Makalah Kapasitas Kalor Gas

November282012

Hadduhhh gillaa .... pusing bgt nih otak mau hadapi Ujian Semester I, Catatan kurang lengkap, SPP belum lunas,, lengkap dah derita ane ,,. Plus ini mana malah disuruh bikin Makalah lg sma Ibu Mujiah ( guru Fisika guee hehehe.. biggrin ) hhaduuh,,, untung ada sahabat karib gue.. (ciiieh sahabat ^^,) siapa lagi kalau bukan Mbah Gugel Jengjrennngg.... lngsung aja deh kbetulan makalah ane udah jadi, jadi ane posting aje ye,, siapa tau ada yg bernasib sama kaya ane ,, biar gak terlalu pusing gitu... ohh iya thank jg bwt blog Gina Urfah,, dr dia jg nih Makalah, sok akrab bgt gue ,,, hhheheh pdahal knal jg nggak.. #_#,, oke Cekiiitttbbroot

 

 

KATA PENGANTAR

Bismillahiramanirrahim

Alhamdulilah, puji dan syukur penuyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah membimbing hambanya-Nya yang dlo’if ke jalan yang dirihoi-Nya. Berkah rahmat dan karunia-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini. Shalawat serta salam mudah-mudahan selalu tercurah kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita sebagai umatnya ke jalan yang benar dan diridoi Allah SWT.

Makalah ini berjudul “Kapasitas Kalor Gas” yang yang bertujuan untuk memenuhi Tugas Mandiri Fisika pada Jurusan Pendidikan Multimedia Di SMK PGRI Ciawigebang

Sungguh merupakan suatu kebanggaan dari penulis apabila makalah ini dapat terpakai sesuai fungsinya, dan pembacanya dapat mengerti dengan jelas apa yang dibahas didalamnya dapat bermamfaat khusunya bagi penulis dan masyarakat akademik pada umumnya.

Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan makalah ini. Segala kritikan dan saran yang membangun, sungguh sangat diharapkan demi memperbaiki pembuatan makalah di kemudian hari. Amin. Akhirnya pada Allah jua penulis kembali.

 

 

Selamat membaca!

Penulis, November 2012



 

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar belakang Masalah

Ilmu pengetahuan alam (sains) merupakan ilmu yang diperoleh melalui pengamatan dan penelitian terhadap alam serta gejala-gejala alam. Sains itu sendiri pada hakikatnya berkaitan dengan cara mencari tahu dan memahami tentang alam secara sistematis, sehingga sains bukan hanya penguasaan tentang kumpulan pengetahuan berupa fakta-fakta, konsep, prinsip saja tetapi juga merupakan suatu proses penemuan.

Fisika adalah satu bagian dari sains yang membahas tentang fenomena dan proses nyata yang menjadi masalah-masalah yang ada di alam. Dasar analisa Kapasitas Kalor Gas adalah kesetimbangan tekanan dan volum dalam system yang terisolasi dari lingkungan. Jika suatu sistem tidak menunjukkan terjadinya perubahan, maka sistem tersebut dapat dikatakan berada pada status keseimbangan.

Salah satunya uap super panas mempunyai sifat seperti gas jika berada di bawah suhu kritisnya, yaitu pada proses volume tetap (isokhorik) adalah proses yang bekerja pada satu garis volume sehingga volume akhir sama dengan volume awal proses. Proses tekanan tetap (isobarik) adalah proses yang bekerja pada satu garis tekanan sehingga tekanan akhir sama dengan tekanan awal proses.

Kapasitas kalor (C) dinyatakan dalam per satuan massa sehingga disebut sebagai kapasitas kalor jenis. Kapasitas kalor jenis didefinisikan sebagai perubahan kandungan panas yang terjadi sebagai akibat perubahan suhu pada satu satuan massa zat gas tertentu. Kapasitas kalor gas dapat berupa kapasitas kalor gas pada volume tetap (Cv) dan pada tekanan tetap (Cp).

