soal teori kinetik gas

Siklus Carnot dari sebuah gas ideal

Dalam problem ini, tekanan awal P dan volume awal V diketahui yaitu a. Rasio RV =V /V >1 dari volume pada keadaan c dan a juga diketahui. Konstanta γ diketahui sebesar 5/3. Anda tidak mengetahui berapa banyak mol gas yang ada.

Bacalah tahapan (1)- (4) berikut ini dan buatlah sketsa gambar untuk tiap tahapan siklusnya dalam grafik P-V. Berilah tanda pada titik-titik yang penting!

(1). Pada tahapan pertama dari keempat tahapan, anggaplah dari a ke b, sebuah gas ideal dikompresi dari V_a menjadi V_b dan tidak boleh ada panas yang masuk atau keluar dari sistem. Pengompresian gas ini menyebabkan suhu gas naik dari suhu awal T₁ menjadi suhu akhir T₂. Selama proses ini, nilai dari PV^γ= konstan, sedangkan nilai γ adalah= 5/3.

• Berapakah tekanan P_b dan volume V_b gas pada keadaan b setelah proses pengompresian selesai?
• Berapakah perubahan energi dalam gas selama proses pengompresian ini?
• Berapakah usaha yang dilakukan oleh gas dalam proses pengompresian ini?

(2). Gas ini sekarang memuai secara isotermik dari b ke c, volumenya pun berubah dari V_b menjadi V_c.

• Hitunglah usaha yang dilakukan oleh gas selama proses W_cb ini dan jumlah panas yang dihasilkan (Qcb) yang harus ditambahkan dari sumber panas pada suhu T₂ dalam P_a , V_a , T₁ , T₂ , dan V_c.
• Apakah panas ini bernilai negatif atau positif? Jelaskan apakah panas ini ditambahkan atau dikeluarkan dari sistem.

• Berapakah tekanan gas saat ini (P_c) ketika pengembangan pada tahap ini selesai?

(3). Ketika gas sekarang mencapai titik c maka sekarang gas memuai dari V_c menjadi V_d, dan tidak ada panas yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Pemuaian gas ini menyebabkan suhu dan tekanan turun dari temperatur awal T₂ menjadi suhu akhir T₁ . Selama proses ini, nilai dari PV^γ= konstan.

• Berapakah tekanan gas saat ini (P_d) dan volume gas sekarang (V_d) setelah gas memuai?

• Berapakah perubahan energi dalam gas selama proses ini?
• Berapakah usaha yang dilakukan gas selama proses pemuaian ini?

(4). Sekarang gas dikompresi secara isotermik dari posisi d ke a pada suhu konstan T₁ dari volume V_d kembali menjadi V_a.

• Berapakah usaha yang dilakukan oleh sistem ke lingkungan (W_d) dan panas yang mengalir antara sistem dan lingkungan (Q_ad)? Apakah besaran ini bernilai positif atau negatif? Jelaskan apakah ada panas yang masuk atau keluar dari sistem awal pada saat keadaan T₁.

Siklus total:

• Berapakah total usaha (W_siklus) yang dilakukan oleh gas selama siklus ini?
• Berapakah total panas (Q_siklus) (dari T₂) dari sumber panas yang suhunya lebih tinggi selama siklus ini?
• Berapakah efisiensi siklus ini? (ε_max = W_siklus / Q_siklus ( dari T₂)

 1. Jika 3 m3 gas yang berada pada keadaan STP (1 atm, 00C)

diletakkan dalam ruang bertekanan 4 atm dan temperatur gas naik menjadi

380C. Hitunglah volume pertambahan gas tersebut.

2. Hitunglah kerapatan massa oksigen pada keadaan STP menggunakan

hukum gas ideal.

3. Sebuah tangki penyimpanan gas berisi 21,6 kg nitrogen N2 pada

tekanan absolut 3,65 atm. Hitung tekanan tangki jika gas nitrogen diganti

dengan gas karbondioksida.

4. Sebuah tangki penyimpanan berisi gas nitrogen pada keadaan STP

sebanyak 18,5 kg. Tentukan volume tangki dalam keadaan demikian. Dan

berapakah tekanan tangki jika massa nitrogen ditambah menjadi 15 kg ?

5. Sebanyak 25,5 mol gas helium berada pada temperatur 100C dan

tekanan ukurnya 0,35 atm. Tentukan : (a) volume gas helium pada keadaan

ini, (b) temperatur gas jika gas ditekan sehingga menjadi setengah volume

semula pada tekanan ukur 1 atm.

6. Berapa tekanan dalam bejana 50 liter yang menampung 105 kg gas

argon pada suhu 200C ?

7. (level 2) sebuah ban diisi udara pada suhu 150C dan memiliki tekanan ukur

220 kPa. Jika ban mencapai temperatur 380C, berapa bagian dari udara awal

yang harus dikeluarkan agar tekanan 220 kPa dipertahankan ?

8. Sebanyak 55 liter gas oksigen pada suhu 180C memiliki tekanan

absolut 2,45 atm terus dipertahankan sehingga volume gas menjadi 48,8

liter. Pada saat yang sama, suhu dinaikkan menjadi 500C. Hitunglah tekanan

gas pada kondisi yang baru sekarang.

9. Balon berisi helium dilepaskan pada ketinggian permukaan laut

dengan suhu 200C. Saat mencapai ketinggian 3000 meter, di mana

temperatur lingkungan sebesar 50C dan tekanan udara “hanya” 0,7 atm.

Tentukan perbandingan volume balon saat berada pada keadaan tersebut

dengan volume balon saat masih di permukaan laut.

10. Sebuah gelembung udara di dasar danau berada pada kedalaman

43,5 meter dengan volume 1 cm3. Jika temperatur dasar kolam adalah 5,50C

dan temperatur dekat permukaan danau adalah 210C. Tentukan volume

gelembung udara persis saat mencapai permukaan danau. Tuliskan pula

perbandingan volume antara kedua keadaan tersebut.

1. Tentukanlah jumlah molekul oksigen setiap meter kubik dalam udara pada suhu dantekanan normal (0°C dan 1 atm). Diketahui 1 atm = 10⁵ Pa, R = 8314 J/kmolK, dan NA = 6,02 × 10²³ molekul/mol

2.

Dari suatu percobaan tekanan udara diperoleh data seperti tampak pada gambar di atas. Tentukanlah panjang kolom udara y.

3. Massa sebuah molekul oksigen adalah empat belas kali massa sebuah molekul hidrogen. Pada suhu berapakah molekul-molekul gas oksigen pada suhu 1.600 K memiliki laju rata-rata yang sama dengan molekul hidrogen?

4. Pada suhu 27°C besarnya energi kinetik rata-rata partikel gas adalah E. Jika energi kinetik rata- rata naik menjadi 3 kali semula, berapakah suhu gas tersebut sekarang?

5. Gas helium dengan Mr 4 g/mol, mengisi wadah bervolume 10 liter pada tekanan 6,2 × 10⁵ Pa. Berapa lamakah sebuah mesin dengan daya 250 W harus bekerja untuk menghasilkan energi yang sama dengan energi dalam gas? (R = 8,314 J/molK).