turun. Dalam perubahan fase ini dikenal titik embun dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut kalor pengembunan. Proses perubahan fase gas ke fase cair disebut mengembun.
Sedangkan pada proses perubahan fase cair ke fase padat dikenal titik beku dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut sebagai kalor pembekuan. Proses perubahan fase cair ke fase padat disebut membeku.
Jika kondisi alam memungkinkan, maka fase gas dapat berubah langsung ke fase padat atau sebaliknya. Perubahan dari fase gas ke fase padat disebut menyublim. Dalam peristiwa menyublim dikenal titik sublimasi dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut kalor sublimasi. Sedangkan perubahan dari fase padat ke fase gas disebut melenyap (ada orang yang menyebut menyublim). Dalam peristiwa melenyap dikenal titik lenyap (ada orang yang menyebut titik sublimasi) dan kalor yang terlibat di dalamnya disebut kalor pelenyapan (ada orang yang menyebut kalor sublimasi).
Dari uraian tersebut di atas dikenal temperatur tetap pada perubahan fase zat, yaitu:
1. titik embun = titik uap
2. titk lebur = titik beku dan
3. titik sublimasi = titik lenyap.

Dari uraian tersebut di atas juga dikenal istilah kalor laten, yaitu kalor yang diperlukan atau dilepaskan pada saat perubahan fase zat. Kalor laten tersebut adalah:
1. kalor pengembunan = kalor penguapan
2. kalor lebur = kalor beku dan
3. kalor sublimasi = kalor pelenyapan.


Minggu, 22 Maret 2015

Apa itu hukum kenol termodinamika ??

HUKUM KE NOL TERMODINAMIKA

Untuk mendalami hukum ke nol termodinamika perlu diketahui pengertian sistem. Apakah sistem itu? Apa yang menjadi objek penelitian atau penyelidikan termodinamika disebut sistem. Contoh sistem adalah : padatan, cairan, gas, sepotong logam, dan mesin. Segala sesuatu diluar sistem disebut lingkungan sistem. Oleh sebab itu, sistem ditambahkan dengan lingkungan sistem disebut alam atau alam raya.

SISTEM  +  LINGKUNGAN SISTEM  =   ALAM RAYA

Antara sistem dan lingkungan sistem terdapat dinding pemisah dan dapat terjadi interaksi kalor atau interaksi termal atau interaksi pengadaan usaha. Jika interaksi antara sistem dengan lingkungan sistem ini dicegah oleh dinding pemisah lainnya, sehingga tidak terjadi interaksi, maka sistem disebut sistem terisolasi.
Interaksi termal terjadi apabila dinding pemisah antara sistem dan lingkungan sistem bersifat diatermik, yaitu dinding yang dapat meneruskan kalor. Pada kontak diatermik, koordinat masing-masing sistem berubah, karena terganggu. Namun suatu keadaan sertimbang baru akan tercapai setelah kalor berpindah dari sistem yang panas ke sistem yang kurang panas. Dalam keadaan setimbang yang baru ini, kedua sistem memiliki temperatur yang sama.
Informasi ini dapat digambarkan sebagai berikut :


Pada kontak diatermik diperoleh hubungan matematis:
(X1’ Y1’) = (X2’ Y2’)
Pada kontak termal melalui dinding adiabatis, tidak terjadi perpindahan kalor dari sistem yang pertama ke sistem yang kedua atau sebaliknya, sehingga tidak terjadi perubahan apapun pada koordinat masing-masing sistem. Akibatnya tidak terjadi hubungan apapun antara (X1’ Y1’) dan (X2’ Y2’).
Pada dasarnya hukum ke nol termodinamika merupakan azas kesetimbangan termodinamik. Azas tersebut menyatakan, jika dua objek yang terpisah ada dalam keadaan setimbang termodinamik dengan objek yang ketiga dan mereka ada dalam keadaan setimbang, maka ketiga objek yang ada dalam kesetimbangan termodinamik mempunyai temperatur yang sama.
Dengan gambar, hukum ke nol termodinamika dapat dilukiskan seperti gambar II.6.


Dengan kalimat lain hukum ke nol termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut. Apabila sistem A berada dalam keadaan setimbang termal dengan sistem B dan sistem A juga dalam keadaan setimbang termal dengan sistem C, maka sistem B juga berada dalam keadaan setimbang termal dengan sistem C.