4 5 Hukum Gas

PELAJARA Hukum-Hukum Gas (Hubungan Tekanan (P) , Isipadu(V) Suhu(T) bagi suatu gas. Hukum

Hubung an

Pemal ar

Boyle

Pα 1 V

T

Aplikasi

1.Gelemb ong udara terbentuk di dalam P1V1 = air P2V2 membesa r bila tiba di permukaa n 2.Belon gas hidrogen pecah apabila sampai ketinggia n tertentu Charle V α T P Belon s udara panas V1 = membesa V2 r apabila T1 udara T2 panas Tekana P α T V Tayar n kenderan mempuny P1 = ai P2 tekanan T1 tinggi T2 apabila berjalan jauh kerana geseran tayar dengan jalan. V = Isipadu gas P = Tekanan gas T = Suhu mutlak θo C = ( θ + 273 ) K

(a) Hukum Boyle (Hubungan antara Tekanan(V) dan Isipadu(V) pada Suhu(T) malar Pernyataan Hukum Boyle Bagi suatu gas yang tetap jisimnya,tekanan berubah secara songsang dengan isipadunya jika suhu adalah malar. atau P α1 jika T tetap V Di mana P= tekanan, V =isipadu dan T = suhu atau P=k V PV = k P1V1= P2V2

Contoh 1 Suatu gas mempunyai tekanan 3 x 10 4 Pa dan berisipadu 0.4 m3. Gas itu mengalami pengembangan sehingga tekanannya menjadi 6 x 10 4 Pa.Berapakah isipadu gas itu sekarang? Penyelesaian

Contoh 2 Suatu gelembung udara terbentuk di dasar sebuah laut yang dalamnya 40m.Isipadu gelembung ketika itu ialah 2.0 cm 3.Berapakah isipadu gelembung itu apabila tiba di permukaan? (Tekanan atmosfera = 10 m air laut) Penyelesaian

Contoh 3 Sebuah bikar 500 cm 3 ditelangkupkan di permukaan air dan ditenggelamkan sedalam 2.5 m. Berapakah isipadu air yang masuk pada kedalaman tersebut. (Tekanan atmosfera= 10 m air) Penyelesaian

Contoh 4 Berapa dalamkah sebiji belon perlu ditenggelamkan dalam air supaya isipadunya menjadi 2 isipadu 5 asalnya. (Tekanan atmosfera= 10 m air) Penyelesaian.

Contoh 5 Rajah menunjukkan satu tiub kaca yang diisi 5 cm merkuri untuk memerangkap 10 cm udara.Merkuri ditambah sehingga panjang udara terperangkap menjadi 8 cm.Berapakah panjang merkuri ketika itu? (Tekanan atomosfera = 75 cm Hg) Penyelesaian

Contoh 6 Rajah(a) di atas menunjukkan udara terperangkap sepanjang 30 cm oleh 15 cm merkuri dalam sebuah tiub kapilari.Tiub kapilari kemudiannya diufukkan sehingga panjang udara terperangkap menjadi 24 cm seperti rajah(b).Tentukan tekanan atmosfera yang bertindak. Penyelesaian Contoh 7

Dua buah bebuli kaca A dan B yang serupa disambung ke satu injap.Bebuli A mempunyai gas pada tekanan P dan bebuli B adalah vakum. Apabila injap dibuka berapakah tekanan sepunya. Penyelesaian

Hukum Boyle berdasarkan Teori Kinetik Pada suhu tetap,tenaga kinetik purata molekul adalah tetap. Jika gas dimampatkan,isipadu gas berkurangan. Bilangan molekul perunit isipadu bertambah. Frekuensi perlanggaran molekul dengan dinding bertambah.

