Unit 9 gas theory

PHY 2012 – Fundamental of Physics

UNIT 9 : GAS THEORY

9.1 : Sifat – sifat Gas (Properties of Gas)9.2 : Tekanan Atmosfera (Atmospheric Pressure)9.3 : Hukum Gas (Gas Law)

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar1

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 2

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 3

Gas terbina baripada zarah-zarah jirim yang tersusun berjauhan antara satu sama lain.

Zarah-zarah gas di panggil molekul. Molekul-molekul gas ini sentiasa bergerak secara rawak dan berlanggar antara satu sama lain.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 4

SIFAT FIZIK GASSIFAT FIZIK GAS

Sifat fizik merujuk kepada :

Bentuk Ketermampatan Pengembangan Resapan

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 5

BentukApabila sebiji durian dibawa masuk ke dalam makmal dan diletakkan di satu penjuru, baunya dapat dihidu di seluruh makmal dan mungkin di luar makmal itu. Bau dibawa oleh molekul-molekul gas. Ini menunjukkan gas tidak mempunyai bentuk. Gas akan mengisi penuh bekas yang mengandunginya

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 6

KetermampatanSatu picagari dipenuhkan dengan udara dan hujungnya ditutup. Apabila ombohnya ditekan ke bawah, didapati omboh dapat ditolak melalui suatu jarak. Ini menunjukkan gas mempunyai ketermampatan yang tinggi.

PengembanganPengembangan ialah pertambahan saiz atau isipadu sesuatu objek apabila objek itu dipanaskan. Perhatikan uji kaji dan pemerhatian di bawah

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 7

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 8

Keadaan jirim Pemerhatian Inferens

ResapanResapan ialah pergerakan zarah-zarah dari kawasan berkepekatan tinggi ke kawasan berkepekatan rendah. Berikut adalah uji kaji menunjukan kadar resapan dalam gas.

Aktiviti Pemerhatian Inferens

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 9

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 10

Uji Minda 9.1-1

Ringkaskan kesemua sifat-sifat fizik gas

Atmosfera adalah satu lapisan udara tebal yang mengelilingi Bumi

Oleh sebab udara dapat dimampatkan, atmosfera adalah lebih tumpat pada paras laut.

Semakin tinggi dari paras laut, semakin kurang tumpat udara.

Ini adalah kerana semakin tinggi, semakin nipis udara.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 11

Lapisan atmosfera Bumi

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 12

Tekanan atmosfera ialah tekanan yang dikenakan oleh atmosfera ke atas permukaan bumi dan semua jasad di Bumi.

Kita tidak merasai tekanan atmosfera kerana tekanan di dalam badan kita adalah sama dengan tekanan luar. Namun, badan kita sangat peka terhadap perubahan tekanan atmosfera.

Umpamanya telinga kita akan berdesing apabila kita mendaki gunung atau berada di dalam kapal terbang yang sedang berlepas.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 13

Tahukah anda…Mengapa pendaki Gunung Everest membawa Mengapa pendaki Gunung Everest membawa bersama mereka bekalan oksigen semasa mendaki bersama mereka bekalan oksigen semasa mendaki gunung berkenaan ? gunung berkenaan ?

Ini kerana, seseorang akan Ini kerana, seseorang akan mengalami kesesakan nafas mengalami kesesakan nafas jika berada pada altitud jika berada pada altitud melebihi 3 000 m dari melebihi 3 000 m dari paras lautparas laut

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 14

Fenomena Menunjukkan Kewujudan Tekanan Atmosfera

Sedikit air panas di isi ke dalam botol plastik yang kosong. Mulut botol plastik itu ditutup dan di biarkan sejuk

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 15

Suatu gelas diisi penuh dengan air dan ditutup dengan sekeping kadbod. Gelas itu ditelangkup seperti dalam rajah di bawah

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 16

Dua pam sink ditekan terhadap satu dengan yang lain dengan bibirnya bertemu supaya udara di dalamnya disesarkan seperti dalam rajah di bawah

