MINIATURE FOUNTAIN

A. TUJUAN

     Mengetahui hubungan antara air mancur mini dengan persamaan gas ideal.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Sedotan
2. Botol kaca
3. Tanah liat
4. Pewarna
5. Air dingin
6. Air panas 

C. PROSEDUR 

1. Aduk pewarna lalu masukkan ke dalam air dingin
2. Isi botol kaca dengan air panas
3. Tunggu selama 5 detik hingga botol kaca menjadi panas
4. Keluarkan air panas dari botol kaca
5. Potong sedotan menjadi ¾ sesuai panjang botol kaca
6. Tutup botol kaca dan sedotan dengan tanah liat atau bisa juga dengan slime
7. Balikkan botol kaca dan rendam sedotan ke dalam air dingin

D. TEORI DASAR (KONSEP TERMODINAMIKA)

Miniature fountain ini berhubungan dengan konsep termodinamika tentang Persamaan gas ideal.

1. Pengertian gas ideal

        Gas ideal adalah kumpulan dari partikel pada sebuah zat yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikel tersebut. Partikel dalam gas yang selalu bergerak secara acak ke segala arah bisa bertumbukan satu sama lain, tetapi pada gas ideal, tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna atau tumbukan yang tidak membuat partikel kehilangan energi.

        Sebenarnya, dalam kehidupan sehari-hari kita, tidak ada yang namanya gas ideal. Gas-gas di kehidupan nyata berada pada tekanan rendah dan suhunya tidak mendekati dengan titik cair gas. Namun, karena gas yang berada di tekanan rendah dan suhunya tidak dekat dengan titik cair gas mendekati dengan karakter gas ideal, maka gas tersebut diasumsikan sebagai gas ideal di kehidupan nyata.

2. Ciri-ciri gas ideal

Ciri-ciri gas ideal sangat unik dibandingkan dengan gas lainnya, yaitu:

• Gas ideal terdiri dari molekul dengan jumlah yang sangat banyak dengan jarak antar molekulnya jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran molekul. Hal ini membuat gaya tarik molekul menjadi sangat kecil sehingga diabaikan.
• Molekul gas bergerak acak dengan kecepatan tetap dan memenuhi hukum gerak Newton.
• Molekul gas ideal mengalami tumbukan lenting sempurna satu sama lain atau dengan dinding wadah. Dinding wadah gas ideal sifatnya kaku sempurna dan tidak akan bergerak.
• Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya.

3. Jenis-jenis gas ideal

    Seperti yang disebutkan sebelumnya, gas ideal sebenarnya tidak ada. Namun, beberapa gas yang berada di temperatur tinggi dan tekanan rendah memiliki perilaku seperti gas ideal, yaitu melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi kinetik partikel. Sementara itu, ukuran molekulnya jauh lebih kecil dibandingkan dengan ruangan kosong antara molekul. Dari penjelasan tersebut, ada beberapa jenis gas di dunia yang masih bisa disebut dengan gas ideal, seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, dan karbon dioksida.

4. Sifat gas ideal

Untuk membedakan gas ideal dengan gas lainnya, maka kamu perlu memahami sifat dari gas ideal dan selanjutnya untuk gas dengan sifat tersebut akan disebut sebagai gas ideal. Berikut ini adalah sifat-sifat gas ideal:

• Volume molekulnya diabaikan terhadap volume ruang yang ditempati.
• Gaya tarik antar molekul sangat kecil sehingga bisa diabaikan.
• Tumbukan antar molekul atau partikel serta tumbuhan partikel atau molekul terhadap dinding sifatnya elastis, artinya tidak akan mengalami perubahan energi, bisa disebut dengan terjadi lenting sempurna.
• Tekanan disebabkan karena tumbukan pada dinding tabung, sementara besar kecilnya tekanan pada gas karena jumlah tumbukan per satuan luas per detik.

5. Syarat gas ideal

Sebuah gas dikatakan ideal apabila memenuhi syarat-syarat di bawah ini:

• Suatu gas yang terdiri dari molekul yang identik sehingga antar molekulnya tak bisa dibedakan.
• Molekul dalam gas bergerak secara acak ke segala arah.
• Molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.
• Jarak antar molekul lebih besar dibandingkan ukuran molekulnya.
• Tidak ada gaya interaksi antarmolekul, kecuali tumbukan antar molekul atau dengan dinding.
• Semua tumbuhan dari molekul dengan molekul atau molekul dengan dinding adalah lenting sempurna.
• Tumbukan molekul tersebut terjadi pada waktu yang sangat singkat.
• Hukum Newton tentang gerak berlaku pada gas ideal.

6. Hukum gas ideal

        Persamaan gas ideal didasarkan pada Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay Lussac. Sehingga, wajib memahami ketiga hukum pada gas tersebut yang akan dijelaskan di bawah ini:

a. Hukum Boyle

           Hukum Boyle berbunyi bahwa untuk jumlah tetap gas ideal pada suhu sama, tekanan (P) dan volume (V) merupakan proporsional terbalik, yang satu ganda yang satunya setengah.