Daya impuls bertambah dan seterusnya tekanan gas bertambah sebab (P=F/A)

Hukum Charles (Hubungan antara Isipadu(V) dengan Suhu mutlak(T) jika Tekanan(P) malar

Eksperimen mencari hubungan antara tekanan dengan suhu suatu gas. Hipotesis : Jika tekanan bertambah maka isipadu berkurangan P.U manupulatif : Tekanan P.U. respons : Isipadu P.U. dimalarkan : Suhu dan jisim gas

Pernyataan Hukum Charles Bagi suatu gas yang tetap jisimnya,isipadu berubah secara langsung dengan suhu mutlaknya jika tekanan gas tetap.

Catatkan panjang bagi100 cm3 isipadu picagari = L Kirakan luas keratan omboh picagari A = 100 / L Catatkan tekanan atmosfera = Po ketika omboh pada pada kedudukan skala sifar. Tambah beban m pada omboh dan catatkan isipadu baru udara terperangkap = V Kirakan jumlah tekanan udara terperangkap P = Po + mg A Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan nilai m berlainan. Jadualkan data P V Lukiskan graf V lawan P

Berdasarkan graf didapati bila V bertambah bagi P berkurang.

V αT V = KT V =K T V1 = V2 T1 T2

Contoh 8 Suatu jisim gas tertentu pada tekanan tetap mempunyai isipadu 4.0 liter pada suhu 30oC.Berapakah isipadu gas pada suhu 60oC? Penyelesaian

Contoh 9 Satu salur kaca memerangkap udara sepanjang 29 cm pada suhu 17oC dengan menggunakan merkuri sepanjang 5 cm. Berapakah panjang udara terperangkap bila salur kaca ini dipanaskan pada suhu 57oC ? Penyelesaian

Hukum Charles berdasarkan Teori Kinetik Pada tekanan tetap,frekuensi perlanggaran molekul dengan dinding adalah malar kerana daya impuls adalah malar. Apabila suhu gas bertambah ,tenaga kinetik purata molekul bertambah.Perlanggaran molekul dengan dinding bertambah dan seterusnya daya impuls bertambah. Sepatutnya tekanan gas bertambah. Untuk mengekalkan gas pada nilai malar,bilangan molekul per unit isipadu dikurangkan dan dengan itu ispadu gas bertambah. Eksperimen mencari hubungan di antara suhu dengan isipadu gas. Hipotesis : Jika suhu bertambah maka isipadu bertambah. P.u. manupulatif : Suhu P.u. respons : Isipadu P.u. dimalarkan : Tekanan dan jisim gas

Catatkan luas keratan dalam tiub kapilari yang diguna = A Masukkan ais dan air ke dalam bikar dan kacau sehingga mencapai suhu lebih kurang 10oC. Catatkan suhu ketika itu θ dan panjang udara terperangkap = L. Kirakan isipadu udara terperangkap V = AL

Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan suhu air yang berlainan. Jadualkan data θ V Lukis graf Isipadu V lawan θ Daripada graf didapati apabila suhu bertambah maka isipadu bertambah Hukum Tekanan (Hubungan antara Tekanan(V) dengan Suhu mutlak(T) jika Isipadu(V) malar Pernyataan Hukum Tekanan Bagi suatu gas yang tetap jisimnya,tekanan berubah secara langsung dengan suhu mutlaknya jika isipadu gas tetap. P αT P = KT P =K T P1 = P2 T1 T2

Contoh 10 Sebuah bilik kebal yang tahan letupan mempunyai tekanan 1 x 10 5 Pa pada suhu 27oC.Jika tekanan melebihi 500 kPa bilik kebal itu tidak berfungsi lagi.Berapakah suhu minimum yang menyebabkan letupan berlaku? Penyelesaian

Contoh 11 Suhu /oC Tekanan / Nm2

50 2x 105

Lengkapkan jadual di atas. Penyelesaian

10 0

Hukum Tekanan berdasarkan Teori Kinetik Pada isipadu tetap,bilangan molekul per unit isipadu adalah malar. Apabila suhu gas bertambah ,tenaga kinetik purata molekul bertambah.Perlanggaran molekul dengan dinding bertambah. Daya impuls bertambah dan dengan itu tekanan bertambah sebab (P= F/ A)

