Kumpulan SOAL TEORI KINETIK GAS FISIKA SMA KELAS XI KURIKULUM MERDEKA 2024

Soal 1: Hakekat Gas Ideal

Soal:
Gas ideal dianggap memiliki sifat-sifat tertentu. Sebutkan 3 sifat utama gas ideal dan jelaskan secara singkat!

Pembahasan:

1. Partikel gas ideal tidak memiliki volume. Ini berarti partikel gas dianggap titik tanpa dimensi.
2. Partikel gas ideal tidak memiliki gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara satu sama lain kecuali saat bertumbukan.
3. Tumbukan antar partikel gas ideal dan dinding wadah adalah elastis sempurna, artinya energi kinetik total sistem tetap konstan.

Soal 2: Energi Kinetik Partikel Gas

Soal:
Berapa energi kinetik rata-rata per partikel gas pada suhu $T = 300 \, \text{K}$ Diketahui konstanta Boltzmann $k_B=1.38\times 10^{-23}\text{J/K<span class="katex"><span aria-hidden="true" class="katex-html"><span class="base"><span class="mord text"><span class="mord">K</span></span></span></span></span>.}$

Pembahasan:
Energi kinetik rata-rata per partikel gas ideal dapat dihitung dengan rumus:

$$E_k = \frac{3}{2} k_B T$$
$$E_k = \frac{3}{2} \times 1.38 \times 10^{-23} \times 300 = 6.21 \times 10^{-21} \, \text{J}$$

Jadi, energi kinetik rata-rata per partikel gas pada suhu $300\text{K adalah }$$6.21 \times 10^{-21} \, \text{J}$.

Soal 3: Persamaan Keadaan Gas Ideal

Soal:
Sebuah gas ideal memiliki volume 10 liter, tekanan 2 atm, dan suhu 300 K. Berapa jumlah mol gas tersebut? Diketahui konstanta gas $R = 0.0821 \, \text{L} \cdot \text{atm} / \text{mol} \cdot \text{K}$.

Pembahasan:
Gunakan persamaan gas ideal:

$$PV = nRT$$
$$n = \frac{PV}{RT}$$ $$n = \frac{(2)(10)}{(0.0821)(300)} = \frac{20}{24.63} \approx 0.812 \, \text{mol}$$

Jumlah mol gas tersebut adalah 0.812 mol.

Soal 4: Menghitung Usaha Gas dalam Proses Isobarik

Soal:
Gas dengan tekanan tetap 2 atm mengembang dari volume 5 liter menjadi 10 liter. Hitunglah usaha yang dilakukan oleh gas tersebut! Diketahui 1 atm = 101.3 kPa.

Pembahasan:
Dalam proses isobarik, usaha gas diberikan oleh rumus:

$$W = P \Delta V$$
$$W = 2 \times 101.3 \, \text{kPa} \times (10 - 5) \, \text{L}$$
$$W = 2 \times 101.3 \times 5 = 1013 \, \text{J}$$

Usaha yang dilakukan oleh gas adalah 1013 J.

Soal 5: Gaya yang Diberikan Udara Luar

Soal:
Sebuah piston silinder memiliki luas penampang 0.1 m² dan tekanan udara luar sebesar 100 kPa. Hitung gaya yang bekerja pada piston akibat tekanan udara luar.

Pembahasan:
Gaya yang diberikan oleh udara luar dapat dihitung dengan rumus:

$$F = P A$$
$$F = 100 \times 10^3 \times 0.1 = 10,000 \, \text{N}$$

Gaya yang bekerja pada piston adalah 10,000 N.

Soal 6: Energi Kinetik Total Gas

Soal:
Jika ada 2 mol gas ideal pada suhu 300 K, berapakah total energi kinetik gas tersebut? Diketahui konstanta gas $R = 8.314 \, \text{J/mol} \cdot \text{K}$.

Pembahasan:
Total energi kinetik gas ideal diberikan oleh rumus:

$$E_k = \frac{3}{2} nRT$$
$$E_k = \frac{3}{2} \times 2 \times 8.314 \times 300 = 7,482.6 \, \text{J}$$

Total energi kinetik gas tersebut adalah 7,482.6 J.

Soal 7: Volume Gas Ideal pada Tekanan dan Suhu Tertentu

Soal:
Sebuah gas ideal berada pada suhu 400 K dan tekanan 1 atm. Jika terdapat 0.5 mol gas, berapakah volumenya? Diketahui $R = 0.0821 \, \text{L} \cdot \text{atm}/ \text{mol} \cdot \text{K}$.

Pembahasan:
Gunakan persamaan gas ideal:

$$PV = nRT$$
$$V = \frac{nRT}{P}$$ $$V = \frac{(0.5)(0.0821)(400)}{1} = 16.42 \, \text{L}$$

Jadi, volume gas tersebut adalah 16.42 liter.

Soal 8: Tekanan Gas setelah Pemanasan

Soal:
Sebuah gas ideal dengan volume 2 liter dan tekanan 1 atm dipanaskan hingga suhu meningkat dari 300 K menjadi 600 K. Berapakah tekanan gas tersebut jika volumenya tetap?

Pembahasan:
Gunakan hukum Gay-Lussac:

$$\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$$ $$P_2 = P_1 \times \frac{T_2}{T_1} = 1 \times \frac{600}{300} = 2 \, \text{atm}$$

Tekanan gas setelah dipanaskan adalah 2 atm.

Soal 9: Usaha dalam Proses Isotermal

Soal:
Gas dengan jumlah 1 mol mengalami ekspansi isotermal pada suhu 300 K dari volume 2 liter menjadi 6 liter. Hitung usaha yang dilakukan oleh gas. Diketahui $R = 8.314 \, \text{J/mol} \cdot \text{K}$.

Pembahasan:
Dalam proses isotermal, usaha diberikan oleh:

$$W = nRT \ln \left( \frac{V_f}{V_i} \right)$$$$W = (1)(8.314)(300) \ln \left( \frac{6}{2} \right) = 2494.2 \times \ln(3)$$
$$W \approx 2494.2 \times 1.099 = 2741.6 \, \text{J}$$

Usaha yang dilakukan oleh gas adalah 2741.6 J.

Soal 10: Gaya pada Piston dengan Tekanan yang Berbeda

Soal:
Sebuah piston diisi gas dengan tekanan 150 kPa dan luas penampang 0.05 m². Hitung gaya yang bekerja pada piston.

Pembahasan:
Gunakan rumus:

$$F = P A$$
$$F = 150 \times 10^3 \times 0.05 = 7500 \, \text{N}$$

Gaya yang bekerja pada piston adalah 7,500 N.