10 Soal & Pembahasan Teori Kinetik Gas (bagian 3) ǀ Pilihan Ganda
Kita
telah membahas 10 soal teori kinetik gas (bagian 2). Berikut 10 soal dan
pembahasan teori kinetik gas (bagian 3) yang dapat dipelajari sebelum ujian.
Baca
sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Teori Kinetik Gas (bagian 2) ǀ
Pilihan Ganda
Pilihlah
jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
21.
Gas berada pada suhu 200 K. Agar kecepatan rata-rata partikel gas menjadi dua
kalinya, maka suhunya harus diubah menjadi . . .
A. 100 K
B. 300 K
C. 400 K
D. 600 K
E. 800 K
Pembahasan
:
Ek
= (3/2).k.T
Ek
= (3/2).k.200
Ek
= 300.k, jika Ek = 2Ek
2Ek
= 600.k
Untuk
mendapatkan nilai 2Ek, suhunya harus 600.
Jawaban
D.
Pernyataan
berikut untuk menjawab soal nomor 22 – 24.
Andi
merupakan seorang Fisikawan. Ia memasukkan gas nitrogen pada dua wadah. Kedua
wadah tersebut diberi nama wadah A dan B. Gas pada kedua wadah berada pada suhu
ruang dan tekanan normal. Wadah B memiliki volume tiga kali volume wadah A.
22.
Kelajuan efektif dari gas di wadah A adalah . . .
A. Sepertiga kali wadah B
B. Setengah kali wadah B
C. Sama dengan wadah B
D. Dua
kali wadah B
E. Tiga kali wadah B
Pembahasan
:
Pada
suhu yang sama, kelajuan efektif (rata-rata) dari gas masih sama
v =
akar(3kT/m), dimana nilai T keduanya sama (suhu ruang)
Jawaban
C.
23.
Energi kinetik rata-rata dari gas di wadah A adalah . .
A. Sepertiga kali wadah B
B. Setengah kali wadah B
C. Sama dengan wadah B
D. Dua
kali wadah B
E. Tiga kali wadah B
Pembahasan
:
Pada
kasus di atas, besaran yang memiliki nilai konstan hanya boleh satu P, V, atau
T. Jika T konstan dan volume ditambah, maka tekanan akan berkurang.
Wadah
B memiliki volume tiga kali wadah A atau 3V. Sehingga, tekananya menjadi (1/3)
kali wadah A atau (1/3)P. Kita menggunakan persamaan PV/T.
Wadah
A memiliki volume sebesar V. Tekanannya adalah P.
*Energi
kinetik rata-rata (efektif)nya
Ek
= (3/2)P.V/N atau (3/2)kT
Jadi,
nilai perhitungan keduanya adalah tetap untuk wadah A dan B
Jawaban
C.
24.
Energi dalam (internal) dari gas pada wadah B adalah . . .
A. Sepertiga kali wadah B
B. Setengah kali wadah B
C. Sama dengan wadah B
D. Dua
kali wadah B
E. Tiga kali wadah B
Pembahasan
:
U =
(3/2)NkT, dimana suhu sama
Jawaban
C.
25.
Dua sampel gas (A dan B) berada dalam tekanan dan densitas yang sama. Volume
gas B empat kali gas A. Kecepatan rata-rata partikel adalah . . .
A. Seperempat kali wadah B
B. Setengah kali wadah B
C. Sama dengan wadah B
D. Dua
kali wadah B
E. Tiga kali wadah B
Pembahasan
:
Pada
kondisi di atas, tekanan (P) sama dan volume (V) berbeda. Hal ini menendakan
suhu (T) keduanya berbeda.
Jika
wadah B memiliki volume sebesar 4V, maka suhunya 4T. Jika wadah A memiliki
volume sebesar V, maka suhunya T.
Densitas
(kerapatan) kedua wadah sama, berarti massa gas yang diisikan pada kedua wadah
berbeda. Misal, batu A dan B memiliki kerapatan yang sama. Batu B memiliki
volume empat kali A. Kerapatan batu sama, tetapi massa berbeda. ρ=m/V
v =
akar(3kT/m)
v =
akar(3kT/ρV)
v2
= 3kT/ρV
Dari
persamaan di atas kita dapat membuat persamaan baru sebagai berikut
|
vA2 |
= |
vB2 |
|
3kTA/ρVA |
= |
3kTB/ρVB |
|
TA/VA |
= |
TB/VB |
|
T/V |
= |
4T/4V |
Jadi,
kecepatan rata-rata (efektif) keduanya sama saja..
Jawaban
D.
26. Perhatikan
gambar berikut!
A.
Gas wadah 1
B. Gas wadah 2
C. Gas wadah 3
D. Gas wadah 1 dan 2
E. Gas wadah 1 dan 3
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= 57 oC = 330 K
T2
= 37 oC = 310 K
T3
= 27 oC = 300 K
Massa
molar H2 = (2 atom x 1,008) = 18,015 g/mol
Massa
molar O2 = (2 atom x 15,999) = 31,998 g/mol
Massa
molar He = (1 atom x 4,00) = 4,00 g/mol
*Kelajuan
rata-rata
v =
akar(3kT/m)
*Kita
tidak perlu mencari nilai kelajuan rata-rata. Dari persamaan di atas, kita data
memprediksi gas mana yang memiliki v terbesar, yaitu yang memiliki nilai T/m
paling besar.
