KALOR JENIS GAS.
Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya dapat dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu :
- Kapasitas panas pada volume konstan.
- Kapasitas panas pada tekanan konstan.
Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta gas umum (universil) yaitu : R = 8,317 J/mol 0K.
cp - cv = R
cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan.
cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan.
Berdasarkan teori kinetik gas kita dapat menghitung panas jenis gas ideal,sebagai berikut:
a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) diperoleh bahwa :
b. Untuk gas beratom dua ( diatomik ) diperoleh bahwa :
= konstanta Laplace.LATIHAN SOAL
1. Hitunglah kalor jenis gas Oksigen pada volume dan tekanan tetap bila massa molekul gas Oksigen 32 gram/mol.
2. Hitunglah kalor jenis gas-gas berikut ini pada volume dan tekanan tetap.
a. Gas Neon monoatomik, bila masa molekulnya 2,018 gram/mol
b. Gas Hidrogen diatomik, bila massa molekulnya 2,016 gram/mol
3. Kapasitas panas jenis Nitrogen pada volume tetap adalah 7,14 x 102 J/kg 0K. Carilah kapasitas panas jenisnya pada tekanan tetap. Diketahui massa molekul Nitrogen 28 gram/mol dan konstanta umum gas R = 8,317 J/mol0K
4. Hitunglah kalor jenis gas Argon beratom satu pada volume tetap bila kalor jenisnya pada tekanan tetap 5,23 x 102 J/kg 0K = 1,67
= 1,675. Hitunglah kalor jenis pada tekanan tetap dari gas Oksida zat lemas beratom dua bila kalor jenisnya pada volume tetap adalah 6,95 x 102 J/kg. 0K dan = 1,4
= 1,4USAHA YANG DILAKUKAN GAS.
Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.
1. Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akan bertambah dengan V.
Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap udara luar :
W = p.
V
V2. Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.
Energi dalam suatu gas Ideal adalah : 
HUKUM I TERMODINAMIKA.
Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat perubahan energi dalam (U ) dan melakukan usaha luar (W ).
Q akan terdapat perubahan energi dalam (U ) dan melakukan usaha luar (W ).Q = U + WQ = kalor yang masuk/keluar sistemU = perubahan energi dalamW = Usaha luar.PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA I.
1. Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik.
Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.
( lihat gambar ).
sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan
Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac
Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :
Pemanasan Pendinginan
Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V2 - V1 ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :
Q = U + p ( V2 - V1 )Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :
Q = m cp ( T2 - T1 )Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :
U = m cv ( T2 - T1 )Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :
W =Q - U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )m = massa gas
cp = kalor jenis gas pada tekanan tetap
cv = kalor jenis pada volume tetap.
LATIHAN SOAL.
1. Satu gram air ( 1 cc ) berubah menjadi 1,671 cc uap bila dididihkan pada tekanan 1 atm. Panas penguapan pada tekanan ini adalah 539 kal/gram. Hitunglah usaha luar pada penembakan energi dalam.
2. 1 liter air massanya 1 kg mendidih pada suhu 1000 C dengan tekanan 1,013 x 105 N/m2 diubah menjadi uap pada suhu 1000 C dan tekanan 1,013 x 105 N/m2 . Pada keadaan ini volume uap air adalah 1,674 liter. Carilah usaha luar yang dilakukan dan dihitung penambahan energi dalam. Panas penguapan air 2,26 . 106 J/kg.
3. Gas Nitrogen yang massanya 5 kg suhunya dinaikkan dari 100 c menjadi 1300 c pada tekanan tetap. Tentukanlah :
a. Panas yang ditambahkan
b. Penambahan energi dalam
c. Usaha luar yang dilakukan.
4. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada tekanan tetap. Bila massa molekul karbon monoksida adalah 28,01 gram/mol cp = 1,038 x 103 J/kg 0K dan g = 1,4
Tentukanlah :
a. Penambahan energi dalam.
b. Usah luar yang dilakukan.
2. Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )
Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )
Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.
Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :
Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :
Pemanasan Pendinginan
Karena V = 0 maka W = p . V
V = 0 maka W = p . V W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )
Q = U2 - U1Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (U )
U )Q = UU = m . cv ( T2 - T1 )LATIHAN SOAL
1. Temperatur 5 kg gas Nitrogen dinaikkan dari 100 C menjadi 1300 C pada volume tetap. Bila cv = 7,41 x 102 J/kg 0K , cp = 1,04 x 103 J/kg 0K, carilah :
a. Usaha luar yang dilakukan.
b. Penambahan energi dalam.
c. Panas Yang ditambahkan.
2. Suatu gas yang massanya 3 kg dinaikkan suhunya dari -200 C menjadi 800 C melalui proses isokhorik. Hitunglah penambahan energi dalam gas tersebut, bila diketahui cp = 248 J/kg 0K, cv = 149 J/kg 0K
3. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada volume tetap. Massa molekulnya 28,01 gram/mol. cp = 1,03 x 103 J/kg. 0 K dan g = 1,40 . Hitunglah penambahan energi dalam.
4. Gas Ideal sebanyak 2 mol dengan tekanan 4 atsmosfer volumenya sebesar 8,2 liter. Gas ini mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 8 atsmosfer. Bila diketahui : cv = 3 kal/mol. 0C dan R = 0,08207 liter. atm/mol. 0 C ; tentukanlah :
a. Usaha yang dilakukan.
b. Panas yang ditambahkan.
3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik.
Selama proses suhunya konstan.
( lihat gambar )
Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.
Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.
P1 V2 = P2 V2
Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :
Pemanasan Pendinginan
Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :
U = U2 - U1 = 
n R T2 - n R T1 = 0 ( Usaha dalamnya nol )
n R T2 - n R T1 = 0 ( Usaha dalamnya nol )Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.
ln x =2,303 log x
4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.
Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0
( lihat gambar )
Sebelum proses Selama/akhir proses
oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac
Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :
Pengembangan Pemampatan
Karena Q = 0 maka O = U + W
Q = 0 maka O = U + WU2 -U1 = -W
WBila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :
W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :T.Vg-1 = konstan atau T1.V1g-1 = T2.V2g-1
Tidak ada komentar:
Posting Komentar