 

B. Tujuan Penyusunan Makalah

1. Untuk mengetahui maksud dari Kapasitas Kalor Gas ?

2. Untuk mengetahui persamaan secara matematis dalam kapasitas kalor gas ?

3. Untuk memahami bagaimana pentingnya kapasitas kalor gas dalam penyuksesan Ilmu pengetahuan di eraglobalisasi ?

4. Untuk memahamai kegunaan kapasitas kalor dalam kehidupan ?

 

 

BAB II

PEMBAHASAN

Kapasitas Gas kalor

A. Pengertian Kapasitas Kalor Gas

Kapasitas kalor C suatu zat menyatakan banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 kelvin. Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai

C = Q/ΔT atau Q = CΔT

C= Kapasitas Kalor

Q = Qalor

∆T = Kenaikan Suhu

Kapasitas gas kalor adalah kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau volum tetap (proses isokhorik). Karena itu, ada dua jenis kapasitas gas kalor yaitu:

1. Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap

2. Kapasitas kalor pada volum tetap.

 

B. Uraikan Konsep Kapasitas kalor Gas

Kapasitas kalor gas diperoleh dari fungsi empirik temperatur, dan biasanya dalam bentuk yang sama. Kapasitas kalor gas sangat dipengaruhi oleh tekanan, namun pengaruh tekanan pada sifat termodinamika tidak digunakan dalam. Karena gas pada tekanan rendah biasanya mendekati ideal, kapasitas kalor gas ideal bisa digunakan untuk hampir semua perhitungan gas real pada tekanan atmosfir.

1. kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (Cp)

Kapasitas kalor gas adalah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu Kelvin pada tekanan tetap. tekanan system dijaga selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam, kalor, dan kerja pada proses ini tidak ada yang bernilai nol.

Maka secara matematis :

Cp = Q/ΔT = ((5/2PΔV)/(ΔT)) = ((5/2nRΔV)/(ΔT)

Cp = 5/2nR

 

2. Kapasitas kalor gas pada volum tetap (Cv)

Kapasitas kalor pada volum tetap artinya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu kelvin pada volum tetap. Artinya kalor yang diberikan dijaga selalu konstan.

 Karena volume system selalu konstan, maka system tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada system. Jadi kalor yang ditambahkan pada system digunakan untuk menaikan energi dalam sistem.

Maka secara matematis :

Cv = Q/ΔT = (3/2nRΔT)/ΔT

Cv = 3/2nR

Berdasarkan persamaan di atas dapat diperoleh bahwa:

Cp – Cv = 5/2nR – 3/2nR

Cp – Cv = nR

Kapasitas yang diperoleh pada persamaan tersebut adalah untuk gas monoatomik. Sedangkan untuk gas diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas. Dapat digunakan pembagian suhu sebagai berikut:

  • Pada suhu rendah (± 250 K): Cv = 3/2nR dan Cp = 5/2nR
  • Pada suhu sedang (± 500 K): Cv = 5/2nR dan Cp = 7/2nR
  • Pada suhu tinggi (± 1000 K): Cv = 7/2nR dan Cp = 9/2nR

Oleh karena itu, konstanta Laplace γ dapat dihitung secara teoretis sesuai persamaan sebagai berikut:

  • Gas monoatomik: γ = Cp/Cv = ((5/2nR)/(3/2nR)) = 5/3 = 1,67
  • Gas diatomik pada suhu kamar: γ = Cp/Cv = ((7/2nR)/(5/2nR)) = 7/5 = 1,4

Dengan memasukan nilai Qp danQc sertqa W diperoleh :

C p∆T – Cv∆T = p∆V

(C p – Cv ) = p∆V

C p – Cv= p∆V / ∆T

Akhirnya kita mendapatkan rumus lengkap usaha yang dilakukan oleh gas seperti dibawah ini :

· W = p∆V = p (V2- V1)

· W = nR∆V = nR(T2- T1)

· W = Qp - Qv = (Cp – Cv)∆T

C. Konsep Kimia yang terkait dengan konsep fisika

Persyaratan energi memainkan peranan penting dalam menentukan arah akan terjadinya suatu reaksi kimia. Kapasitas kalor gas pada kimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuk lain energi, dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan perubahan keadaan. Dalam konsep kimia kapasitas kalor gas yang menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan dan pembentukan larutan.

Kedua konsep, kapasitas kalor gas dalam kimia dan fisika berupa perubahan energi yang dapat diperoleh dari reaksi-reaksi. Karena pengukuran dan perhitungan kalor reaksi kimia bersifat dasar untuk pemahaman kalor gas.