H2
= 18,318 ; O2 = 9,688 ; He = 75
Jadi,
kecepatan He>H2>O2
Jawaban
B.
27.
Zaldi melakukan percobaan fluida yang bertujuan untuk mengetahui kelajuan
efektif gas oksigen. Pada suhu ruang, partikel gas oksigen bergerak dengan
kelajuan efektif v. Kemudian, Zaldi memanaskan gas tersebut hingga suhunya
menjadi empat kali semula. Kelajuan rata-rata gas setelah dipanaskan adalah . .
.
A. 0,5v
B.
v
C. akar(2) v
D. 2v
E. 4v
Pembahasan
:
*Persamaan
kondisi satu
v =
akar (3kT/m)
v12
= 3kT/m
*Persamaan kondisi dua
v2
= akar (3.k.4T/m)
v22
= (3.k.4T/m)
v22
= (4v12)
v2
= akar(4v12)
v2
= 2 v1 atau dua kali kecepatan awal
Jawaban
D.
28.
Kecepatan rata-rata 2 gram gas helium adalah 700 m/s. Energi internal yang
dimiliki gas tersebut adalah . . .
A. 1,5 X 1026 J
B. 1,6 X 1026 J
C. 1,8 X 1026 J
D. 2,1
X 1026 J
E. 2,4 X 1026 J
Pembahasan
:
Diketahui
:
v =
700 m/s
m =
2 g = 2 x 10-3 kg
Ditanya
: Energi dalam atau internal gas (U)
*Massa
molar atau massa 1 mol zat
M =
(1 atom x 4,00) = 4,00 g/mol
*Jumlah
mol
n =
m/M = 0,5 mol
*Jumlah
partikel
N =
n.N0 = 0,5.(6,02 x 1023) = 3,01 x 1023
dimana
N0 adalah bilangan Avogadro
*Suhu
gas
v2
= 3kT/m
T =
v2m/3k
T =
(700)2 (2 x 10-3)/ 3(1,38 x 10-23)
T =
236,71 x 1023 K
*Energi
dalam (internal)
U =
(3/2)NkT
U =
1,5(3,01 x 1023)(1,38 x 10-23)(236,71 x 1023)
U =
1,5(3,01 x 1023)(1,38)(236,71)
U =
1474,86 x 1023
U =
1,5 x 1026 J
Jawaban
A.
29.
Dua wadah A dan B memiliki ukuran yang sama. Hasil pengukuran dengan termometer
didapatkan bahwa suhu gas pada wadah A adalah 10 oC. Sedangkan, suhu
gas pada wadah B sebesar 30 oC. Berikut pernyataan yang benar
terkait gas pada kedua wadah adalah . . .
A. Tekanan gas A lebih besar daripada gas B
B. Molekul pada wadah A lebih sedikit dari pada wadah B
C. A dan B bukan berisi gas dengan jenis sama
D. Kecepatan molekul pada wadah A lebih kecil daripada B
E. Tidak ada jawaban yang benar
Pembahasan
:
Volume
A dan B konstan, Suhu B lebih tinggi, maka tekanan lebih tinggi. Akibatnya,
kecepatan molekul gas wadah B lebih besar. Jadi, kecepatan molekul A lebih
kecil daripada B.
Jawaban
D.
20.
Rumah Agra memiliki dinding yang terisolasi dengan baik. Rumah tersebut berisi
100 L udara bermassa jenis 1,2 kg/m³ dan memiliki suhu 300 K. Massa molekul
udara adalah 29 gram/mol. Jika semua energi udara dalam rumah digunakan untuk
mengangkat beban bermassa m setinggi 2 m, maka besar m adalah . . .
A. 676 kg
B. 689 kg
C. 712 kg
D. 756
kg
E. 774 kg
Pembahasan
:
Diketahui
:
V =
100 L = 0,1 m3
ρ =
1,2
kg/m³
T =
300 K
M =
29 gr/mol
Ep
= mgh = m.10.2 = 20m J
Ditanya : Energi dalam (U)
*Massa
total (m) gas
m =
ρ.V
= 0,12 kg
*Mol
(n)
n =
m/M = 4,138 mol
*Jumlah
partikel (N) dengan bilangan Avogadro 6,02 x 1023
N =
n.N0 = 24,91 x 1023
*Energi
dalam gas
U =
(3/2)NkT
U =
1,5(24,91
x 1023)(1,38
x 10-23)(300)
U =
15469, 324 J
*Massa
beban, dimana Ep = U
Ep
= U
20m
= 15469, 324
m =
773,5 kg
Jawaban
E.
Baca
selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Termodinamika (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Itulah
10 soal dan pembahasan teori kinetik gas yang mencakup beberapa sub bab. Klik
untuk melanjutkan pembahasan lainnya.