AN
PENENTUAN RASIO JENIS
UNTUK GAS DAN
Determination Of Specific Capacity Ratio of Gas And
Wiludjeng Dyah Kamaruddin dan
Armansyah H.
ABSTRACT
The ratio of heat capacity, at constant to that at constant volume of a gas can be determined by either adiabatic expansion method or the sound velocity method. The objective of experiment is apply the adiabatic expansion method for determining the heat capacity ratio of gas and The result showed that the ratio were 1.14 and 1.19 respectively for gas and The value obtained by the experiment was about 15 to 19%
the result determined by theoretical method using degree of
Theoretically of both gas and which have 5 degree are 1.4.
The was considered to be caused by the which
were not adiabatic, as required by the However, the simplicity of the method and clarity of its theoretical approach is advantageous to be used by students of Advance Thermodynamic class as a practical exercise.
Keywords : specific heat capacity ratio adiabatic expansion method ,
sama dengan Pada ini
PENDAHULUAN dibuktikan bahwa dengan
ekspansi adiabatik, pula
digunakan untuk rasio
mika secara bisa jenis.
hubungan Penelitian mengenai
koefisien ekspansi, kompresibilitas, jenis gas belum dilakukan, jenis, transformasi dan karena keterbatasan alat. Dengan koefisien dielektrik, terutama sifat-sifat ekspansi adiabatik
yang temperatur. kan peralatan yang sederhana dan gas dapat dihitung
dengan teori kinetik
model molekuler. ukur rasio gas baik
dengan kecepatan
menunjukkan yang
Program Pertanian
1 . Derajat Tiga
Tujuan percobaan adalah untuk
jenis gas dan gas dengan menggunakan
PENDEKATAN TEORITIK pada tekanan tetap terhadap pada volume tetap suatu gas
ditentukan dengan dengan suara di gas.
oleh yang
bervariasi. perhitungan dari jenis gas berguna dalam penentuan spesifik gas.
jenis konfigurasi suatu molekul. Karena itu suatu molekul yang terdiri dari N atom mempunyai 3N derajat Ini bisa diambil sebagai tiga koordinat sius dari N atom
dapat dilakukan kan kelompok sebagai berikut :
koordinat yang diperlukan
untuk posisi
massa sebuah molekul.
2. Derajat Semua
molekul yang terdiri lebih dari satu atom memerlukan suatu spesifikasi dari orientasinya dalam ruangan. Suatu molekul bukanlah suatu titik geometrik, tetapi mempunyai ukuran tertentu, yang mempunyai inertia dan massa. Dengan demikian, mempunyai energi kinetik rotasi maupun translasi. Rotasi molekul dapat diharapkan
terjadi tumbukan acak
dengan molekul lain dan
Melalui massa yang terletak pada sumbu penghubung
atom, rotasi bisa terjadi disekitar sumbu lain yang saling tegak lurus (sumbu penghubung itu sendiri bukan merupakan ' sumbu ketiga rotasi, karena berdasarkan kuantum, jnersia pada sumbu ini tidak besar). Sehingga, rotasi molekul diatomik suatu moiekul linier bisa dinyatakan dengan dua derajat rotasi. Untuk bukan linier dimana sumbu
merupakan
yang cukup besar
sumbu rotasi yang lain, memerlukan derajat rotasi.
3. Derajat vibrasional. Hal yang juga harus diperhitungkan adalah penyimpangan atom-atom dari posisi keseimbangan (vibrasi).
Jumiah derajat adalah
3N
-
5 untuk molekui linier dan 3N-
6 untuk molekul tak-linier. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwaPERTANIAN
terdapat suatu "normal mode", dengan karakteristik sifat-sifat simetri dan karakteristik frekuensi
harmoni, pada
Gambar Skerna diagram vibrasi biasa untuk molekul
dan molekul bukan inier (bent molecule)
Dengan menggunakan teori
mekanika klasik dapat
teori "ekuipartisi" energi, yang menyatakan bahwa energi berhubungan dengan energi yang
dinyatakan kuadratik.
energi kinetik translasi dengan fungsi kuadratik dan energi kinetik berhubungan dengan fungsi
angular komponen
ini diasosiasikan tiap kontribusi terhadap energi kinetik, dan untuk tiap derajat vibrasi memberikan kontribusi terhadap energi
potensial. (pada gas dinyatakan
bahwa suatu gas atom
tunggal tidak
nyai energi rotasi atau vibrasi,
tiap mol mempunyai energi
translasi jenis
sebuah molekul atom tunggal suatu gas ideal pada volume konstan adalah :
Sedangkan untuk molekul atom (diatomic) atau atom
atomic), adalah:
=
+
+
Pada persamaan (3) kontribusi terhadap energi dari status elektroniknya, serta
energi yang te pada
gas tak-sempurna, diabaikan karena kecil pada suhu kamar.
teori ekuipartisi
kan pada mekanika klasik, aplikasinya terhadap translasi dan rotasi pada suhu normal, masih sesuai dengan teori mekanika kuantum.
terbesar dari mekanika klasik adalah pada kasus hidrogen dimana pada suhu di bawah 100 K energi rotasi lebih dari nilai ekuipartisi sebagaimana oleh
mekanika kuantum.
