MODUL VI
HUKUM BOYLE GAY LUSSAC
I. TUJUAN
Melihat kebenaran hukum Boyle dan Gay Lussac.
II. ALAT DAN PERLENGKAPAN
1. Alat hukum Boyle Gay Lussac.
2. Ketel uap air dengan pipa-pipa ( selang ) karet penghubung. 3. Kompor pembakar bunsen.
4. Waterpass. 5. Termometer. 6. Gelas.
III. TEORI
Salah satu wujud zat adalah gas. Hukum gerak gas tercakup dalam teori fluida statik dan fluida dinamik. Tetapi untuk gas ada pendekatan lain yaitu dengan permodelan gas sejati sebagai gas ideal yang tidak lain adalah gas sejati pada kondisi tekanan rendah. Dengan permodelan gas ideal ini maka kita mengenal teori kinetik gas ideal dan hukum energi dan pemindahan energi. Dalam modul ini kita akan melihat hukum yang berhubungan dengan besaran makroskopis gas ideal yaitu p ( tekanan ), V ( volume ), T ( temperatur ).
F. Hukum Boyle
Gas yang jumlahnya tertentu dan dijaga suhunya tetap, apabila volumenya berubah tekanannya akan berubah juga atau sebaliknya. Ternyata hasil kali tekanan dan volume akan tetap. Secara matematik ditulis :
PV = konstan………...………..( 1 )
Persamaan ( 1 ) ini adalah hukum Boyle. Dalam kenyataannya hukum ini tidak berlaku untuk semua keadaan. Selanjutnya dipostulatkan suatu gas khayal yang disebut gas ideal yang mengikuti hukum Boyle secara eksak pada segala macam keadaan. Hanya gas riil dengan tekanan rendahlah yang mendekati gas ideal ini. Harga PV yang konstan ini bergantung pada suhu, makin tinggi suhu makin tinggi juga harganya.
G. Hukum Gay Lussac
Pertama-tama Gay lussac memberi pernyataan sehubungan dengan perubahan volume dari suatu gas karena berubahnya suhu. Ia telah mengukur koefisien muai ruang dari berbagai macam gas pada tekanan tetap. Hasil percobaannya dinyatakan dalam bentuk matematik :
V = Vo { 1 + ( t – to ) }………...……….( 2 ) Dimana ; V : volume pada suhu t C
Vo : volume pada suhu toC
: koefisien muai ruang gas pada tekanan tetap
Persamaan ( 2 ) adalah hukum Gay Lussac. Harga numerik bergantung pada skala suhu yang diambil dan suhu acuan to. Jika suhu acuan to diambil 0 C maka persamaan ( 2 ) menjadi :
V = Vo ( 1 + o t )……….………..( 3 )
o adalah untuk suhu acuan to = 0 C. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa o ini hampir sama untuk semua gas, yaitu :
o = 0,003660 / C atau
273 1
/ C
Jadi gas yang jumlahnya tertentu, tekanannya tetap, volumenya akan bertambah sebesar
273 1
dari Vo
tiap kenaikan suhu 1 C. H. Hukum Boyle Gay Lussac
Dari kedua hukum tersebut dapat dibuktikan bentuk persamaan :
PV = nRT……...………( 4 )
Dimana ; n : jumlah mol gas
R = 0,08207 liter atmosfir/mol C T K = t C + 273
nR T PV
………..………( 5 )
Sehingga dapat diartikan bahwa untuk gas ideal yang jumlahnya tertentu berlaku :
konstan T
PV
……….……….( 6 )
Prinsip Percobaan
Untuk membuktikan berlakunya hukum Boyle Gay Lussac di laboratorium dapat dilakukan dengan mengukur tekanan, volume dan suhu gas ( udara ) dalam pipa kapiler pada berbagai keadaan.
Udara yang tekanan, volume dan suhunya akan diukur berada di dalam pipa kapiler yang ujungnya tertutup ( A ). Di bagian lain dari pipa kapiler berisi air raksa ( BC ) dan kolom udara yang akan diamati berada antara A dan B, ujung lain dari pipa kapiler terbuka. Pipa kapiler terbuat dari kaca sehingga panjang kolom udara dan panjang kolom air raksa dapat dilihat dari luar.
Percobaan dilakukan pada dua macam suhu. Pertama pada suhu ruangan, kedua pada suhu uap air mendidih. Suhu uap air mendidih didapat dengan cara memasukkan pipa kapiler pada tabung kaca yang lebih besar dan ke dalam tabung kaca ini dialirkan uap air mendidih yang berasal dari pembangkit uap ( air mendidih dalam ketel pemanas ).
IV. DAFTAR PUSTAKA
1. Sears-Zemansky, University Physics, Bab 18 2. Tyler F, A Laboratory Manual of Physics, 1967
V. TUGAS RUMAH
1. Jelaskan bunyi Hukum Boyle ! 2. Jelaskan bunyi Hukum Gay Lussac !
A B C D
3. Berilah penjelasan tentang hukum Boyle Gay Lussac ( syarat-syarat, harga-harga konstanta, satuan-satuan dsb ) !
4. Dari persamaan ( 1 ) dan ( 2 ) buktikan persamaan ( 4 ) melalui proses temperatur konstan lalu tekanan konstan ?
VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN
1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ). 2. Dengan pertolongan penyipat datar ( waterpass ), buatlah kedudukan pipa :
a. Mendatar
b. Tegak dengan ujung terbuka ke atas c. Tegak dengan ujung terbuka ke bawah
Hitung untuk masing-masing keadaan tersebut panjang AB dan BC.
