KAPASITOR KALOR GAS ALAM Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Contohnya pada volume dan tekanan konstan. Pada tiap-tiap kondisi tersebut, panas yang diperlukan untuk menaikkan suhhu sebesar satu satuan suhu berbeda-beda. Dengan kata lain, suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas, tetapi hanya dua yang mempunyai arti praktis, yaitu kapasitas kalor pada volume konstan (Cv) dan kapasitas kalor pada tekanan konstan (Cp).
Kapasitas kalor pada volume tetap (Cv) didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar satu Klevin pada volume tetap.
Secara matematis, kapasitas kalor (Cv) dinyatakan dengan persamaan :
C = Q/ΔT
Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik. Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv). Perumusan kedua pada kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Cp = QP/ΔT
dan CV = QV/ΔT
Jika besaran QP dan QV dimasukkan ke
dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika, akan didapatkan persamaan berikut.
a. Pada proses isokhorik
QV = ΔU + W Oleh
karena dalam proses ini volume sistem tetap (ΔU = 0) maka usaha sistem W = 0
sehingga didapatkan persamaan : QV =
ΔU
b. Pada proses isobarik
QP = ΔU + W Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( Δp + 0), usaha sistem W = p ΔV. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan
QP = ΔU + p ΔV atau
Qp – QV = p ΔV ingat Cp = QP/ΔT dan CV = QV/ΔT berarti bias ditulis :
(Cp ΔT) – (CV ΔT) = p ΔV
(Cp - CV)ΔT = p ΔV, maka
Cp – CV = p ΔV / ΔT Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT, Persamaan di atas dapat dituliskan menjadi
Cp – CV = nR
Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan :
ΔU = 3/2 nRΔT
Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (QV =
ΔU) dapat dituliskan sebagai :
CV = 3/2 nR
Besar Cp dapat
ditentukan dengan :
Cp = CV + nR
Cp = 3/2 nR + nR
Cp = 5/2 nR
Contoh Soal :
Suatu gas menempati ruang tertentu. Pada gas diberikan kalor sebesar 1800 J sehingga suhunya naik 50K. Berapa kapasitas kalor tersebut ?
Jawab :
Q = 1800 Joule, ΔT = 50 K
Kapasitas kalor = C = Q/ΔT = 1800/50 = 36 J/K
Contoh soal
Suatu mol oksigen dipanaskan dari temperatur 20 derajat C dan tekanan 1 atm sampai temperatur 100 derajat C. Asumsikan oksigen sebagai gas ideal.
Tentukan
a. kapasitas kalor pada volume tetap dan tekanan tetap
b. banyaknya kalor yang harus diberikan jika volumenya tetap Jawabn = 1 mol, R = 8,314 J/mol K, ΔT = (100 - 20) derajat C = 80 derajat C
a. Kapasitas kalor pada volume dan tekanan tetap.
Cv = 5/2 nR = 5/2 . 1 . 8,314 = 20,785 J/K
Cp = Cv + nR = 20,785 + (1 . 8,314) = 29,099 J/K
b. Kalor yang diberikan pada volume tetap
Qv = CVΔT = 20,785 . 80 = 1662,8 J= 1,66 kJ.
Contoh Soal :
Gas nitrogen
bermassa 56 × 10–3 kg dipanaskan dari suhu 270 K menjadi 310 K. Jika
nitrogen ini dipanaskan dalam bejana yang bebas memuai, diperlukan kalor
sebanyak 2,33 kJ. Jika gas nitrogen ini dipanaskan dalam bejana kaku (tidak
dapat memuai), diperlukan kalor sebesar 1,66 kJ. Jika massa molekul relatif
nitrogen 28 g/mol, hitunglah kapasitas kalor gas nitrogen dan tetapan umum gas.
Jawaban :
Diketahui: m = 56 × 10–3 kg, ΔT = 40 K, dan Mr = 28 g/mol = 28 × 10–3 kg/mol.
a. Proses tekanan tetap pada gas:
Qp = 2,33 kJ = 2.330 J
Qp = Cp ( ΔT)
2.330 J = Cp (40 K) → Cp
= 58, 2 J/K.
