Kapasitas Panas Gas Ideal
17 November 2020
Berdasarkan keadaan gas yang sedang dialaminya, maka kapasitas panas untuk gas ideal dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu kapasitas panas molar pada volume konstan yang dilambangkan CV dan kapasitas panas molar pada tekanan konstan yang dilambangkan dengan Cp. Kedua kapasitas panas ini berbeda. Karena pada saat volume konstan, sistem tidak melakukan kerja atau usaha, sehingga berdasarkan hukum termodinamika pertama, besar perubahan energi dalam sistem sama dengan besar kalor yang diterima sistem tersebut. Secara matematis berdasarkan persamaan
∆Q = ∆U + W
W = 0
∆Q = ∆U + 0
∆Q = ∆U
Hal ini berbeda dengan kapasitas panas molar pada tekanan konstan. Apabila kalor sistem ditambah disertai dengan terjadinya penambahan volume sistem, maka tekanan dalam sistem akan konstan.
1. Kapasitas kalor molar pada volume konstan
Jika jumlah mol gas adalah n mol, maka setelah kalor mengalir, kalor gas bertambah sementara piston tetap diam dan volume sistem konstan, maka besar peningkatan kalor sistem sebanding dengan pertambahan suhu gas. Dengan kapasitas kalor molar pada volume konstan CV dapat didefinisikan sebagai:
∆Q = n Cv ∆T
Karena volume sistem konstan (∆V = 0) maka berarti dalam hal ini sistem sedang tidak melakukan kerja, yaitu:
W = P ∆V
W = P × 0
W = 0
Sehingga dari persamaan hukum termodinamika pertama, kita peroleh bahwa besar kalor yang diterima sistem setara dengan perubahan energi dalam sistem yaitu:
∆Q = ∆U
Jadi, kalor luar yang diterima sistem digunakan seluruhnya untuk merubah energi dalam sistem. Maka besar perubahan energi dalam sistem adalah
∆U = n Cv ∆T
2. Kapasitas kalor molar pada tekanan konstan
Bagaimana jika pertambahan kalor sistem disertai dengan pertambahan volume yang cukup besar? Hal ini mengakibatkan munculnya tekanan yang konstan dalam sistem. Selain itu, temperatur juga dapat mengalami perubahan. Kapasitas kalor molar pada tekanan konstan dapat didefinisikan sebagai:
∆Q = n Cp ∆T
Persamaan umum gas ideal yaitu:
PV = nRT
Jika terjadi perubahan volume dalam tekanan konstan persamaannya menjadi:
P ∆V = nR ∆T
Dimana:
W = P ∆V
Maka Usaha dapat dituliskan menjadi:
W = nR ∆T
Hukum Pertama Termodinamika
∆Q = ∆U + W
n Cp ∆T = n Cv ∆T + nR ∆T
R = Cp - Cv
3. Rasio kapasitas panas untuk berbagai jenis gas
Rasio kapasitas panas adalah perbandingan kapasitas panas molar pada tekanan konstan terhadap kapasitas panas molar pada volume konstan.
√ = Cp / Cv
Gas monoatomik dan diatomik
Gas monoatomik adalah gas yang setiap molekulnya hanya memiliki satu atom. Gas-gas yang tergolong dalam monoatomik adalah kelompok gas mulia yang meliputi helium, neon, dan Argon.
Sedangkan gas diatomik adalah gas dengan molekul yang memiliki 2 buah atom. Misalnya: oksigen, nitrogen, hidrogen.