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 17

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 18

Kegunaan Tekanan Atmosfera dalam Kehidupan

Prinsip Kerja Picagari

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 19

Prinsip Kerja Sifon

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 20

Prinsip Kerja Pelekap Getah

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 21

Prinsip Kerja Penyedut Minuman

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 22

Tin Susu

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 23

Pembersih Vakum

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 24

Salah Tanggapan…Apabila minum dengan menggunakan penyedut minuman, air ditarik ke dalam mulut melalui penyedut minuman

Sebenarnya…Air tidak ditarik ke mulut, tetapi air ditolak oleh tekanan atmosfera melalui turus penyedut minuman

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 25

Alat untuk Mengukur Tekanan Atmosfera

Barometer Merkuri

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 26

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 27

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 28

Barometer FORTIN

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 29

Barometer ANEROID

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 30

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 31

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 32

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 33

Aplikasi Dalam Kehidupan Aplikasi Dalam Kehidupan Harian….Harian….

Kita dapat merasai tekanan udara di dalam sebiji belon apabila kita memicit belon itu.

Bola ping pong yang kemik dapat dipulihkan ke bentuk bulat dengan merendamkan bola itu di dalam air panas.

Tudung bekas air minuman di dalam sebuah kereta didapati terbuka apabila kereta itu diletakkan di bawah matahari yang panas terik.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 34

Daripada situasi di atas, apakah yang dapat anda kaitkan

dengan udara di sekeliling kita…????

Daripada situasi di atas, apakah yang dapat anda kaitkan

dengan udara di sekeliling kita…????

Idea Kewujudan Tekanan GasIdea Kewujudan Tekanan Gas Bola ping pong yang kemik dapat dipulihkan ke

bentuk bulat dengan merendamkan bola itu di dalam air panas.

Tekanan udara yang bertambah di dalam bola ping pong menolak dinding bola sehingga kembali ke bentuk asal.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 35

Idea Kewujudan Tekanan GasIdea Kewujudan Tekanan Gas

Tudung bekas air minuman di dalam sebuah kereta didapati terbuka apabila kereta itu diletakkan di bawah matahari yang panas terik.

Tekanan udara di dalam bekas telah menolak tudung itu sehingga tercabut daripada bekasnya

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 36

Tekanan gas boleh diterangkan derdasarkan teori kinetik jirim :

a) Molekul gas sentiasa bergerak bebas secara rawak dengan hadlaju yang tinggi

b) Gerakan molekul rawak menyebabkan dinding bekas dilanggar oleh sebilangan molekul

c) Molekul yang berlanggar dinding bekas akan melantun balik dan mengalami perubahan momentum

d) Perubahan momentum ini menyebabkan satu daya dikenakan

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 37

Ringkasnya, Menurut Teori Kinetik Jirim, Molekul-molekul gas sentiasa bergerak

secara rawak, bebas, laju dan berlanggar antara satu sama lain serta melanggar dinding bekas secara kenyal

Apabila molekul gas melanggar dinding bekas, momentum gas berubah. Tindakbalas ini menghasilkan satu daya yang dikenakan ke atas dinding. Oleh itu, tekanan gas terhasil.

PHY 2012 : Fundamental of Physics - by Maslinda Mohatar 38

Bagi satu bekas tertutup dan mengandungi gas :

a) Bilangan molekul dalam gas adalah tetap

b) Jisim gas itu adalah tetap

c) Kelakuan gas itu bergantung pada tiga pemboleh ubah

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 39

Hubung kait antara dua pemboleh ubah dikaji dengan memalarkan pemboleh ubah yang ketiga.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 40

Pemboleh ubah

Simbol Unit SI

Tekanan P Pascal (Pa)Isipadu V m3

Suhu T Kelvin (K)

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 41

Gelembung udara tu semakin besar

bila naik ke atas…

Kenapa ye…???

Gelembung udara tu semakin besar

bila naik ke atas…

Kenapa ye…???

Tekanan…?Isipadu… ?Suhu…???

