Tabla de Contenidos
Terlepas dari kenyataan bahwa semua benda yang bersentuhan satu sama lain memberikan tekanan satu sama lain, tekanan adalah besaran fisik yang cenderung lebih sering kita kaitkan dengan gas daripada dengan benda padat.
Dalam fisika, tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, dan dinyatakan dengan rasio F/A. Ini berarti bahwa, untuk mengubah tekanan, kita hanya perlu mengubah gaya, atau luas tempat gaya diterapkan. Misalnya, jika kita ingin meningkatkan tekanan yang kita berikan pada, katakanlah, permukaan meja, kita dapat meningkatkan gaya (misalnya, dengan menambahkan lebih banyak beban atau menekan lebih banyak pada meja), kita dapat mengurangi luas tempat kita menerapkan gaya (misalnya menerapkan gaya dengan ujung paku alih-alih dengan tangan kita), atau keduanya sekaligus.
Namun, bagaimana kita bisa meningkatkan tekanan yang diberikan oleh gas? Selanjutnya, bagaimana gas, yang begitu halus dan tak berbentuk, mampu memberikan tekanan pada dinding wadah yang menampungnya? Memahami aspek-aspek dari salah satu sifat terpenting gas ini sangatlah penting, karena memungkinkan kita memahami banyak fenomena yang dapat kita amati setiap hari, mulai dari inflasi ban mobil hingga ledakan kaleng yang tertutup rapat saat dipanaskan. banyak, atau bahkan perilaku cuaca.
Oleh karena itu, dalam artikel ini kita akan mengeksplorasi beberapa aspek dasar dari tekanan gas, serta tiga cara berbeda untuk meningkatkan tekanan gas.
Bagaimana gas memberikan tekanan?
Siapa pun yang pernah menghadiri prosesi atau acara olahraga, seperti pertandingan sepak bola di mana bendera raksasa dikibarkan di atas kerumunan orang, akan segera memahami bagaimana gas memberikan tekanan.
Gas adalah zat yang terdiri dari partikel individu yang bergerak secara independen dan acak ke segala arah. Ketika gas terkandung dalam wadah tertutup, partikel-partikel ini pasti akan sering bertabrakan dengan dinding wadah. Setiap tumbukan partikel gas ke dinding wadah seperti tangan yang mendorong bendera dari bawah.
Intinya adalah, karena banyaknya partikel yang dapat ditemukan dalam sampel gas mana pun, tumbukan ini terjadi dengan frekuensi yang sangat tinggi, menghasilkan gaya yang hampir konstan yang mendorong permukaan wadah. Ini mirip dengan beberapa dorongan yang diberikan pada bendera dari bawah oleh penonton, yang tidak membiarkan bendera jatuh, melainkan membuatnya dalam keadaan tegang yang hampir konstan, seolah-olah digelembungkan dari bawah.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Tekanan Gas dan Hukum Gas Ideal
Gas adalah sistem paling sederhana yang dipelajari kimia. Faktanya, gas yang berperilaku ideal sepenuhnya dicirikan oleh hanya segelintir variabel yaitu jumlah mol (n), volume (V), suhu (T) dan, tentu saja, tekanan (Q). Keempat variabel ini (disebut fungsi keadaan) menentukan keadaan sampel gas apa pun, yang berarti bahwa jika kita mengetahuinya, kita semua tahu tentang gas tersebut dan dapat memprediksi perilakunya dalam situasi yang berbeda.
Meskipun empat, pada kenyataannya kita hanya perlu mengetahui 3 di antaranya, karena kita dapat menemukan yang keempat melalui persamaan keadaan gas ideal, juga dikenal sebagai hukum gas ideal, yang diberikan oleh :
Ini berarti bahwa tekanan suatu gas ditentukan oleh nilai dari tiga variabel lainnya, yaitu jumlah mol, suhu dan volume, dan hubungan ini dapat diperoleh dengan mengisolasi P dari hukum gas ideal, seperti yang ditunjukkan menunjukkan di bawah ini:
Cara menaikkan tekanan gas
Seperti dapat dilihat pada persamaan di atas, tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol dan suhu, tetapi berbanding terbalik dengan volume. Ini berarti ada tiga cara berbeda untuk meningkatkan tekanan, dan ini adalah:
Menaikkan jumlah mol gas
Fakta bahwa tekanan berbanding lurus dengan jumlah mol berarti semakin besar jumlah mol, semakin besar tekanannya. Ini menyiratkan bahwa salah satu cara untuk meningkatkan tekanan adalah dengan menginjeksikan gas dalam jumlah yang lebih besar ke dalam wadah yang berisi gas tersebut. Contohnya adalah saat kita menggembungkan ban atau karet mobil, sepeda motor atau sepeda, atau saat kita menggembungkan bola basket.