Eksperimen mencari hubungan antara suhu dengan tekanan gas. Hipotesis : Jika suhu bertambah maka tekanan bertambah. P.u. manupulatif : Suhu P.u. respons : Tekanan P.u. dimalarkan : Suhu dan jisim gas

Kacau air sehingga suhu mantap. Catatkan suhu air = θoC Catatkan tekanan pada tolok Bourdon = P Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan suhu air yang berlainan. Jadualkan data θ P Lukiskan graf tekanan P lawan suhu θ oC

Daripada graf didapati apabila suhu bertambah maka tekanan gas bertambah Suhu mutlak Skala suhu mutlak. Suhu mutlak disukat dalam unit Kelvin(K) θ o C = ( θ + 273 ) K Ciri-ciri gas pada suhu sifar mutlak( 0 K) Berdasarkan Hukum Charles dan Hukum Tekanan:

Berdasarkan graf didapati pada suhu sifar mutlak tekanan dan isipadu gas adalah sifar. Oleh itu (a) Molekul-molekul gas pegun (b) Tenaga kinetik purata molekul adalah sif

TUTORIA L5 Sebiji belon berisipadu 5 cm3 diisikan dengan udara pada tekanan 1 x 105 Pa . Apabila belon ditiup sehingga isipadu 20 cm3, berapakah tekanan gas dalam belon itu sekarang?

1

A 10 Pa C E

4 x 105 Pa

B

1.0 x

5

2.5 x 105Pa 5x 103 Pa

D

4 x 103 Pa

5

cm 2

Rajah menunjukkan graf tekanan ,P lawan isipadu ,V bagi suatu gas yang tertentu jisimnya pada suhu malar.Nilai Vx adalah A C

6 x 10-3 1.6 x 10-2

E

8 x10-2

B

6

8 x10-3 D 4 x10-

2

3

Satu gelembong udara yang dibebaskan dari sebuah tasik bertambah isipadunya semasa naik ke permukaan.Ini adalah kerana A B C D

4

A C E

25 cm3 75 cm3 150 cm3

B D

50 cm3 100 cm3

A

0.01 cm3

C E

0.1 cm3 0.6 cm3

B D

B 30m E

20m D

50m

Satu belon diisi udara pada tekanan atmosfera.Ia kemudiannya ditenggelamkan ke dalam air sedalam 40 m.Apakah terjadi kepada isipadu belon itu? (Tekanan atmosfera = 10 m air) A B C D

8

0.3 cm3

Satu gelembung udara mempunyai isipadu 0.4 mm3di dasar sebuah tasik.Apabila tiba di permukaan isipadunya menjadi 1.6 mm3. Berapa dalamkah tasik itu? (Tekanan atmosfera = 10 m air) 10 m C 40m

7

0.03

3

A

suhu gas bertambah apabila kedalaman air bertambah ketumpatan air berkurangan apabila kedalam bertambah tekanan air bertambah apabila kedalaman air bertambah ketegangan permukaan air bertambah apabila kedalaman bertambah

Satu gelembong udara berisipadu 30 cm3 terbentuk di dasar sebuah tasik dan mengalami tekanan 190 cm Hg.Berapakah isipadu gelembung udara apabila tiba di permukaan laut.(Tekanan atmosfera = 76 cm Hg)

Satu gelembung udara berisipadu 0.1 cm3 berada pada dasar sebuah tasik.Jika kedalaman tasik adalah 20 m dan tekanan atmosfera ialah 10 m air,hitungkan isipadu gelembung udara apabila tiba di permukaan air?

bertambah 4 kali ganda bertambah 5 kali ganda berkurang ¼ kali ganda berkurang 1/5 kali ganda

Rajah menunjukkan bekas A berisipadu 70 cm3 mengandungi gas pada tekanan 40 cm Hg.Apabila injapnya dibuka gas akan masuk ke bekas B yang asalnya vakum dan berisipadu 30 cm3.Berapakah tekanan gas yang baru? A

