Ringkasan materi dan pembahasan soal UN tentang teori Kinetik Gas

RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA SMA TENTANG TEORI KINETIK GAS

Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasioanl fisika sma tentang teori kinetik gas ini meliputi: Hukum Boyle-Gay Lussac, persamaan umum gas ideal, tekanan gas, kecepatan efektif, dan energi kinetik gas. 

HUKUM BOYLE-GAY LUSSAC

PERSAMAAN UMUM GAS IDEAL

Keterangan:
P = tekanan gas (Pa).

V = volume (m³).

n = mol gas.
R = tetapan umum gas ideal (8,314 J/mol.K).
T = suhu mutlak (K).
N = jumlah partikel gas.

TEKANAN GAS

Dengan Ek = energi kinetik rata-rata (Joule).

KECEPATAN EFEKTIF

Dengan ρ = massa jenis gas dan Mr = massa molekul relatif (gram/mol).

ENERGI KINETIK GAS

CONTOH SOAL TEORI KINETIK GAS DAN PEMBAHASAN

Nomor 1 (UN 2010)
Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 5/4 T dan volumenya menjadi 3/4 V maka tekanannya menjadi...
A. 3/4 P
B. 4/3 P
C. 3/2 P
D. 5/3 P
E. 2P

Pembahasan:
Gunakan rumus:
P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2
P . V / T = P2 . 3/4 V / 5/4 T
P2 = 5/3 P

Jawaban: D

Nomor 2 (UN 2011)

Faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas didalam ruang tertutup:

1) tekanan

2) volume

3) suhu

4) jenis zat

Pernyataan yang benar adalah...

A. 1 dan 2

B. 1 dan 3

C. 1 dan 4

D. 2 saja

E. 3 saja

Pembahasan
Persamaan energi kinetik gas adalah Ek = 3/2 kT, jadi yang mempengaruhi energi kinetik gas adalah suhu.
Jawaban: E

Nomor 3 (UN 2009)
Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan), maka gas akan mengalami...
A. penurunan laju partike
B. penurunan suhu
C. kenaikan suhu
D. penambahan partikel gas
E. penurunan partikel gas

Pembahasan
Berdasarkan persamaan umum gas ideal P . V = N k T, diperoleh tekanan sebanding dengan suhu. Jadi jika tekanan besar maka suhu naik dan sebaliknya.
Jawaban: C

Nomor 4

Sepuluh liter gas ideal suhunya 127^oC mempunyai tekanan 165,6 N/m². Banyak partikel gas tersebut adalah...

A. 2 . 10¹⁹ partikel

B.  3 . 10¹⁹ partikel

C.  2 . 10²⁰ partikel

D. 3 . 10²⁰ partikel

E.  5 . 10¹⁹ partikel

Pembahasan

Untuk menghitung banyak partikel gas, gunakan persamaan umum gas ideal, tetapi hitung terlebih dahulu mol gas
PV = n R T
165,6 N/m2 . 0,01 m3 = n . 8,314 J/mol . K . (127 + 273) K
1,656 Nm = n . 3325,6 J/mol
n = 1,656 Nm / 3325,6 J/mol = 0,0005 mol
Menghitung banyak partikel
N = n Na = 0,0005 . 6,02 . 10²³ = 0,003 . 10²³ = 3 . 10²⁰ Partikel
Jawaban: D

Nomor 5

Jika P = tekanan, V = volume, T = suhu mutlak, N = jumlah partikel, n = jumlah mol, k = konstanta Boltzmann, R = tetapan umum gas, dan N₀ = bilangan Avogadro, maka persamaan gas berikut benar, kecuali...

A. PV = nRT

B.       PV = N/N₀ RT

C.       PV = nkT

D.       PV = NkT

E.        PV = nN₀Kt

Pembahasan

Rumus yang salah dari persamaan umum gas ideal adalah PV = n k T karena seharusnya PV = NkT
Jawaban: C

Nomor 6

Suatu gas ideal menempati ruang yang volumenya V, suhu T dan tekanan P. Kemudian dipanaskan sehingga volumenya menjadi 5/4 V dan tekanannya menjadi 4/3 P. Jadi pada pemanasan itu suhu gas
menjadi...
A. 3/4 T
B. 4/3 T
C. 4/2 T
D. 3/2 T
E. 5/3 T

Pembahasan

(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / T = (4/3 P . 5/4 V) / T2 (coret P dan V)
1/T = (5/3) / T2
T2 = 5/3 T
Jawaban: E

Nomor 7
Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 5/4 T dan volumenya menjadi 3/4 V, maka tekanannya menjadi...