 

a. Hubungan energi dalam pada Reaksi Kimia

Energi dalam adalah energi total pada system zat-zat kimia. Energi dalam bergantung pada gerakan molekul, penataan, gaya tarik antar molekul, dan faktor-faktor lain semua itu adalah suatu fungsi keadaan. Sana halnya dengan entalpi H, harga mutlak energi dalam E, dari suatu keadaan tidak dapat ditentukan, namun perubahan energi dalam dapat ditentukan.

Perubahan kimia mencakup perubahan pada energi dalam produk relative terhadap pereaksi. Jika E2 yaitu energi dalam sama denagn E2 – E1. suatu perubahan pada energi dalam suatu system dilaksanakan oleh transfer kalor ataupun dilakukannya kerja.

 

b. Hubungan Kapasitas kalor Gas dalam konsep Kimia

Perubahan kapasitas kalor pada volume kostan (Cv) dan tekanan konstan (Cp) lebih mudah diukur, meskipun proses yang dilakukan pada tekanan konstan (tekanan atmosfer) bagi proses reaksi kimia lebih penting daripada volume konstan.

Sifat materi yang dapat dikur secara kuantitatif. Kerja dan pindah panas dapat diukur dan dihitung, namun kedua hal tersebut bukan properti. Tekanan sebagai fungsi volume spesifik dan suhu, atau p = p(v,T), dan seterusnya. Properti yang umum digunakan untuk menyatakan status suatu sistem sederhana (zat murni yang hanya terdiri atas satu komponen) adalah tekanan (p; satuan Pa), volume spesifik (v; satuan m3/kg), suhu (T; satuan K), energi dalam spesifik (u; satuan kJ/kg), entalpi spesifik (h; satuan kJ/kg), dan entropi spesifik (s; satuan kJ/kg). Untuk sistem yang terdiri atas lebih dari satu zat yang tidak saling bersenyawa, penentuan nilai properti tersebut dapat dilakukan jika komposisi masing-masing zat di dalam sistem diketahui. (Tambunan, 2007)

Kapasitas panas (c) adalah ekstensif yang sering dinyatakan dalam per satuan massa sehingga disebut sebagai kapasitas panas jenis. Kapasitas panas jenis didefinisikan sebagai perubahan kandungan panas yang terjadi sebagai akibat perubahan suhu pada satu satuan massa zat tertentu. Kapasitas panas jenis dapat berupa kapasitas panas jenis pada volume tetap (cv) dan pada tekanan tetap (cp), sesuai dengan kondisi yang ditetapkan. cv dituliskan dalam persamaan:

Hubungan antara kapasitas panas jenis suatu gas ideal pada tekanan tetap dengan pada volume tetap dapat ditentukan jika u, h, dan pV dinyatakan sebagai fungsi T. Bentuk diferensial persamaan terhadap suhu ada Untuk gas ideal, berdasarkan percobaan joule diperoleh     Cp – Cv = nR

Perbandingan kapasitas panas pada tekanan tetap terhadap kapasitas panas pada volume tetap (cp/cv) sering sangat bermanfaat untuk analisis sistem pendinginan. Untuk gas ideal nilai rasio kapasitas panas tersebut adalah:

Fasa suatu zat dapat diketahui berdasarkan dua sifat yang berbeda. Jika nilai salah satu properti berubah maka dikatakan zat tersebut mengalami proses. Sifat yang umum dipakai adalah tekanan, suhu, dan volume.

Kalor-kalor pembakaran senyawa oganik lazim dilakukan denagn menggunakan kalorimeter bom. Dalam alat ini, reaksi dilakukan dalam suatu sistem yang tertutup atau terisolasi dan proses terjadi pada voleme konstan. Perubahan kalor yang diukur sama denagn energi dalam

Perubahan kalor dalam suatu proses tekanan konstan sebagai perubahan entalpi, ∆H.

Kalor pembentukan atom gas, dalam kJ/ mol, pada 250

Atom

∆Hfo

H

218.0

N

472.6

O

249.2

F

78.5

CL

121.3

Br

111.9

I

106.8

B

571.1

C

716.7

S

277.4

Harga-harga dihitug dari data dalam handbook of chemistry and physics, R.C Weast,Weast, Ed,CRC Press Inc,1979

harga ∆H yang diingikan dihubungkan dengan ∆E, secara matematis :

∆H= ∆E + ∆nRT

n ialah jumlah mol produk-produk yang berbentuk gas minus jumlah mol pereaksi yang berbentuk gas, seperti dinyatakan pada persamaan berimbang untuk reaksi.

