FISIKA Pengaruh panas terhadap gas sempurna(GAS IDEAL)

      PENGARUH PANAS TERHADAP GAS SEMPURNA (GAS IDEAL)

A.    Pengertian Gas Ideal (Gas Sempurna)
Secara umum, gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan P . V = n . R . T, untuk semua tekanan dan suhu. Namun makna lebih khususnya adalah jenis gas yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
1.    Molekul-molekulnya berupa titik massa
2.    Gaya tarik menarik antar molekul tidak ada
3.    Gas ini tidak dapat menjadi cair ataupun padat.
Terkait dengan sifat gas yaitu merupakan molekul-molekul yang berupa titik massa, makna dari titik massa sendiri adalah menjelaskan bahwa tiap molekul pada gas ideal mempunyai massa, tetapi tidak mempunyai volume. Dengan demikian seluruh volum bejana yang ditempati gas ini adalah bebas bagi gerakan molekul-molekul, karena molekul-molekul itu sendiri tidak memakan tempat.
Gas-gas yang memiliki sifat-sifat seperti yang disebutkan di atas sebenarnya tidak terdapat di alam, tetapi gas yang hampir mendekati sifat-sifat tersebut adalah gas-gas mulia. Yang termasuk gas mulia adalah helium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe).
Model Mikroskopis Gas Ideal
Ditinjau dari segi mikroskopis, gas ideal lebih lengkapnya dapat digambarkan sebagai berikut:
1.    Gas terdiri dari partikel yang disebut molekul dalam jumlah yang sangat besar.
2.    Setiap molekul gas ideal bergerak secara acak, bebas, dan merata.
3.    Jumlah seluruh molekul adalah besar, arah dan laju gerakan setiap molekul dapat berubah secara tiba-tiba karena tumbukan dengan dinding atau dengan molekul lain.
4.    Volume molekul adalah pecahan kecil yang dapat diabaikan terhadap volume gas yang ditempati.
5.    Ukuran molekul dapat diabaikan terhadap jarak antar molekul, sehingga gaya interaksi antar molekul dapat diabaikan.
6.    Tumbukan dengan dinding atau dengan molekul lain berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan bersifat lenting sempurna.

Model Makroskopis Gas Ideal
 Gaya interaksi (tarik menarik) antar molekul gas ideal dapat diabaikan, bahkan dapat dianggap tidak ada. Hal ini dikarenakan molekul-molekul pada gas ideal terpisah pada jarak yang lebih lebar dibandingkan pada molekul-molekul pada zat cair ataupun zat padat, sehingga berlaku hukum-hukum yang lebih sederhana.
Menurut  laporan eksperimen yang dilakukan oleh Robert Boyle pada tahun 1660, sifat gas adalah jika massa dan temperatur dari suatu gas dijaga konstan, sementara volume dari wadah diubah-ubah, ternyata tekanan yang dikeluarkan gas juga berubah sedemikian rupa sehingga perkalian antara tekanan (P) dan volume (V), selalu mendekati konstan. Dari eksperimen ini tercipta hokum Boyle, yaitu:
P . V = C (konstan)
Berdasarkan hokum Boyle tersebut dapat disimpulkan bahwa pada massa dan temperatur tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume.
Menurut hokum Guy-Lussac, untuk gas tertentu bila dilakukan proses dengan tekanan konstan, maka volume yang terbentuk sebanding dengan temperatur. Apabila hokum Guy-Lussac ini digabungkan dengan hokum Boyle, maka untuk suatu gas dengan massa tetap berlaku:
P . V = C . T
Volume yang ditempati oleh suatu gas pada tekanan dan temperatur yang diberikan adalah sebanding dengan massanya. Jika massa gas tersebut dinyatakan dalam jumlah mol, maka harga C adalah n . R, di mana n adalah banyaknya jumlah mol, sedangkan R adalah konstanta yang harus ditentukan dengan eksperimen untuk setiap gas. Menurut eksperimen, pada kerapatan yang cukup rendah, harga R mempunyai nilai yang sama untuk semua gas, yaitu:
R = 8,314 J. mol-1 . K-1       atau        R = 1,986 kal .  mol-1 . K-1 
Di mana R biasa dikenal dengan konstanta gas universal. Jadi berdasarkan uraian di atas, maka dapat disimpulkan bahwa:
P . V = n . R . T
Persamaan tersebut biasa dikenal dengan persamaan keadaan gas ideal. Jadi gas yang memenuhi persamaan di atas adalah gas ideal.

B.    Pengaruh Panas Terhadap Gas Ideal
Apabila pada volume konstan, diberi aliran panas ke dalam gas ideal, maka akan berlaku:
dQ = n . Cv . dT
dimana, dQ : banyaknya panas yang diberikan
      n    : jumlah mol gas ideal
      Cv  : kapasitas panas pada volume konstan
      dT  : perubahan temperature yang dicapai

selama proses ini berjalan, tekanan gas itu bertambah, tetapi tidak ada usaha yang dilakukan, karena volumenya konstan. Jadi, berdasarkan hokum pertama termodinamika, yaitu:
dU = dQ – dW
maka diperoleh,
dU = n . Cv . dT
Ketika panas mengalir masuk ke dalam gas, gas ini memuai pada tekanan konstan dan melakukan gaya. Berdasarkan kapasitas panas mol pada tekanan konstan, Cp, maka panas dQ yang mengalir masuk ke dalam gas adalah:
dQ = n . Cp . dT
Usaha yang dilakukan dW adalah:
dW = P . dV
Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal, P . V = n . R . T, maka pada tekanan (p) konstam menjadi;
P . dV = n . R . dT
Karena;
P . dV = dW
Maka,
dW = n . R . dT
Berdasarkan hokum pertama termodinamika, maka pada P konstan berlaku:
dU    =    dQ – dW
n . Cv . dT    =    n . Cp . dT – n . R . dT
n . R . dT     =    n . Cp . dT – n . Cv . dT
R . n . dT    =    (Cp - Cv) . n . dT
R    =    Cp - Cv

Dari hasil tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1.    Harga R diperoleh dari selisih kapasitas panas mol gas ideal pada tekana konstan dengan kapasitas mol gas ideal pada volume konstan.
2.    Harga Cp lebih besar dari harga Cv
3.    R memiliki satuan yang sama dengan Cp dan Cv, yaitu kal. Mol-1. 0C-1