17 cm Hg

B

23 cm Hg

C E

9

28 cm Hg 35 cm Hg

D

31 cm Hg

Sebatang tiub kapilari diisi dengan 5 cm merkuri untuk memerangkap udara.Tiub kapilari di letakkan daklam tiga situasi yang berlainan.Jika P1,P2 dan P3 adalah tekanan udara dan h1,h2 dan h3 adalah tinggi udara terperangkap,pernyataan yang manaka adalah b

P1 A ting gi B s eder han a C S eder han a D ting gi

P2 Ren dah

P3 Seder hana

tingg i

Rend ah

rend ah

Tinggi

Sede r hana

renda h

h1 r en dah Se der h ana Se der h ana r en dah

h2 t in gg i re nd ah

h3 r end ah

t in gg i t in gg i

R end ah

T ing gi

S ede r h ana

10 Satu tiub kaca diisikan 5 cm merkuri menyebabkan panjang udara terperangkap adalah 10 cm.Berapakah panjang merkuri perlu ditambah supaya panjang udara terperangkap menjadi 8 cm? (Tekanan atmosfera = 75 cm Hg)

A C E

10 cm 20 cm 30 cm

B D

15 cm 25 cm

11 Rajah menunjukkan sebatang tiub kapilari diisi dengan 5 cm merkuri dalam keadaan ufuk seperti rajah(a) dengan panjang udara terperangkap adalah 25 cm.Apabila tiub kapilari berada pada kedudukan seperti rajah (b) panjang udara terperangkap ,x adalah (tekanan atmosfera= 75 cm Hg) A

5 cm C 15 cm E 30 cm

B D

10 cm 20 cm

12 V / cm3 T/oC

150 -23

300 X

Jadual di atas menunjukkan nilainilai isipadu dan suhu suatu gas pada tekanan tetap.Nilai X adalah, A C

-227oC 46oC E 500oC

B

-46oC D 227oC

13 Rajah menunjukkan turus udara terperangkap sepanjang 10 cm oleh sejalur merkuri 5 cm pada suhu 270C.Pada suhu berapakah turus udara terperangkap perlu dipanaskan supaya panjangnya menjadi 10.9 cm? A C

42oC 540C

B D

480C 57oC

E

62oC

16 Antara graf tekanan P melawan suhu T berikut yang manakah mematuhi hukum tekanan ?

14 Rajah menunjukkan turus udara terperangkap sepanjang 9 c m oleh sejalur merkuri 5 cm pada suhu 27oC.Berapakah panjang udara terperangkap itu pada suhu o 67 C? A 5.8 cm C 10.2 cm cm E 15.6 cm

B

8.3 cm D 12.5

17 Tekanan udara dalam sebuah tayar kereta semasa memulakan perjalanan ialah 20.00 kPa dan suhu dalam tayar ketika adalah 27oC .Selepas satu perjalanan yang jauh tekanan udara dalam tayar menjadi 27.33. kPa. Suhu udara ketika itu adalah A C E 15 Rajah(a) menunjukkan satu silinder gas yang berada pada tekanan atmosfera.Gas itu kemudian dipanaskan sehingga tinggi turus menjadi 3 kali ganda daripada tinggi asal.Jika suhu awal gas adalah o 30 C,berapakah suhu akhir gas? A

90oC

C E

303oC 819oC

B D

180oC

636oC

52oC 112oC 189oC

D

B 77oC 137oC

18 Jika gas disejukkan sehingga suhu sifar mutlak ,molekul-molekul gas akan A tidak mempunyai jisim B bergerak secara rawak C tidak mempunyai tenaga kinetik D berpecah menjadi molekul lebih kecil 19 Sifar mutlak ialah

A C

0o C 0o F

D

B 0K –273 K

20 Pada suhu sifar mutlak A B C D

ais melebur jisim gas menjadi sifar ketumpatan udara sifar tekanan gas menjadi sifar

