Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas

Ilustrasi gerak partikel gas

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Teori Kinetik Gas yang meliputi:

• persamaan umum gas ideal, 
• hubungan antara suhu gas terhadap energi kinetik gas, serta 
• gerak partikel gas.

Soal Teori Kinetik Gas UN 2011

Sejumlah gas ideal berada di dalam ruangan tertutup mula-mula bersuhu 27 °C. Supaya tekanannya menjadi 4 kali semula, suhu ruangan tersebut haruslah ….

A.   108 °C
B.   297 °C
C.   300 °C
D.   927 °C
E.   1.200 °C

Pembahasan

Persamaan umum gas ideal adalah: 

PV = nRT

Gas ideal berada pada ruang tertutup berarti volume gas sebelum dan sesudah dipanaskan adalah tetap (V konstan). Sementara itu nilai n (jumlah mol gas) juga tetap karena tidak penambahan massa gas. Sedangkan R memang tetapan. Dengan demikian, persamaan di atas berlaku perbandingan: 

P ~ T

Berdasarkan perbandingan senilai di atas, jika P dijadikan 4 kali semua maka otomatis T akan menjadi 4 kali semula juga. 

T₂ = 4T₁

Notasi suhu pada persamaan di atas menggunakan huruf besar (T) berarti besaran suhu harus bersatuan Kelvin. 

T₁ = (27 + 273) K
     = 300 K

Nah, sekarang nilai T₂ akan menjadi: 

T₂ = 4 × 300 K
     = 1200 K
     = (1200 − 273) °C
     = 927 °C

Jadi, agar tekanannya menjadi 4 kali semula, suhu ruangan tersebut haruslah 927 °C (D).

Soal Teori Kinetik Gas UN 2014

Pada kondisi awal partikel gas yang berada dalam ruang tertutup memiliki tekanan P, volume V, dan suhu T. Jika gas volumenya diubah menjadi 3/4 V dan suhu diubah menjadi 2T maka perbandingan tekanan awal  dengan tekanan setelah V dan T diubah adalah ....

A.   2 : 3
B.   3 : 2
C.   3 : 4
D.   3 : 8
E.   8 : 3

Pembahasan

Data yang diketahui pada soal: 

P₁ = P 
V₁ = V 
T₁ = T 
V₂ = 3/4 V 
T₂ = 2T

Berdasarkan persamaan umum gas ideal: 

PV = nRT

diperoleh perbandingan:

     = 3 : 8

Jadi, perbandingan antara tekanan awal dengan tekanan setelah V dan T diubah adalah 3 : 8 (D).

Soal Teori Kinetik Gas UN 2010

Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang mempunyai volume V, suhu T, dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi 2T dan tekanan menjadi 3/2 P maka volume gas akan menjadi …

A.   3/4 V
B.   4/3 V
C.   3/2 V
D.   2V
E.   3V

Pembahasan

Diketahui: 

V₁ = V 
T₁ = T 
P₁ = P 
T₂ = 2T 
P₂ = 3/2 P

Perbandingan antara P, V, dan T dari persamaan umum gas ideal adalah:

Jadi, volume gas tersebut ketika suhunya diubah menjadi 2T dan tekanannya menjadi 3/2 P adalah 4/3 V (B).

Soal Teori Kinetik Gas UN 2011

Faktor-faktor yang memengaruhi energi kinetik gas di dalam ruangan 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

Energi kinetik gas dalam ruangan tertutup dirumuskan sebagai: 

E_k = 3/2 kT

sehingga 

E_k ~ T

Jadi, energi kinetik gas dalam ruangan tertutup hanya dipengaruhi oleh suhu (E).

Soal Teori Kinetik Gas UN 2010

Suhu gas ideal tabung dirumuskan sebagai E_k = 3/2 kT dengan T menyatakan suhu mutlak dan E_k adalah energi kinetik rata-rata molekul gas.
Berdasarkan persamaan di atas …

A.   semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin kecil
B.   semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin lambat
C.   semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin cepat
D.   suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas
E.   suhu gas tidak memengaruhi gerak partikel gas

Pembahasan

Berdasarkan rumus yang disajikan pada soal, diperoleh hubungan: 

E_k ~ T

Dari hubungan antara energi kinetik dan suhu di atas dapat disimpulkan:

• energi suhu gas berbanding lurus dengan energi kinetik gas [opsi D salah] 
• semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin besar [opsi A salah]

Sedangkan energi kinetik sendiri mempunyai rumus: 

E_k = 1/2 mv²

Jika dikaitkan dengan energi kinetik gas maka diperoleh:

         E_k = 3/2 kT
1/2 mv² = 3/2 kT

Sehingga diperoleh hubungan: 

v² ~ T

Hubungan ini berarti:

• suhu gas akan memengaruhi gerak (kecepatan) partikel [opsi E salah]
• semakin tinggi suhu gas, gerak partikel semakin cepat [opsi B salah, opsi C benar] 

Jadi, pernyataan yang benar adalah semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin cepat (C).

Pembahasan Soal Teori Kinetik Gas yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 18.
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 21 dan 22
Pembahasan Fiiska UN 2017 No. 25
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 24 dan 25
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 26

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Gelombang.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.