Errmm.. Apa kaitannya…?

?

Tekanan…?Isipadu… ?Suhu…???

Errmm.. Apa kaitannya…?

?

Hukum Boyle memberikan hubungan antara tekanan dengan isipadu suatu gas yang jisim dan suhunya tetap

Apabila gas dimampatkan, molekulnya bergerak dalam ruang yang mempunyai isipadu yang lebih kecil. Ini bermakna, kepadatan molekul bertambah. Walaupun suhu gas itu malar, molekul gas berlanggar dinding bekas dengan lebih kerap. Ini menyebabkan tekanan pada dinding bekas bertambah.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 42

Hukum Boyle menyatakan bahawa bagi satu jisim gas yang tetap, tekanan gas itu adalah berkadar songsang dengan isipadunya jika suhu gas itu tetap

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 43

Secara matematiknya,

P = tekanan

V = isipadu

Atau PV = pemalar, apabila suhu tetap

Graf di sebelah menunjukkanisipadu berkadar sonsang tekanan

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 44

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 45

Menurut Hukum Boyle,

P1 = tekanan awal gas V1 = isipadu awal gas

P2 = tekanan akhir gas V2 = isipadu akhir gas

Perhatikan rajah dan graf di bwah :

Contoh 9.3.1-1 :Contoh 9.3.1-1 :

Sebuah pam tangan mengandungi 1 200 cm3 udara pada tekanan 100 kPa . Muncung pam itu ditutup dan ombohnya ditolak supaya isipadu udara dikurangkan ke 750 cm3. Hitungkan tekanan baru udara itu.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 46

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 47

Contoh 9.3.1-2 :Contoh 9.3.1-2 :

Sebiji gelembung udara dengan isipadu 4.0 cm3 dilepaskan dari sebuah kapal selam yang berada pada kedalaman 40 m di bawah permukaan air. Berapakah isipadu gelembung udara itu apabila berada pada kedalaman 6 m ?[ Tekanan atmosfera = 10 m air ]

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 48

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 49

Hukum Charles memberikan hubungan antara isipadu, V, dengan suhu mutlak, T, suatu gas yang jisim dan tekanannya tetap.

Suhu mutlak, T disukat dalam unit kelvin (K), iaitu unit bagi kuantiti asas suhu dalam sistem SI. Suhu Ѳ°C dihubungkan dengan suhu T K oleh ungkapan Ѳ°C = ( 273 + Ѳ ) K.

Suhu sifar kelvin, 0 K, dikenali sebagai sifar mutlak kerana pada suhu ini, tenaga kinetik molekul – molekul gas dan tekanan gas adalah sifar.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 50

Graf di bawah menunjukkan isipadu gas melawan suhu. Suhu mutlak gas pada -273 ° C atau 0 K menunjukkan tenaga kinetik molekul gas adalah sifar . Suhu dalam unit K dikenali sebagai suhu mutlak.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 51

Hukum Charles menyatakan bahawa bagi satu jisim gas yang tetap, isipadu gas itu berubah secara langsung dengan suhu mutlaknya jika tekanan gas itu adalah tetap.

Secara matematiknya,

atau,

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 52

Katakan pada awalnya, suhu mutlak satu gas adalah T1 dan isipadunya ialah V1. Apabila suhu gas itu berubah ke T2, didapati isipadu gas berubah ke V2.

Menurut Hukum Charles,

V1 = isipadu awal gas V2 = isipadu akhir gas

T1 = suhu awal gas T2 = suhu akhir gas

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 53

Graf di bawah menunjukkan isipadu melawan suhu dalam unit K dan °C

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 54

Contoh 9.3.2-1 :Contoh 9.3.2-1 :

Sebuah picagari mengandungi 5 ml udara pada suhu bilik 27°C. Picagari itu kemudiannya di simpan di dalam peti sejuk dan suhunya turun ke 3°C. Berapakah isipadu udara di dalam picagari itu ?