Energi vibrasi dapat dihitung dan tergantung pada suhu.
desakan leher bejana jika perlakuannya sebuah
tertutup dari tekanan dalam yang konstan.
ekspansi rangkaian
dari logaritma dan efektif khayal. Dengan bejana volume 18 liter dan
sekitar 50 di 1
ditekan adalah
sekitar 1 liter, yang mana akan
perkiraan dalam beberapa ide bisa dari
yang ketika karet
dan dari mano-
meter yang terbaca segera karet dipasang
percobaan, kita
jika karet dibuka pada jarak 2 atau 3 dari bejana dan
dipasang secepat
maka kondisi percobaan yang
METODOLOGI PERCOBAAN
rasio
rasio yang gas dan gas ini
pada jika ekspansi gas
dan ekspansi tidak ada penurunan tekanan yang dari gas yang berada di permukaan khayal sebagaimana yang telah disebutkan tekanan
kaca volume liter
2. Ember plastik besar
3. plastik 4. ulir 3
6. Manometer Hg U bejana tinggal berisi gas yang akan
buka ke atmosfir) diukur.
7. Regulator gas (penunjuk tekanan) c) Kelem a ditutup separo, kelem c
8. Thermocouple jenis CC (Copper- dibuka, manometer
Constanta diameter 3 mm jukkan tekanan tertentu (tekanan
9. Digital Data Logger merk yang dikehendaki), a ditutup
gawa Type 308 penuh. Kemudian ditunggu selama
10. Pembeban bejana terbuat dari besi supaya suhu merata.
seberat 40 kg pada manometer dicatat
1 1. sebagai sebagai
d) Tutup bejana dibuka secara tiba- tiba dan ditutup kembali secepat
percobaan rasio Pada terbuka
ini peralatan dipasang sesaat, tekanan dicatat sebagai seperti Gambar 2. menentukan dan suhu sebagai
gas e) Ditunggu beberapa sampai
digunakan Persamaan 6). suhu ke kemudian
tekanan dicatat sebagai
a), kaca ke dalam percobaan prosedur a)
ember plastik. sampai e) 4 untuk gas
b) Ember diisi air sampai dan 3 kali untuk gas pada tekanan setinggi leher bejana. awal yang berbeda-beda.
c) Agar bejana kaca bisa tenggelam di dari percobaan ekspansi
? me%-
. gunakan (16). Hasil dari
40 kg. ini selanjutnya dirata-rata
dan dibandingkan secara
dan terdahulu a ke gas, b ke
atmosfir, dan ke manometer. e) Semua kelem a, b dan
dalam keadaan tertutup. jenis
Pelaksanaan untuk gas
ditampilkan pada Tekanan yang diperoleh dari percobaan dibuka, tertutup. adalah tekanan gauge, itu dalam
perhitungan
atmosfir 762.86 mm Hasil perhitungan rasio jenis
keluar b, ditampilkan pada 2.
1 . Hasil pengukuran tekanan
dan serta suhu dan
untuk
2. Hasil perhitungan rasio jenis untuk gas
Dari 2 dapat dilihat
nilai y gas rata-rata dari 4 kali pengukuran adalah 1.14. ini kecil bila dibandingkan dengan nilai y secara teoritis bahwa untuk gas
atom dimana derajat f = :
Atau :
Demikian juga berdasarkan hasil percobaan menggunakan
suara di dalam gas diperoleh hasil y untuk gas 1.40 (Sears and Salinger, 1978).
Perbedaan nilai y gas yang
diperoleh dari percobaan dibandingkan dengan literatur adalah sebesar
1 atau sekitar 19 %. Perbedaan
ini kemungkinan disebabkan karena pembukaan tutup bejana yang terlalu
lama prosesnya tidak
adiabatik lagi. Beberapa kekurangan
dari peralatan yang antara
lain adalah pada saat pengeluaran
dari bejana yaitu
khayal, sulit dipastikan
apakah udara benar-benar habis
terusir masih ada
yang tersisa dengan gas
yang akan diukur, karena tidak ada alat mendeteksinya. Jika terjadi gas yang diukur bukan gas lagi. Hal ini bisa terjadi bila
pembukaan b lama.
Sebaliknya bila pembukaan
terlalu lama sebagian
gas ikut terusir keluar dari bejana.
jenis
Hasil dari percobaan untuk gas pada 3 berikut :
3. Hasil tekanan
dan gas
Sebagaimana pada percobaan
gas pada percobaan gas tekanan yang diperoleh dari hasil percobaan juga tekanan gauge,
itu perhitungan harus
ditambahkan dengan tekanan
762.86 Hg.
Hasil dari rasio
jenis y untuk gas pada
4. Perbedaan nilai y gas yang
dari percobaan
dengan literatur adalah sebesar 0.21 atau sekitar 1 5%. Perbedaan ini seperti pada percobaan gas
kemungkinan disebabkan
terlalu lama sehingga prosesnya tidak adiabatik lagi.
4. Hasil perhitungan rasio jenis
I
I
I
I
I
rata
I
I
KESIMPULAN
Hasil perhitungan rasio jenis (y) yang ditentukan dengan ekspansi adiabatik gas adalah :
1.14 Untukgas 1.19
Perhitungan secara teoritis untuk gas dua atom yang mempunyai 5 derajat
(f = 5) adalah sebesar :
juga berdasarkan hasil percobaan Sears and Salinger
menggunakan kecepatan suara di dalam gas, untuk gas dan juga diperoleh sebesar 1.4.
Perbedaan y hasil percobaan ini yaitu sebesar 0.26 atau 19 untuk gas dan 0.2 1 atau sekitar 15 % untuk
gas kemungkinan disebabkan karena pembukaan tutup bejana yang terlalu sehingga prosesnya tidak adiabatik lagi. Sebaliknya jika pembukaan tutup bejana kurang lama maka gas yang terukur bukan gas dan murni tetapi dengan udara yang masih tersisa di dalam bejana karena belum sempat terusir semua.
Mohsenin, N.N., 1980. Thermal Properties of Food and Agricul- tural Materials. Gordon and Breach Science Publishers. New York.
Sears, F.W. and G.L. Salinger. 1978. Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodynamics, Third edition. Addison Wesley Publishing Company, Amsterdam. Shoemaker,