3. Isi ketel dengan air kira-kira sepertiganya ( jangan terlalu banyak dan jangan terlalu sedikit ). Pasang selang karet pada ketel dan pipa berskala.
4. Nyalakan kompor dan rebuslah air dalam ketel sampai mendidih dan uap masuk ke dalam pipa berskala sampai cukup lama, hingga dapat dipastikan pipa kapiler sudah mencapai suhu uap air. Hal Mistar Termometer Pipa gelas Pipa kapiler Air raksa Selang karet Ketel Kompor listrik Waterpass
ini dapat dilihat kalau uap air sudah cukup lama mengalir dan tidak lagi terlihat bintik-bintik air dalam tabung kaca. Selain itu hal ini dapat juga dilihat dengan cara memasang termometer di dalam bagian ujung tabung kaca yang terbuka.
a. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler kedudukan mendatar, uap air harus tetap mengalir. Baca panjang AB dan BC.
b. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler berkedudukan tegak dengan ujung terbuka ke atas. Baca panjang AB dan BC.
c. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler berkedudukan tegak dengan ujung terbuka ke bawah. Baca panjang AB dan BC.
5. Amati dan catat sekali lagi suhu ruang dan tekanan barometer.
Catatan :
1. Jika pada saat / selama pengamatan ternyata kolom air raksa pecah ( terdapat kolom udara di dalam kolom air raksa ), teruskan percobaan dengan pipa yang sama.
Hanya harus dilakukan koreksi terhadap tekanan. Amati kedudukan A, B, B’, C dan C’.
2. Hati-hati dalam keadaan ini, jangan sampai kolom air raksa meloncat ke luar. Apabila percobaan pengamatan telah selesai, segera singkirkan api ( matikan kompor ) dari ketel. Jangan sampai air habis, ketel masih di atas api.
A B B’ C C’ D
VII. DATA PENGAMATAN
TABEL MODUL VI (HUKUM BOYLE GAY LUSSAC)
KELOMPOK : P awal : P akhir :
JURUSAN : T awal : T akhir :
No. AB BC Volume (V) Tekanan (p) Suhu (T) pV pV/T
Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten :
Tanda Tangan Asisten :
VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN
Volume kolom udara sama dengan AB x r2, dengan r adalah jari-jari lubang pipa kapiler. Jadi volume kolom udara sebanding dengan panjang AB.
Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer, kalau pipa kapiler berkedudukan mendatar.
Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer ditambah tekanan raksa sepanjang BC, kalau pipa kapiler berkedudukan tegak dengan lubang terbuka ke atas.
Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer dikurangi tekanan raksa sepanjang BC, kalau pipa kapiler berkedudukan tegak dengan lubang terbuka ke bawah.
Suhu kolom udara pada percobaan 2 sama dengan suhu ruang, sedangkan suhu kolom udara pada percobaan 4 tidak diambil dari pengukuran tetapi diturunkan ( melihat tabel ) titik didih air pada tekanan barometer rata-rata.
1. Tuliskan suhu ruang rata-rata ( percobaan 1 dan 5 ) dalam skala Kelvin ( T1 ) ! 2. Tuliskan tekanan ruang rata-rata ( percobaan 1 dan 5 ) dalam satuan mmHg !
3. Cari dalam tabel suhu didih air pada tekanan barometer rata-rata dan tuliskan hasil ini pada lembar kerja ( T2 ) !
4. Tuliskan volume ( dalam bentuk panjang AB x r2 mm3 ), tekanan ( mmHg ) dan suhu Kelvin-nya ! Suhu untuk percobaan 2a, b dan c sama yaitu T1, sedangkan suhu untuk percobaan 4 a, b dan c sama yaitu T2.
Volume dan tekanan untuk percobaan 2 a, b dan c masing-masing diberi notasi V ( 1a ), P ( 1a ); V ( 1b ), P ( 1b ); V ( 1c ), P ( 1c ).
Sedangkan untuk percobaan 4 a, b dan c masing-masing diberi notasi V( 2a ), P ( 2a ); V ( 2b ), P ( 2b ); V ( 2c ), P ( 2c ).
5. Tuliskan nilai-nilai ini pada kolom yang telah disediakan dan lengkapi perhitungan selanjutnya ! 6. Setelah melihat hasil perhitungan tekanan kali volume ( PV ), tuliskan pendapat saudara ! 7. Bagaimana pendapat saudara setelah melihat hasil perhitungan tekanan kali volume bagi suhu (
T PV
) !
8. Hitung koefisien muai ruang udara dan bandingkan harga koefisien muai ruang hasil perhitungan dengan koefisien muai kubik udara menurut literatur !
9. Jika jari-jari lubang pipa kapiler adalah 0,2 mm, hitung berapa mol udara yang digunakan pada percobaan ini !