…………………………………… ………… (ii) Mengapakah tekanan udara terperangkap itu bertambah apabila beban M diletakkan di atas omboh itu? …………………………………… ………… …………………………………… ………… (b) (i) Hitungkan tekanan pada permukaan omboh yang disebabkan oleh beban M sahaja

(ii)

21 Rajah (a) menunjukkan sebuah silinder yang mempunyai omboh kedap udara .Luas keratan rentas ialah 5 x 10-4 m2. Satu beban berjisim 1.2 kg diletakkkan di atas omboh dan tinggi udara yang terperangkap dalam silinder itu ialah h seperti rajah (b) [ Tekanan atmosfera = 1.02 x 105 Nm-2 , abaikan jisim omboh ] (a) Berdasarkan teori kinetik jirim terangkan (i) Apakah yang menyebabkan tekanan bertindak pada bahagian dalam silinder dan omboh itu? …………………………………… ………… …………………………………… ………… …………………………………… …………

Berapakah tekanan udara yang terperangkap itu?

(c) Apabila jisim M diubah didapati tinggi udara terperangkap h ,turut berubah. (i) Nyatakan hubungan antara jisim beban dengan h. …………………………………… ………… …………………………………… ………… (ii) Lakarkan graf untuk menunjukkan hubungan antara jisim beban dengan h.

(ii) Tekanan udara terperangkap , Pu

dengan dalam h dari permukaan air.

22 Sebuah bikar kering ditelangkupkan di atas permukaaan air untuk memerangkap udara di dalamnya .Kemudian bikar itu ditolak ke dalam air sehingga aras bikar h m daripada permukaan air seperti pada rajah. (a) Dengan menggunakan teori kinetik jirim terangkan bagaimana udara yang terperangkap mengenakan tekanan pada dinding bikar itu? …………………………………… ………… …………………………………… ………… (b) Lakarkan graf untuk menunjukkan hubungan antara kuantiti-kuantiti berikut:(i) Tekanan air , Pa dengan

dalam h dari permukaan air.

(iii) Tekanan udara terperangkap , Pu dengan tinggi L ,turus udara terperangkap.Seterusn ya namakan hukum yang anda gunakan untuk melakarkan graf itu.

(c) Jika isipadu bikar ialah 500 cm dan nilai L = 150 cm3 ,tentukan nilai h. [ Tekanan atmosfera = 10 m air ] 3

(iii) Kirakan nilai T.

(iv) Sebutkan Hukum yang anda telah gunakan untuk menentukan nilai T. 23 Suatu gas terperangkap dalam sebuah bekas tertutup yang disambung ke satu tiub U seperti rajah di atas. Kedudukan aras merkuri di titik X dan Y ialah adalah 45 cm dan 25 cm masingmasing dan suhu gas ketika itu ialah 127oC. [ Tekanan atmosfera = 75 cm Hg ] (a) Berapakah tekanan (i) di titik X (ii) gas yang terperangkap dalam bekas. (b) Gas dalam bekas itu kemudiannya disejukkan pada suhu T oC.Didapati paras merkuri Y semakin naik sehingga kedua-dua turus merkuri mencapai paras yang sama. (i) Berdasarkan teori kinetik jirim terangkan paras merkuri di X semakin turun apabila gas itu disejukkan. …………………………………… ………… …………………………………… ………… …………………………………… ………… (ii) Berapakah tekanan gas itu pada suhu T.

(c) Setelah kedua-dua paras merkuri menjadi sama,sedikit merkuri dituangkan ke dalam tiub melalui X.Apakah yang terjadi kepada paras merkuri pada X dan Y dan berikan sebanya. …………………………………… ………… …………………………………… ……… 24 (a) Nyatakan Hukum Boyle (b) Huraikan satu eksperimen untuk mencari hubungan antara isipadu udara dan tekanan suatu gas pada suhu malar. (c) Berdasarkan teori kinetik jirim , mengapakah apabila isipadu gas bertambah pada suhu malar,tekanannya berkurangan. (d) Terangkan mengapa apabila sebiji belon yang diisi dengan gas hidrogen naik ke atas akhirnya ia pecah.