A. 3/4 P
B. 4/3 P
C. 3/2 P
D. 5/3 P
E. 2 P

Pembahasan

(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / T = (P2 . 3/4 V) / 5/4T (coret 4, V dan T)
P = (P2 3/5)
P2 = 5/3 P
Jawaban: D

Nomor 8

Sejumlah gas ideal berada didalam ruangan tertutup mula-mula bersuhu 27^oC. Supaya tekanannya menjadi 4 kali semula, maka suhu ruangan tersebut adalah...

A.       108 ^oC

B.       297 ^oC

C.       300 ^oC

D.       927 ^oC

E.        1200 ^oC

Pembahasan

(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / 300 K = (4P . V) / T2 (coret P dan V)
1/300 K = 4/ T2
T2 = 4 . 300 K = 1200 K = (1200 - 273) ⁰C = 927 ⁰C
Jawaban: D

Nomor 9

Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan) maka gas akan mengalami...
A. Penurunan laju partikel
B. Penurunan suhu
C. Kenaikan suhu
D. Penambahan partikel gas
E. Penurunan partikel gas

Pembahasan

Jika gas ditekan berarti menambah tekanan yang mengakibatkan kenaikan suhu karena tekanan sebanding dengan suhu (PV = n R T)
Jawaban: C

Nomor 10

Dalam ruangan yang bervolume 1,5 liter terdapat gas yang bertekanan 10⁵ Pa. Jika pertikel gas memiliki kelajuan rata-rata 50 m/s, maka massa gas tersebut adalah...

A. 80 gram
B. 8 gram
C. 3,2 gram
D. 0,8 gram
E. 0,4 gram

Pembahasan
Untuk menghitung massa gas gunakan persamaan tekanan gas
P V = 1/3 N m v²
10⁵  . 1,5 10^-3 = 1/3 N m (50)²

150 = 1/3 N . m 2500
N m = 750 / 2500 = 0,3 kg
N m = 300 gram (N m = massa seluruh gas sedangkan m = massa satu partikel gas)
Jawaban: -

Nomor 11

Partikel-partikel gas oksigen didalam tabung tertutup pada suhu 20^oC memiliki energi kinetik 2140 J. Untuk mendapatkan energi kinetik 6420 J kita harus menaikkan suhunya menjadi...

A. 879 ^oC

B.  606 ^oC

C.  589 ^oC

D.  60 ^oC

E.  40 ^oC

Pembahasan

Gunakan perbandingan persamaan energi kinetik gas
EK1 / EK2 = (3/2 k T1) / (3/2 k T2) = T1 / T2
2140 J / 6420 J  = (20 + 273) K / T2
0,33 = 293 K/T2
T2 = 293 K / 0,33 = 887,9 K = 887,9 - 273 = 615 C^o
Jawaban: -

Nomor 12

Gas ideal bersuhu T₁ diisikan kedalam tabung. Jika gas dipanaskan sampai suhunya T₂ (T₂> T₁), maka pengaruh pemanasan pada kecepatan partikel gas (v), energi kinetik (Ek) dan jumlah partikel
gas adalah..

Pembahasan
Jika suhu gas dinaikkan akan mengakibatkan kenaikan tekanan, volume dan energi kinetik.

Jawaban: A

Nomor 13

Gas ideal dalam ruang tertutup bersuhu T kelvin mengalami penurunan suhu menjadi ½ T kelvin. Perbandingan energi kinetik partikel sebelum dan sesudah penuruan suhu adalah...

A. 1 : 4
B. 1 : 2
C. 1 : 1
D. 2 : 1
E. 4 : 1

Pembahasan
Gunakan perbandingan persamaan energi kinetik gas (lihat soal nomor 8)
EK1 / EK2 = T1 / T2
EK1 / EK2 = T / 1/2T = 2 / 1 = 2 : 1
Jawaban: D

Pembahasan soal teori kinetik gas video youtube

Pembahasan soal tekanan gas, energi kinetik dan kecepatan efektif

Tekanan gas, energi kinetik gas dan kecepatan efektif 

Contoh soal tekanan gas

Nomor 1
Tekanan gas dalam ruang tertutup:
1) Sebanding dengan kecepatan rata-rata partikel gas.
2) Sebanding dengan energi kinetik rata-rata partikel gas.
3) Berbanding terbalik dengan volume gas.
4) Tidak bergantung pada banyaknya partikel gas.
Pernyataan yang benar adalah...
A. 1, 2, dan 3
B. 1, 2, 3, dan 4
C. 1 dan 3
D. 2 dan 4
E. 4 saja

Pembahasan:

Lihat persamaan tekanan gas.
Jawaban: A

Nomor 2

Dua mol gas menempati ruang 24,08 L. tiap molekul gas memiliki energi kinetik sebesar 3 . 10^{– 21} Joule. Jika bilangan Avogadro 6,02 . 10²³ partikel maka tekanan gas dalam tangki adalah...

