Simulic
Bahasa Indonesia

Gas ideal – pV = nRT dalam silinder

FisikaSuhu, kalor, dan gasUsia 17–18

Simulic.comMemuat…

Gunakan di kelas saya

Molekul gas bergerak acak di dalam silinder berpiston. Seret piston untuk mengubah volume, geser batang suhu untuk memanaskan atau mendinginkan gas; tekanan p = nRT/V langsung diperbarui bersama grafik keadaan (isotermal p–V, isokhorik p–T, atau isobarik V–T) yang menampilkan kurva teoretis dan jejak keadaan yang dilalui. Layar Hukum I membawa gas melalui proses isotermal, isobarik, isokhorik, adiabatik, atau satu siklus penuh: berikan kalor Q dan lihat usaha sebagai luas di bawah kurva p–V, ΔU = Q − W, batang energi yang berubah langsung, dan efisiensi siklus. Layar Gas nyata memakai persamaan van der Waals untuk He, N₂, CO₂, dan NH₃: grafik faktor kompresibilitas Z = pV/(nRT) terhadap p pada beberapa suhu, molekul yang punya volume sendiri dan saling tarik, serta pencairan di bawah suhu kritis.

Pelajaran: Teori kinetik gas, hukum Boyle, hukum Charles, persamaan keadaan gas ideal, hukum I termodinamika

Yang ditunjukkan

Persamaan gas ideal pV = nRT menghubungkan tekanan, volume, suhu mutlak, dan jumlah gas. Dalam model kinetik, tekanan berasal dari tumbukan molekul dengan dinding, lebih keras dan lebih sering saat gas lebih panas; menahan satu besaran tetap menghasilkan hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum Gay-Lussac. Layar Hukum I menerapkan kekekalan energi: ΔU = Q − W dengan W usaha yang dilakukan gas, atau ΔU = Q + W dengan W usaha yang dilakukan pada gas. Usaha sama dengan luas di bawah kurva p–V, dan siklus tertutup mengubah kalor bersih menjadi usaha bersih. Layar Gas nyata menunjukkan kapan pV = nRT gagal: dalam persamaan van der Waals, gaya tarik (a) membuat Z < 1 pada tekanan sedang dan volume molekul (b) membuat Z > 1 pada tekanan tinggi, sedangkan pada suhu rendah CO₂ dan NH₃ mencair.

Cara menggunakan

Di Hukum gas, seret piston, ubah Suhu T, dan tekan Ganti grafik. Di Hukum I, pilih proses dan jenis gas, atur Kalor Q (atau Volume V₂ untuk proses adiabatik dan siklus), keadaan awal T₁ dan V₁, serta perjanjian tanda. Tekan Jalankan proses untuk melihat keadaan bergerak di sepanjang kurva p–V sementara luas yang diarsir dan batang Q, W, dan ΔU bertambah; tabel mencantumkan setiap langkah. Di Gas nyata, pilih Gas, atur Suhu T dan Volume molar Vₘ, baca Z pada grafik Z–p, lalu tekan Catat titik.

Parameter yang dapat diubah

  • Jumlah gas n 0,5–3 mol
  • Suhu T 200–600 K
  • Volume V 5–40 L
  • Grafik proses Isotermal: p–V, Isokhorik: p–T, Isobarik: V–T
  • Layar Hukum gas, Hukum I termodinamika, Gas nyata
  • Proses (layar Hukum I) Isotermal (T tetap), Isobarik (p tetap), Isokhorik (V tetap), Adiabatik (Q = 0), Siklus: 2 isokhorik + 2 isobarik, Siklus Otto (mesin bensin)
  • Kalor Q yang diberikan pada gas -3000–3000 J
  • Volume akhir V₂ (adiabatik, siklus) 2–60 L
  • Jenis gas Gas monoatomik (He, Ar), Gas diatomik (N₂, O₂)
  • Perjanjian tanda usaha W = usaha oleh gas: ΔU = Q − W, W = usaha pada gas: ΔU = Q + W
  • Gas (Gas nyata) Helium He, Nitrogen N₂, Karbon dioksida CO₂, Amonia NH₃
  • Suhu T (Gas nyata) 250–1000 K
  • Volume molar Vₘ (Gas nyata) 0,05–25 L/mol

Pertanyaan untuk dijelajahi

  1. Mengapa suhu harus dinyatakan dalam kelvin, bukan derajat Celsius, saat menggunakan pV = nRT?
  2. Pada proses isobarik, apa yang terjadi pada volume jika suhu mutlak dijadikan dua kali lipat?
  3. Berdasarkan gerak molekul, mengapa memanaskan gas pada volume tetap memperbesar tekanannya?
  4. Mengapa pemuaian isobarik memerlukan kalor lebih banyak daripada pemanasan isokhorik dengan kenaikan suhu yang sama?

Simulasi terkait