Teori Kinetik: Suhu dan Kecepatan Molekul
1 · Memprediksi
Suhu sebenarnya merupakan ukuran gerak rata-rata molekul. Jika suhu absolut suatu gas digandakan, apakah kecepatan molekulnya juga menjadi dua kali lipat?
- Kecepatan molekul juga berlipat ganda, karena suhu dan kecepatan berbanding lurus.
- Kecepatan molekul meningkat sebesar √2, bukan 2, karena kecepatan bergantung pada akar kuadrat suhu.
- Kecepatan molekul tidak bergantung pada suhu.
2 · Pengaturan
- Buka preset kinetic-sandbox dan tekan Reset. Ruangan tersebut menampung gas argon (M = 0.039948 kg/mol).
- Aktifkan pembacaan kecepatan rms dan energi kinetik rata-rata.
- Atur suhu gas untuk setiap percobaan dan catat kecepatan molekul rms.
3 · Kumpulkan Data
| Suhu T (K) | KE molekul rata-rata (zJ) | Kecepatan RMS v_rms (m/s) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 600.00 | ||
| 900.00 |
Plot v_rms (sumbu y) terhadap √T (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung v_rms = √(3RT/M) menggunakan R = 8.314 J/(mol·K) dan M = 0.039948 kg/mol. Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan mengapa v_rms tumbuh dengan akar kuadrat suhu dan bukan berbanding lurus dengannya.
5 · Perluas
- Dua gas pada suhu yang sama mempunyai energi kinetik rata-rata yang sama, tetapi gas yang lebih ringan (M lebih kecil) mempunyai v_rms yang lebih tinggi. Jelaskan alasannya, menggunakan KE_avg = ½M·v_rms² bersama dengan fakta bahwa KE_avg hanya bergantung pada T.
- Helium (M ≈ 0,004 kg/mol) bocor keluar dari balon jauh lebih cepat dibandingkan balon yang mengempis dari udara saja. Gunakan rumus v_rms Anda untuk menjelaskan mengapa molekul gas yang lebih ringan lebih cepat keluar melalui pori-pori kecil.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Kecepatan Molekul RMS
Kecepatan akar rata-rata kuadrat molekul gas bergantung pada suhu dan massa molar: v_rms = √(3RT/M). Gas yang lebih ringan dan lebih panas memiliki molekul yang bergerak lebih cepat.
Energi Kinetik Molekul Rata-rata
Setiap molekul gas ideal, berapapun massanya, mempunyai energi kinetik translasi rata-rata yang sama pada suhu tertentu: KE_avg = (3/2)k_BT. Suhu pada dasarnya adalah ukuran gerak rata-rata ini.