A.1,00 . 10² Pa

B. 2,41 . 10² Pa

C. 6,02 . 10² Pa

D.1,00 . 10⁵ Pa

E.   2,41 . 10⁵ Pa

Pembahasan:

Diketahui:

n = 2 mol

V = 24,08 L = 24,08 . 10^{– 3} m³

Ek = 3 . 10^{– 21} J

N_A= 6,02 . 10²³ partikel

Ditanya: P = ...

Jawab:

Terlebih dahulu hitung banyak partikel N.

N = n . N_A= 2 . 6,02 . 10²³ partikel

N = 12,04 . 10²³partikel

Contoh soal energi kinetik gas

Suatu gas ideal dengan tekanan P dan volume V. Jika tekanan gas dalam ruang tersebut menjadi ¼ kali semula pada volume tetap, maka perbandingan energi kinetik sebelum dan sesudah penurunan tekanan adalah...
A. 1 : 4
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 4 : 1
E. 5 : 1

Pembahasan:

Diketahui:

P₁= P

V₁= V

P₂= ¼ P

V₂= V₁ = V

Ditanya: Ek₁ : Ek₂ = ...

Contoh soal kecepatan efektif gas

Sebuah ruang tertutup berisi gas ideal dengan suhu T dan kecepatan partikel gas di dalamnya v. Jika suhu gas itu dinaikkan 2T maka kecepatan partikel gas tersebut menjadi...
A. √2 v

B. ½ v
C. 2 v
D. 4 v

E.  v²

Contoh soal energi kinetik gas 2

Didalam sebuah ruang tertutup terdapat gas dengan suhu 27^oC. Apabila gas dipanaskan sampai energi kinetiknya menjadi 5 kali semula, maka gas itu harus dipanaskan sampai suhu...

A. 100 ^oC

B. 135 ^oC

C. 1200 ^oC

D. 1227 ^oC

E. 1500 ^oC

Contoh soal energi kinetik rata-rata gas

Nomor 1
Sejumlah gas ideal dalam tabung tertutup dipanaskan secara isokhorik sehingga suhunya naik 4 kali semula. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal menjadi...
A. ¼ kali semula
B. ½ kali semula
C. Sama dengan semula
D. 2 kali semula
E. 4 kali semula

Pembahasan:

Dari persamaan energi kinetik gas Ek = 3/2 k T, menunjukkan energi kinetik sebanding dengan suhu. Artinya jika suhu naik 4 kali semula berarti energi kinetik naik 4 kali semula.
Jawaban: E

Nomor 2

Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan mutlak dan Ek menyatakan energi kinetik rata-rata molekul gas. Berdasarkan persamaan tersebut...
A. Semakin tinggi suhu, energi kinetik semakin kecil.
B. Semakin tinggi suhu, gerak partikel semakin lambat.
C. Semakin tinggi suhu, gerak partikel semakin cepat.
D. Suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik.
E. Suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel.

Pembahasan:

Dari persamaan energi kinetik gas Ek = 3/2 k T, menunjukkan energi kinetik sebanding dengan suhu. Sehingga semakin tinggi suhu maka energi kinetik makin besar. Energi kinetik makin besar maka gerak partikel makin cepat. 

Jawaban: C

Soal latihan tekanan gas, energi kinetik gas dan kecepatan efektif gas

Nomor 1 
Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut semakin kecil tekanan udaranya
SEBAB
Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut semakin rendah suhunya

Nomor 2
Pada ketinggian yang sama diatas bumi, angin mengalir dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu tendah
SEBAB
Makin tinggi suhu udara pada suatu tempat maka semakin rendah massa jenisnya

Nomor 3
Mendorong penghisap agar masuk lebih dalam pada suatu pompa yang lubangnya ditutup terasa lebih sukar bila dibandingkan dengan pompa yang lubangnya terbuka. Hal ini disebabkan...
A. adanya gaya tolak menolak antara molekul-molekul udara
B. jumlah molekul udara didalam pompa bertambah
C. berkurangnya tekanan udara di luar pompa
D. laju tumbukan molekul-molekul udara dengan penghisap bertambah
E. gesekan antara penghisap dengan dinding pompa.

Nomor 4
Laju efektif gas oksigen bermassa 32 g/mol pada suhu 27 C adalah...
A. 483 m/s
B. 443 m/s
C. 403 m/s
D. 383 m/s
E. 343 m/s

Nomor 5
Jika didalam sebuah ruangan tertutup terdapat hembusan kipas angin, maka suhu udara didalam ruangan akan semakin meningkat.
SEBAB
Gerak kipas angin akan menyebabkan gerakan partikel-partikel dalam ruangan tersebut meningkat.

Nomor 6
Sifat molekul gas yang berlaku untuk semua jenis gas pada temperatur yang sama adalah...
A. momentum rata-ratanya
B. energi kinetik rata-ratanya
C. kecepatan rata-ratanya
D. energi potensialnya
E. momentum sudut rata-ratanya