Selisih antara ∆H dan ∆E kecil untuk kebanyakan reaksi pada temperature biasa. Hanya bila ∆n atau T besar , selisih itu akan bermakna.

Penentuan Kalor reaksi dalam reaksi kimia menggunakan kalorimetri. Kalorimetri reaksi merujuk pada penentuan kalor reaksi apa saja selain reaksi pembakaran. Metoda ini digunakan denagn senyawa anorganik dan larutannya.

Dalam subuah kalorimetri jenis, reaksi berlangsung dalam bilik reaksi yang dibenamkan dalam air yang kuantitasnya diketahui dengan penimbangan, dalam suatu bejanayang erisolasi. Satu cara untuk mengawali reaksi dalam bilik tyang tertutup rapat ini adalah memanasi suatu kumparan kawat yang tidak bereaks, denagn mengalirkan kelistrikan. Jika reaksi itu diduga bersifat sanagnt eksoterm bilik dibuat dari baja agar tahan terhadap tekanan yang dihasilkan oleh gas-gas panas yang ada.

Banyaknya kalor yang dibebaskan ataupun diserap diperoleh denagn menaruh suatu kuantitas yang ditimbang dari pereaksi dalam wadah, membiarkan reaksi berlangsung.dari bobot bahan-bahan yang terlibat (air, hasil reaksi, dan kalorimeter), perubahan temperaturnya, kapasitas kalor gas, maka banyaknya perubahan kalor selama reaksi dapat dihitung.

D. Contoh soal dan masalah dalam kapsitas kalor gas

  • Soal dalam konsep fisika

1. Sebanyak 56,0 x 10-3 kg Nitrogen dipanaskan dari270 K menjadi 310 K, jika nitrogen ini dipanaskan dalam bejana yang bebas memuai, maka diperlukan kalor 2,33 kJ. Jika nitrogen ini dipanaskan dalam bejana kaku ( tidak dapat memuai ), maka diperlukan kalor 1,66 kJ. Hitung :

a. kapasitas gas umum

b. tetapan gas umum

Penyelesaian :

Diketahui : massa m = 56,0 x 10-3 kg

∆T = 310 K – 270 K = 40,0 K

Massa molekul M = 28,0 g/mol = 28,0x10-3 kg/mol

a. Untuk bejana yang bebas memuai

Qp = 2,33 kJ = 2330 J

Cp = Qp/ ∆T = 2330 J / 40,0 = 58,2 J K-1

Untuk bejana yang kaku ( tidak dapat memuai )

Qv = 1,66 kJ = 1660 J

Cv = Qv/ ∆T = 1660 / 40,0 = 41,5 J K-1

 

 

b. Tetapan gas umum R

n = m/M

Cp – Cv = nR

R= m/ M (Cp - Cv)

= 28, 0 x 10-3 kg/mol / 56,0 x 10-3 kg (58,2 JK-1 – 41,5 J K-1)

= 8,35 J K-1 mol-1

  • Soal dalam konsep kimia

2. Satu mol gas helium, dianggap dianggap bersifat ideal. Dipanaskan pada tekanan tetap dari 25o C sampai 45oC . Tentukan perubahan entalpi system jika diketahui kapasitas kalor molar, Cv = 3/2 R.

Penyelesaian :

Diketahui :

Keadaan 1 keadaan 2

n1 = 1 mol P2 = P1

P1 = P T2 = 45O C + 273

T1 = 25o C + 273 = 318, 15 K

= 298,15 K

Ditanyakan :

Perubahan entalpi, ∆H ?

∆H = n 5/2 R (T2-T1)

= 5/2 1 mol 8, 314 JK-1 mol -1 (318, 15 – 298,15 ) K

= 400 J

Jadi, entalpi system meningkat 400 J

3. kalor pembakaran benzena C6H6 (l), seperti yang ditentukan dalam sebuah kalori meter bom adalah – 3623,9 kJ mol pada 25o C dan tekanan 1 atm. Hitunglah perubahan entalpi ,∆Hro untuk proses ini.