PV = Konstan atau P1 V1 = P2 V2

Dimana,

P = tekanan gas pada suhu tetap (Pa)

V = volume gas pada suhu tetap (m3)

P1 = tekanan gas pada keadaan I (Pa)

P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)

V1 = volume gas pada keadaan I (m3)

V2 = volume gas pada keadaan II (m3)

b. Hukum Charles

        Hukum Charles menyatakan apabila gas dalam sebuah ruang tertutup dengan tekanan yang dijaga konstan, membuat volume pada gas dalam jumlah tertentu akan berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya.

Dari pernyataan Hukum Charles tersebut, berikut ini persamaannya:

V/T = Konstan atau V1/T1 = V2/T2

Dimana,

V = volume gas pada tekanan tetap (m3)

T = suhu gas pada tekanan tetap (K)

V1 = volume gas pada keadaan I (m3)

V2 = volume gas pada keadaan II (m3)

T1 = suhu gas pada keadaan I (K)

T2 = suhu gas pada keadaan II (K)

c. Hukum Gay Lussac

        Hukum Gay Lussac menyebutkan bahwa tekanan dari massa gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas, saat volume dipertahankan dalam keadaan konstan.

P/T = konstan atau P1/T1 = P2/T2

P = tekanan gas pada volume tetap (Pa)

T = suhu gas pada volume tetap (K)

P1 = tekanan gas pada keadaan I (Pa)

P2 = tekanan gas pada keadaan II (Pa)

T1 = suhu gas pada keadaan I (K)

T2 = suhu gas pada keadaan II (K)

 7. Rumus gas ideal

        Persamaan gas ideal adalah persamaan yang menjelaskan terkait hubungan antara tekanan dan volume pada gas dengan temperatur dan jumlah mol gas. Rumus gas ideal ini didasari dari ketiga hukum yang sudah dibahas di atas. Berikut ini persamaan umum gas ideal

PV = nRT

PV = (m/M)RT

PM = RT

PV = (N/NA) RT

PV = NkT

Dimana,

P = tekanan (Pa)

V = volume (m3)

n = jumlah mol (mol)

T = suhu gas (K)

R = tetapan umum gas (8,314 J/mol K)

m = massa gas (kg)

M = massa relatif gas (kg/mol)

ρ = massa jenis (kg/m3)

N = jumlah partikel

NA = bilangan Avogadro (6,02 x 1026 partikel/kmol)

k = tetapan Boltzman (1,38 x 10-23 J/K)

8. Perbedaan gas ideal dengan gas sejati

Berikut ini adalah perbedaan gas ideal dan gas sejati atau nyata:

• Gas ideal tidak memiliki gaya antarmolekul dan molekul gasnya dianggap partikel titik. Sementara gas nyata memiliki ukuran dan volume yang kemudian memiliki gaya antarmolekul.
• Sebenarnya, gas ideal tidak ada di kehidupan nyata. Namun, gas nyata bisa.
• Gas di kehidupan nyata yang mendekati dengan gas ideal berada di tekanan rendah dan suhu tinggi. Sementara, gas nyata berada di tekanan tinggi dan suhu rendah,
• Gas ideal bisa menggunakan persamaan PV = nRT = nKT. Gas nyata tidak bisa dan persamaannya lebih rumit.

E. PEMBAHASAN

    Pada Miniature Fountain, ketika botol tidak penuh cairan tetapi penuh molekul udara pada percobaaan air mancur mini botol kaca panas. Oleh karena itu molekul udara juga panas. Menyegel botol kaca panas dengan plastisin membuat molekul udara panas turun ke dalam botol kaca. Tekanan luar dalam botol kaca memaksa air naik sehingga mengurangi volume udara di dalam yang menyamakan tekanan, karena suhu udara di dalam botol telah mendingin tekanan menurun dan air mancur berhenti bekerja. 

    Percobaan ini sesuai dengan hukum gas ideal, yaitu tekanan berbanding lurus dengan suhu, jika tekanan bertambah maka suhu juga bertambah.

 F. KESIMPULAN

    Ketika tekanan gas dalam botol diperbesar, seperti pada pompa air mancur, volumenya berkurang. Sebaliknya, ketika tekanan berkurang volumenya meningkat. Hal ini mencerminkan hubungan langsung antara tekanan, volume, dan suhu pada gas ideal sesuai dengan persamaan gas ideal, PV = nRT.

DAFTAR PUSTAKA

Reynolds, William C. dan Perkins Henry C. 1996. Termodinamika Teknik Edisi ke dua (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.

Zemansky, Mark W. dan Dittman, Richard H. 1986. Kalor dan Termodinamika (Terjemahan). Bandung: ITB