Hukum Gas Ideal
Partikel gas terus bergerak ke sana kemari dan menabrak dinding wadahnya, dan itulah yang menciptakan tekanan. Mampatkan gas ke volume yang lebih kecil, panaskan, atau tambahkan lebih banyak partikel gas, dan tekanannya akan naik, karena molekul-molekul berdesakan atau bergerak lebih cepat dan menabrak dinding lebih keras dan lebih sering. Hukum gas ideal menghubungkan tekanan, volume, jumlah gas, dan suhu dalam satu persamaan.
Rumus
P · V = n · R · T
- P — tekanan (Pa): gaya per satuan luas yang diberikan gas pada dinding wadahnya
- V — volume (m³): seberapa besar ruang yang ditempati gas
- n — jumlah zat (mol): berapa mol partikel gas yang ada
- R — konstanta gas (J/(mol·K)): angka tetap yang menghubungkan satuan tekanan, volume, jumlah, dan suhu
- T — suhu (K): seberapa panas gas itu, diukur dalam skala kelvin
Contoh yang diselesaikan
Sebuah wadah berisi 1 mol gas pada suhu 300 kelvin, dimampatkan ke volume 3 meter kubik. Berapa tekanan yang diberikan gas itu?
- n = 1 mol
- T = 300 K
- V = 3 m³
- P = n · R · T / V
- P = (1 mol · 8.31 J/(mol·K) · 300 K) / 3 m³
P = 831 Pa
Uji diri Anda
Jika suhu turun menjadi 200 kelvin sementara volume dan jumlah gas tetap sama, berapa tekanan yang baru?
- Jawaban benar: 554 Pa
- 831 Pa
- 1662 Pa
Benar! Suhu yang lebih rendah berarti tekanan yang lebih rendah: satu mol dikali delapan koma tiga satu dikali dua ratus, dibagi tiga meter kubik, sama dengan lima ratus lima puluh empat pascal.
Sebuah balon pada tekanan dan jumlah gas tetap volumenya menjadi dua kali lipat. Apa yang pasti terjadi pada suhunya?
- Tetap sama
- Jawaban benar: Menjadi dua kali lipat
- Menjadi setengahnya
Benar! Pada tekanan tetap, volume dan suhu naik bersama-sama, jadi menggandakan volume menggandakan suhu.
Di mana Anda melihatnya
Ban mobil menunjukkan tekanan lebih tinggi setelah perjalanan jauh di musim panas — putaran dan lenturan ban menghangatkan udara di dalamnya, dan pada volume tetap, gas yang lebih hangat berarti lebih banyak tumbukan dengan dinding dan tekanan yang lebih besar. Sementara itu, kemasan keripik yang tersegel menggembung seperti bantal saat perjalanan di pegunungan: udara luar yang menekan ke dalam makin sedikit, membiarkan gas terperangkap yang sama mendorong kemasannya makin besar.
Kesalahan umum
Kesalahan yang paling merusak adalah memasukkan Celsius ke dalam persamaan — suhu di sini bersifat mutlak, dalam kelvin, dan perilaku gas bergantung pada seberapa cepat molekul-molekulnya benar-benar bergerak, bukan pada titik di mana air membeku. Kesalahan kedua adalah memperlakukan P, V, n, dan T sebagai empat tombol yang saling bebas: dengan volume dan jumlah tetap, mendinginkan dari 300 K ke 200 K menurunkan tekanan secara tepat sebanding, P = n · R · T / V memberikan (1 mol × 8.31 × 200 K) ÷ 3 m³ = 554 Pa. Ubah satu suku, dan suku lainnya harus ikut menyesuaikan.
Bagaimana ini terhubung
Inilah persamaan pendiri termodinamika — persamaan ini mendefinisikan apa arti suhu bagi sebuah gas (sebuah pembacaan gerak molekul) dan bagaimana gerak itu menjadi tekanan. Kalorimetri, berikutnya, menanyakan berapa biaya energinya untuk mengubah suhu itu, dan R adalah konstanta universal yang sama yang muncul kembali di sepanjang termodinamika.