Pemuaian Gas (Proses, Rumus, dan Contoh Soal Pemuaian Gas Isotermal, Isobar, dan Isokhorik)

Semua jenis gas juga akan memuai apabila dipanaskan dan menyusut apabila didinginkan. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut dilatometer. Salah satu perbedaan antara zat gas dengan zat padat dan zat cair adalah volume zat gas dapat diubah-ubah dengan mudah. Misal, sebuah tabung gas elpiji. Di dalam tabung gas tentu akan mengadakan tekanan pada dinding tabung. Tekanan ini disebabkan oleh gerakan partikel gas.

Contoh pemuaian gas adalah balon udara. Balon udara dapat terbang menggunakan prinsip pemuaian pada zat gas. Pada saat udara dipanaskan, udara di dalam balon memuai. Hal ini menyebabkan massa jenis udara yang berada di dalam balon berkurang sehingga menjadi lebih ringan daripada udara di sekitarnya. Kondisi ini mengakibatkan balon dapat mengudara dan mengangkat beban yang dibawanya.

Proses Pemuaian pada Gas

    Salah satu bukti adanya pemuaian gas di antaranya labu didih yang berisi gas akan menghasilkan gelembung-gelembung udara yang ke luar dari pipa kapiler. Gelembunggelembung udara tersebutmerupakan akibat dari pemuaian gas yang terjadi di dalam labu didih yang dipanaskan. Apabila pemanasannya dihentikan, maka suhu gas dalam labu itu akan turun, yang berakibat terjadinya penyusutan gas dan air akan masuk ke dalam labuh itu. Besarnya koefisien muai untuk berbagai jenis gas adalah sama nilainya, yaitu sebesar 1/273 K.

Sifat muai gas itu dapat digunakan untuk pembuatan termometer gas. Termometer gas ini digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah seperti di dalam laboratorium. Apabila reservoir gas dimasukkan ke dalam ruangan yang suhunya lebih tinggi daripada keadaan awalnya, maka gas akan memuai dan mendesak raksa yang terdapat di dalam pipa U.

Rumus Pemuaian Gas

    Pemuaian yang terjadi pada zat gas sama halnya dengan pemuaian yang terjadi pada zat cair, yaitu hanya mengalami muai ruang saja. Pemuaian zat gas ini lebih besar daripada zat cair. Untuk menghitung besarnya pemuaian volume gas dapat menggunakan persamaan rumus berikut.

ΔV = Vo.γ.ΔT 

Keterangan:

ΔV = pertambahan volume (m3)

Vo = volume mula-mula (m3)

γ = koefisien muai volume zat gas (°C-1 - Baca C pangkat -1)

ΔT = kenaikan suhu (°C)

Nilai koefisien muai gas adalah 1/273 °C-1.

Contoh Soal Pemuaian Gas

    Suatu ruangan berisi 50 m3 udara pada suhu 25 °C. Berapakah volume udara dalam ruangan tersebut jika suhunya naik menjadi 40 °C (koefisien muai volume udara adalah 0,00367 °C-1).

Diketahui:

volume mula-mula (Vo) = 50 m3 kenaikan suhu (ΔT) = 40 °C – 25 °C = 15 °C

koefisien muai volume udara (γ ) = 0,00367 °C-1

Ditanya:

Vt = ...?

Jawab:

ΔV – Vo = Vo.γ.ΔT 

Vt – 50 m3 = (50 m3) × (0,00367 °C-1) × (15°C)

Vt – 50 m3 = 2,7525 m3

Vt = 52,7525 m3

Jadi, volume udara setelah pemuaian adalah 52,7525 m3.

Rumus Pemuaian Gas Isotermal, Isobar, dan Isokhorik

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)

    Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual seperti? Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil. Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai berikut:

P.V = tetap    atau
P1.V1 = P2.V2

Keterangan,

P = tekanan gas (atm)

V = volume gas (L)

Contoh Soal Isotermal dan Jawabannya:

    Suatu gas di dalam ruang tertutup memiliki tekanan 1 atm dan volume 4 L. Jika suhu gas dijaga tetap dan tekanan diubah menjadi 2 atm, berapakah volume gas?

Pembahasan

Diketahui : P1 = 1 atm, V1= 2 L, P2 = 2 atm

Ditanya : V2?

Jawab :

P1.V1 = P2.V2

1 atm . 4L = 2 atm . V2

V2 = 4L . 1 atm/2 atm

V2 = 2L

Jadi Volume gasnya menjadi 2L.

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)(Pengayaan)

    Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan rumus sebagai berikut:

V1/T1 = V2/T2

Keterangan:

V = volume (L)

T = suhu (K)

Contoh Soal Isobar dan Jawabannya

    Suatu gas di dalam ruangan tertutup memiliki tekanan 1 atm, suhu 27°C, dan volume 2,4 L. Berapa

volume gas tersebut pada suhu 127°C jika mengalami proses pemuaian pada tekanan tetap?

Pembahasan

Diketahui : P = 1 atm, T1 = 27°C = 300 K, V1 = 2,4 L, T2 = 127°C = 400 K

Ditanya : V2?

Jawab :

V1/T1 = V2/T2

2,4 L/300 K = V2/400 K

V2 = 2,4 L . 400 K / 300 K

V2 = 3,2 L

Jadi volumenya adalah 3,2 L.

3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik) (Pengayaan)

    Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai:

P1/T1 = P2/T2

Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan:

P1.V1/T1 = P2.V2/T2

Keterangan:

P = tekanan (atm)

V = volume (L)

T = suhu (K)