Penyelesaian :

Qv/ ∆E = - 3623, 9 kJ/ mol

n = 6CO2(g)15/2 O2 (g)

6 mol – 7,5 mol = 1,5 mol

∆H = ∆E + ∆nRT

∆H =- 3623,9 kJ + [ ( -1,5 mol) (8,314 x J/ K x mol ) x (298 K) (1kJ/ 1.000 J ) ]

∆Hro = - 3623,9 kJ x (- 3,72 kJ) = - 3,267, 6 kJ

Penyelesaian Masalah Kapasitas kalor gas

 

  • Lihat satuan untuk kerja dan kalor, kerja sering kali dinyatakan dalam joule dan kalor dalam kalori atau kilikalori, tetapi pilih hanya satu satuan untuk satu soal
  • Temperatur pada umumnya dinyatakan dalam Kelvin, perbedaan temperatur bias dinyatakan dalam Co atau K
  • Satuan SI untuk kalor Q adalah J dan ∆T adalah K, sehingga satuan SI untuk kapasitas kalor adalah J/K atau J K-1
  • Perhatikan dalam penyelesaian soal, Kapasitas yang diperoleh untuk gas monoatomik, diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas.
  • Gas pada kapasitas kalor dalam tekanan dan volum tetap selalu dijaga konstan
  • Energi dalam merupakan sifat system, sedangkan kerja dan kalor bukan sifat system.
  • Perubahan kalor dapat menghasilkan usaha dari perubahan energi dalam.
  • Kalor yang masuk sistem menjelma sebagai penambahan energi dalam system

 

BAB III

PENUTUP

A. Manfaat Kapasitas kalor Gas

Konsep kapasitas kalor gas berarti memberikan kalor kepada gas untuk menaikan suhunya satu system ke lingkungan lainnya dengan cara-cara tertentu. Diperlukan analisa pindah panas dan massa untuk mengetahui proses yang terjadi. Memberikan konsep adanya energi dalam suatu sistem (u). Jumlah energi dalam suatu benda selalu tetap jika tidak ada panas (q) maupun kerja yang dilakukan padanya (w). dewasa ini, konsep ini bermanfaat untuk pengolahan sampah dan beberapa mesin pendingin.

1. Teknologi pengolahan sampah

Untuk mengkonversi sampah menjadi energi. Pada dasarnya ada dua alternatif proses pengolahan sampah menjadi energi, yaitu proses biologis yang menghasilkan gas-bio dan proses thermal yang menghasilkan panas. Konsep ini digunakan pada PLTSa dan takakura.

2. Teknik pendinginan

Refrigerasi (pendinginan) adalah suatu sistem yang mengambil panas dari suatu benda atau ruangan yang bersuhu lebih rendah dari lingkungan alamiahnya. Bangsa Romawi dan Cina mengambil es dan salju untuk digunakan sebagai penyejuk udara saat musim panas. Bangsa Mesir meletakkan bejana air di atap rumah pada malam hari untuk mendinginkannya. Terlihat bahwa usaha untuk mendinginkan bahan atau udara telah ada sejak dahulu. Peradaban yang maju membuat teknik pendinginan semakin berkembang

Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang. Di bidang industri, pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja.

Dingin merupakan hasil yang diciptakan oleh mesin pendingin terutama kulkas dan freezer. Sedangkan AC lebih ke keadaan sejuk. Proses terjadinya pendinginan yang diciptakan oleh mesin pendingin sebenarnya merupakan tiruan terjadinya dingin yang disebabkan oleh alam. Dan dingin sebenarnya merupakan suatu proses penguapan karena adanya panas akan menimbulkan udara dingin disekitarnya. Dingin terjadi karena adanya penguapan, dan penguapan berlangsung karena adanya panas.

Bagikan ke Facebook Bagikan ke Twitter

Komentar

2 tanggapan untuk "Makalah Kapasitas Kalor Gas"

RoviAgus IDMS pada 01:47 AM, 03-Jan-13

absen malam sob, nice post..razz
kunbal ya sob, thanks..cheesy-grin

IMamZ PunyabLog pada 11:21 AM, 03-Sep-13

Thank sob

Langganan komentar: [RSS] [Atom]

Komentar Baru

[Masuk]
Nama:

Email:

Komentar:
(Beberapa Tag BBCode diperbolehkan)

 
Kembali ke Atas