Proses volume tetap pada gas:
QV = 1,66 kJ = 1.660 J.
QV = CV ( ΔT)
1.660 joule = CV (40 K) → CV = 41,5 J/K
b. Tetapan umum gas R dihitung sebagai berikut.
Cp – CV = n R = (m/Mr) R → R = Mr/m (CP – CV)
R = ((28 x 10 kg/mol) / (56 x 10 kg)) ((58,2 - 41,5)J/K) = 8,35 J/mol K.
MENENTUKAN KONSTANTA LAPLACE
Konstanta Laplace (notasi
γ) didefinisikan sebagai perbandingan anta kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap. secara matematis ditulis :
γ =
Cp/Cv
1) Konstanta Laplace Gas monoatomik
Kapasias kalor gas monoatomik pada volume konstan dan pada tekanan konstan masing-masing adalah :
Cv = 3/2 nR
Cp = 5/2 nR
Jadi konstanta Laplace untuk gas monoatomik adalah :
γ =
5/2 nR : 3/2 nR = 5/3 = 1,67
Contoh gas monoatomik di antaranya He dan Ne
2) Konstanta Laplace Gas Diatomik
Pembahasan Cv dan Cp pada gas diatomik dibagi menjadi tiga keadaan, yaitu pada suhu rendah, suhu sedang dan suhu tinggi.
No | Suhu | Cv | Cp | γ |
1 | Rendah | 3/2 nR | 5/2 nR | 1, 62 |
2 | Sedang | 5/2 nR | 7/2 nR | 1, 4 |
3 | Tinggi | 7/2 nR | 9/2 nR | 1, 28 |
By belajar istiqomah Desember 07, 2017 Entalpi , Entropi , Gibbs , Kalor Edit
Assalamu’alaikum warahmatulahi wabarakaatuh
Berbagai cara sering dilakukan untuk menentukan tekanan, temperature, volume, dan massa secara eksperimental. Sebagai tambahan, hubungan antara suhu panas spesifik Cv dengan Cp dan temperatur pada tekanan yang relative rendah dapat diperoleh melalui eksperimen. Nilai-nilai untuk bagian-bagian termodinamika lainnya juga dapat diukur tanpa banyak kesulitan. Namun, energi internal spesifik, entalpi dan entropi termasuk di antara bagian-bagian yang tidak mudah diperoleh melalui suatu eksperimen, sehingga diperlukan prosedur perhitungan untuk menentukan nilai-nilainya (Moran, 2004). Kemudian kali ini kita akan menurunkan hubungan umum antara kedua kapasitas kalor dan memperlihatkan bahwa hubungan itu tereduksi menjadi hasil untuk gas sempurna dengan tidak adanya gaya antarmolekul. A. Kapasitas Kalor Pada Volume Tetap (Cv)
Kapasitas kalor pada volume tetap artinya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap sehingga kalor yang diberikan dijaga selalu konstan. Karena volume pada sistem selalu konstan, maka suatu sistem tidak dapat melakukan kerja pada lingkungan demikian juga sebaliknya. Jadi, kalor yang ditambahkan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam suatu sistem.
Kapasitas kalor suatu zat dalam keadaan volume konstan dapat kita misalkan sistem tersebut dipaksa untuk memiliki volume tetap dan tidak dapat melakukan kerja apapun. Kalor yang diperlukan agar mengubah temperatur dT adalah
berdasarkan persamaan tersebut Cv dapat dinyatakan dengan
Kalor yang diperlukan agar menghasilkan perubahan temperatur yang sama dan dinyatakan sebagai dalam hal
Pada kapasitas kalor bertekanan tetap
Kali ini untuk hubungan gas sempurna dilakukan perhitungan terlebih dahulu. Dalam kasus ini, kita dapat menggunakan persamaan diatas untuk menyatakan kedua kapasitas kalor dalam bentuk turunannya pada tekanan tetap dengan ,sehingga
By : Muhammad Faisal Risdianto 16630060