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 55

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 56

Contoh 9.3.2-2 :Contoh 9.3.2-2 :Panjang turus udara di dalam sebatang tiub kaca yang terperangkap oleh titisan asid sulfurik pekat pada suhu 27° C ialah 10.0 cm.

a) Berapakah panjang turus udara pada suhu(i) 100 ° C (ii) -67 ° C

b) Berapakah suhu, dalam ° C, apabila panjang turus udara ialah 8.0 cm ?

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 57

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 58

Hukum tekanan memberikan hubungan antara tekanan dengan suhu mutlak suatu gas yang jisim dan isipadunya tetap.

Apabila suatu gas dipanaskan, molekulnya memperoleh tenaga kinetik dan bergerak pada laju yang lebih tinggi. Molekul ini berlanggar dinding bekas dengan kerap dan juga mengenakan daya yang lebih kuat pada dinding bekas. Ini menyebabkan tekanan pada dinding bekas itu bertambah.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 59

Hukum tekanan menyatakan bahawa bagi satu jisim gas yang tetap, tekanan gas itu berubah secara langsung dengan suhu mutlaknya jika isipadu gas itu adalah tetap.

Secara matematiknya,

atau

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 60

Katakan pada awalnya, tekanan satu gas adalah P1 dan suhu mutlaknya adalah T1. Apabila suhu gas itu berubah ke T2, didapati tekanan gas turut berubah ke P2.

Menurut Hukum Tekanan

P1 = tekanan awal P2 = tekanan akhir

T1 = suhu awal T2 = suhu akhir

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 61

Graf di bawah menunjukkan tekanan, P melawan suhu mutlak,T.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 62

Contoh 9.3.3-1 :Contoh 9.3.3-1 :

Sebuah silinder besi yang mengandungi gas pada tekanan 280 kPa berada pada suhu 47 °C di dalam sebuah bengkel. Berapakah tekanan gas itu jika suhu bengkel turun ke 27 °C ?

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 63

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 64

Contoh 9.3.3-2 :Contoh 9.3.3-2 :

Tekanan udara di dalam sebuah tayar kereta sebelum permulaan suatu perjalanan ialah 2.0 x 105 Pa dan suhu udara ialah 27 °C. Oleh sebab geseran antara tayar dengan permukaan jalan raya, suhu tayar meningkat kepada 67 °C selepas perjalanan tersebut.

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 65

a) Berapakah tekanan udara di dalam tayar pada suhu 67 °C

b) Jika tekanan maksimum yang selamat bagi udara di dalam tayar ialah 2.5 x 105 Pa, berapakah suhu tayar apabila tekanan di dalam tayar adalah maksimum ?

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 66

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 67

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 68

Tiga pemboleh ubah yang menentukan kelakuan suatu gas yang jisimnya tetap ialah tekanan, P, isipadu, V, dan suhu mutlak, T.

Daripada tiga hukum gas di atas, hubungkait antara ketiga-tiga pemboleh ubah bagi suatu jisim gas yang tetap boleh dirumuskan seperti berikut :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 69

Katakan tekanan, isipadu, dan suhu mutlak bagi satu jisim gas yang tetap adalah pada awalnya P1, V1, dan T1 masing-masing. Kemudian, nilai-nilai tersebut berubah kepada P2, V2, dan T2

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 70

Maka,

dengan

P1 = tekanan awal P2 = tekanan akhirV1 = isipadu awal V2 = isipadu akhirT1 = suhu awal T2 = suhu akhir

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 71

Contoh 9.3.4-1 :Contoh 9.3.4-1 :

Satu gelembung udara dengan isipadu 2.5 x 10-4 m3 dilepaskan daripada sebuah kapal selam yang berada pada kedalaman 60 m di dalam air yang suhunya 7°C. Berapakah isipadu gelembung udara itu apabila tiba ke permukaan laut yang suhunya 27°C[ Tekanan atmosfera = 10 m air ]

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 72

Jawapan :Jawapan :

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 73

… TAMAT …

Unit 9 : Gas Theory – by Maslinda Mohatar 74