Apa yang dilakukan pompa adalah memasukkan lebih banyak partikel gas ke dalam wadah. Tetapi mengapa ini meningkatkan tekanan? Untuk memahaminya dengan lebih baik, kita harus ingat bagaimana gas memberikan tekanan. Tekanan gas adalah konsekuensi dari beberapa tumbukan antara partikel gas dan dinding wadah. Jika kita memasukkan lebih banyak partikel gas, frekuensi tumbukan partikel-partikel ini dengan permukaan akan meningkat, dan oleh karena itu tekanan akan meningkat.
meningkatkan suhu
Tekanan juga berbanding lurus dengan suhu. Oleh karena itu, dengan meningkatnya suhu, tekanan juga akan meningkat. Situasi sehari-hari di mana kita dapat melihat fenomena ini beraksi adalah ketika kita terlalu memanaskan kaleng yang tersegel dan meledak karena peningkatan tekanan di dalamnya.
Untuk memahami mengapa suhu memengaruhi tekanan, kita harus mempertimbangkan suhu itu sendiri. Suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata partikel penyusun suatu zat. Oleh karena itu, mengubah suhu berarti mengubah energi kinetik partikel. Karena mereka tidak dapat mengubah massanya, maka mereka pasti akan mengubah kecepatan geraknya.
Saat partikel gas bergerak lebih cepat, dua hal terjadi:
- Di satu sisi, frekuensi partikel bertabrakan dengan dinding meningkat, karena setiap partikel membutuhkan waktu lebih sedikit untuk berpindah dari satu dinding ke dinding lainnya. Ini memiliki efek yang sama seperti sebelum meningkatkan jumlah partikel.
- Selain itu, dengan bergerak lebih cepat, setiap partikel mentransfer energi kinetik dalam jumlah yang lebih besar ke dinding selama tumbukan, yang merupakan cara lain untuk mengatakan bahwa partikel tersebut menumbuk lebih keras. Karena lebih banyak gaya menyiratkan lebih banyak tekanan, maka yang terakhir meningkat.
Singkatnya, peningkatan suhu meningkatkan tekanan karena menyebabkan peningkatan jumlah tumbukan dan juga gaya masing-masing tumbukan.
mengurangi volume
Tidak seperti suhu dan jumlah mol, hubungan antara tekanan dan volume berbanding terbalik. Ini berarti bahwa semakin rendah volumenya, semakin tinggi tekanannya. Oleh karena itu, cara terakhir untuk menaikkan tekanan adalah dengan menurunkan volumenya.
Di sini lagi efeknya memiliki dua penyebab. Yang pertama adalah, ketika volume berkurang, jalur yang harus diambil setiap partikel untuk berpindah dari satu dinding ke dinding wadah lainnya berkurang, sehingga frekuensi tumbukan bersih meningkat. Selanjutnya, pengurangan volume umumnya disertai dengan pengurangan luas permukaan yang terpapar gas. Mengingat definisi asli tekanan, saat luas berkurang, tekanan meningkat.
Referensi
Atkins, P., & dePaula, J. (2014). Kimia Fisik Atkins (rev. ed.). Oxford, Inggris Raya: Oxford University Press.
Brown, T. (2021). Kimia: Sains Pusat (edisi ke-11). London, Inggris: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kimia (edisi ke-10). Kota New York, NY: MCGRAW-HILL.
Yayasan CK-12. (2020, 18 Mei). Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Tekanan Gas. Diambil dari https://www.ck12.org/chemistry/factors-affecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/
Bunga, P. (2018, 19 Oktober). Menghubungkan Tekanan, Volume, Jumlah, dan Temperatur: Hukum Gas Ideal – Kimia: Atom Pertama 2e. Diperoleh dari https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/
Socrates. (2014, 26 Mei). Apa yang menyebabkan tekanan gas? Diambil dari https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure
