Selamat datang di koleksi latihan soal fisika materi Teori Kinetik Gas! Halaman ini dirancang khusus untuk membantu siswa memahami dan menguasai konsep-konsep penting dalam fisika, mulai dari sifat-sifat gas ideal, hukum-hukum gas, hingga energi kinetik dan energi dalam gas. Teori kinetik gas adalah fondasi penting dalam termodinamika yang menjelaskan perilaku makroskopis gas dari sudut pandang mikroskopis partikel-partikelnya. Dengan mengerjakan berbagai jenis soal seperti pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, Anda akan memperdalam pemahaman tentang hubungan antara tekanan, volume, suhu, dan jumlah mol gas. Latihan soal ini juga mencakup konsep kecepatan efektif partikel gas, derajat kebebasan, dan kapasitas kalor gas monoatomik serta diatomik. Persiapkan diri Anda menghadapi ujian dengan berlatih soal-soal ini secara rutin. Tingkatkan kemampuan analisis dan pemecahan masalah Anda di bidang fisika.
Contoh Soal soal fisika materi teori kinetik gas
A. Pilihan Ganda
1. Manakah pernyataan yang BENAR mengenai gas ideal?
- A. Partikel-partikelnya saling tarik-menarik dengan kuat.
- B. Volumenya dapat diabaikan dibandingkan volume wadah.
- C. Tumbukan antarpartikel bersifat tidak elastis.
- D. Tidak ada gaya interaksi antarmolekul kecuali saat tumbukan.
- E. Jarak antarpartikel sangat rapat.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Gas ideal diasumsikan tidak memiliki interaksi antarmolekul selain tumbukan elastis dan volumenya dapat diabaikan dibandingkan volume wadah.
2. Sebuah gas ideal berada dalam wadah tertutup. Jika suhu gas dinaikkan, apa yang terjadi pada energi kinetik rata-rata partikel gas?
- A. Meningkat
- B. Menurun
- C. Tetap
- D. Bisa meningkat atau menurun tergantung jenis gas
- E. Tidak dapat ditentukan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Energi kinetik rata-rata partikel gas ideal berbanding lurus dengan suhu mutlak gas (Ek = 3/2 kT).
3. Hukum Boyle menyatakan bahwa pada suhu konstan, hasil kali tekanan (P) dan volume (V) gas adalah konstan. Pernyataan ini dapat ditulis sebagai…
- A. P/V = konstan
- B. PV = konstan
- C. P + V = konstan
- D. P – V = konstan
- E. V/P = konstan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Hukum Boyle menyatakan P₁V₁ = P₂V₂ pada suhu konstan.
4. Gas ideal mengalami proses isokhorik. Pernyataan yang benar adalah…
- A. Tekanan gas konstan
- B. Suhu gas konstan
- C. Volume gas konstan
- D. Tidak ada kalor yang masuk atau keluar
- E. Tekanan dan volume berubah secara proporsional
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Proses isokhorik adalah proses termodinamika di mana volume gas dijaga konstan.
5. Massa jenis suatu gas ideal pada tekanan 1,5 × 10⁵ Pa dan suhu 27 °C adalah 2 kg/m³. Jika R = 8,31 J/(mol·K) dan massa molar gas adalah M, maka nilai M adalah…
- A. 24,93 g/mol
- B. 33,24 g/mol
- C. 41,55 g/mol
- D. 49,86 g/mol
- E. 66,48 g/mol
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Gunakan persamaan gas ideal PV = nRT, di mana n = m/M. Jadi PV = (m/M)RT. Kita tahu ρ = m/V, sehingga P = (m/V) (RT/M) = ρRT/M. Maka M = ρRT/P. T = 27 + 273 = 300 K. M = (2 kg/m³)(8,31 J/(mol·K))(300 K) / (1,5 × 10⁵ Pa) = 4986 / 1,5 × 10⁵ = 0,03324 kg/mol = 33,24 g/mol. Pilihan terdekat adalah 33,24.
6. Sebuah bejana berisi 1 mol gas ideal pada suhu 300 K. Jika volume bejana adalah 20 L, berapakah tekanan gas tersebut? (R = 0,082 L·atm/(mol·K))
- A. 0,615 atm
- B. 0,82 atm
- C. 1,23 atm
- D. 2,46 atm
- E. 4,1 atm
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gunakan persamaan gas ideal PV = nRT. P = nRT/V = (1 mol)(0,082 L·atm/(mol·K))(300 K) / (20 L) = 24,6 / 20 = 1,23 atm.
7. Bagaimana hubungan antara tekanan (P) dan energi kinetik rata-rata (Ek) partikel gas ideal?
- A. P berbanding lurus dengan Ek
- B. P berbanding terbalik dengan Ek
- C. P berbanding lurus dengan Ek²
- D. P berbanding terbalik dengan Ek²
- E. Tidak ada hubungan langsung
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Tekanan gas ideal berbanding lurus dengan energi kinetik rata-rata partikelnya (P = 2/3 (N/V) Ek).
8. Jika kecepatan efektif (v_rms) partikel gas ideal ditingkatkan menjadi dua kali semula, maka suhu mutlak gas tersebut akan menjadi…
- A. 1/2 kali semula
- B. 2 kali semula
- C. 1/4 kali semula
- D. 4 kali semula
- E. Tetap
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Kecepatan efektif v_rms berbanding lurus dengan akar kuadrat suhu mutlak (v_rms = √3kT/m). Jika v_rms menjadi 2 kali, maka T harus menjadi (2)² = 4 kali semula.
9. Untuk gas diatomik pada suhu rendah (sekitar 300 K), derajat kebebasan yang dimiliki adalah…
- A. 3
- B. 5
- C. 6
- D. 7
- E. 8
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Pada suhu rendah, gas diatomik hanya memiliki 3 derajat kebebasan translasi dan 2 derajat kebebasan rotasi, total 5.
10. Kapasitas kalor gas ideal monoatomik pada volume konstan (Cv) adalah…
- A. 3/2 nR
- B. 5/2 nR
- C. 7/2 nR
- D. nR
- E. 2nR
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Untuk gas monoatomik, energi dalam U = 3/2 nRT, sehingga Cv = (dU/dT)v = 3/2 nR.
11. Hukum Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume (V) gas berbanding lurus dengan…
- A. Suhu mutlak
- B. Suhu Celsius
- C. Massa jenis
- D. Jumlah mol
- E. Tekanan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Hukum Charles menyatakan V/T = konstan pada tekanan konstan, yang berarti V berbanding lurus dengan suhu mutlak (T).
12. Manakah dari berikut ini yang BUKAN merupakan asumsi dasar teori kinetik gas ideal?
- A. Gas terdiri dari partikel-partikel kecil yang bergerak acak.
- B. Tumbukan antarpartikel dan dengan dinding wadah bersifat lenting sempurna.
- C. Tidak ada gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antarpartikel.
- D. Partikel gas tidak memiliki volume.
- E. Waktu tumbukan sangat singkat dibandingkan waktu antar tumbukan.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Asumsi gas ideal adalah partikel tidak saling berinteraksi, volumenya dapat diabaikan, dan tumbukan bersifat elastis. Partikel memiliki volume tetapi sangat kecil dan dapat diabaikan, bukan tidak memiliki volume sama sekali.
13. Sebuah gas ideal memiliki volume 2 L pada tekanan 1 atm dan suhu 27 °C. Jika tekanan diubah menjadi 2 atm dan volume menjadi 1,5 L, berapakah suhu gas sekarang?
- A. 77 °C
- B. 127 °C
- C. 177 °C
- D. 227 °C
- E. 277 °C
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gunakan P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂. T₁ = 27 + 273 = 300 K. (1 atm)(2 L)/(300 K) = (2 atm)(1,5 L)/T₂. 2/300 = 3/T₂. T₂ = (3 × 300)/2 = 450 K. Dalam Celsius: 450 – 273 = 177 °C.
14. Energi dalam (U) untuk n mol gas ideal monoatomik adalah…
- A. 3/2 nRT
- B. 5/2 nRT
- C. nRT
- D. 1/2 nRT
- E. 7/2 nRT
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Energi dalam gas monoatomik adalah U = 3/2 nRT.
15. Konstanta Boltzmann (k) adalah rasio antara konstanta gas umum (R) dan…
- A. Jumlah mol
- B. Bilangan Avogadro
- C. Massa molar
- D. Tekanan
- E. Volume
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: k = R/NA, di mana NA adalah bilangan Avogadro.
16. Sebanyak 2 mol gas ideal berada dalam wadah bervolume 40 liter pada suhu 300 K. Berapakah tekanan gas tersebut jika R = 0,082 L·atm/(mol·K)?
- A. 0,82 atm
- B. 0,984 atm
- C. 1,025 atm
- D. 1,23 atm
- E. 1,64 atm
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: P = nRT/V = (2 mol)(0,082 L·atm/(mol·K))(300 K) / (40 L) = 49,2 / 40 = 1,23 atm.
17. Jika gas ideal mengalami proses isotermik, maka…
- A. Suhu gas konstan
- B. Tekanan gas konstan
- C. Volume gas konstan
- D. Tidak ada pertukaran kalor
- E. Energi dalam gas berubah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Proses isotermik adalah proses di mana suhu gas dijaga konstan.
18. Sebuah gas ideal memiliki energi kinetik rata-rata partikel sebesar E. Jika jumlah partikel gas dilipatgandakan sedangkan volume dan suhu tetap, maka tekanan gas akan…
- A. Menjadi setengahnya
- B. Menjadi dua kali semula
- C. Tetap
- D. Menjadi empat kali semula
- E. Menurun menjadi seperempatnya
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Tekanan gas ideal P = NkT/V. Jika N dilipatgandakan (menjadi 2N) sementara k, T, dan V tetap, maka P akan menjadi 2P, yaitu dua kali semula.
19. Perbandingan kecepatan efektif (v_rms) partikel gas Hidrogen (Mr = 2 g/mol) dan Oksigen (Mr = 32 g/mol) pada suhu yang sama adalah…
- A. 1:4
- B. 1:16
- C. 2:1
- D. 16:1
- E. 4:1
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: v_rms = √3RT/M. Karena T dan R sama, v_rms berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa molar (Mr). v_rms_H / v_rms_O = √Mr_O / √Mr_H = √32 / √2 = √16 = 4. Jadi perbandingannya 4:1.
20. Jika sebuah gas ideal mengalami ekspansi adiabatik, maka…
- A. Suhu gas meningkat
- B. Volume gas konstan
- C. Tekanan gas konstan
- D. Gas mendingin
- E. Energi dalam gas bertambah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Ekspansi adiabatik berarti tidak ada pertukaran kalor (Q=0) antara sistem dan lingkungan. Karena gas melakukan kerja (ekspansi), energi dalamnya berkurang, sehingga suhunya menurun.
B. Isian Singkat
1. Pada proses isobarik, besaran fisika yang dijaga konstan adalah…
Jawaban: Tekanan
2. Nilai konstanta Boltzmann adalah sekitar…
Jawaban: 1,38 × 10⁻²³ J/K
3. Rumus energi kinetik rata-rata translasi satu molekul gas ideal adalah…
Jawaban: 3/2 kT
4. Gas ideal yang memiliki 3 derajat kebebasan adalah gas…
Jawaban: Monoatomik
5. Jika suatu gas ideal mengalami proses isotermik, maka perubahan energi dalamnya adalah…
Jawaban: Nol
C. Menjodohkan
1. Jodohkanlah hukum gas berikut dengan pernyataannya!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Boyle | PV = konstan (T konstan) |
| Hukum Charles | V/T = konstan (P konstan) |
| Hukum Gay-Lussac | P/T = konstan (V konstan) |
| Hukum Avogadro | V/n = konstan (P, T konstan) |
2. Jodohkanlah besaran fisika berikut dengan satuannya dalam SI!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Tekanan | Pascal (Pa) |
| Volume | meter kubik (m³) |
| Suhu | Kelvin (K) |
| Jumlah mol | mol |
| Energi | Joule (J) |
D. Uraian
1. Jelaskan empat asumsi dasar dari gas ideal dalam teori kinetik gas!
Empat asumsi dasar gas ideal adalah: 1. Gas terdiri dari partikel-partikel yang sangat banyak dan bergerak secara acak dengan kecepatan tinggi. 2. Volume setiap partikel gas sangat kecil dan dapat diabaikan dibandingkan dengan volume wadah. 3. Tidak ada gaya interaksi (tarik-menarik atau tolak-menolak) antarpartikel gas, kecuali saat terjadi tumbukan. 4. Tumbukan antarpartikel gas dan antara partikel gas dengan dinding wadah bersifat lenting sempurna (elastis) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.
2. Sebuah wadah tertutup bervolume 5 L berisi 0,5 mol gas Oksigen (O₂) pada suhu 27 °C. Hitunglah tekanan gas tersebut dalam Pascal (Pa), jika R = 8,31 J/(mol·K).
Diketahui: V = 5 L = 5 × 10⁻³ m³, n = 0,5 mol, T = 27 °C = 300 K, R = 8,31 J/(mol·K). Menggunakan persamaan gas ideal PV = nRT. P = nRT/V = (0,5 mol)(8,31 J/(mol·K))(300 K) / (5 × 10⁻³ m³) = 1246,5 / (5 × 10⁻³) = 249300 Pa = 2,493 × 10⁵ Pa.
3. Bagaimana energi dalam gas ideal bergantung pada suhu dan derajat kebebasan? Jelaskan perbedaannya untuk gas monoatomik dan diatomik pada suhu kamar.
Energi dalam gas ideal (U) berbanding lurus dengan suhu mutlak (T) dan jumlah derajat kebebasan (f) yang dimiliki partikel gas. Secara umum, U = f/2 nRT. Untuk gas monoatomik, seperti Helium atau Neon, partikelnya hanya memiliki 3 derajat kebebasan translasi (f=3), sehingga U = 3/2 nRT. Untuk gas diatomik, seperti O₂ atau N₂, pada suhu kamar (sekitar 300 K), partikelnya memiliki 3 derajat kebebasan translasi dan 2 derajat kebebasan rotasi (f=5), sehingga U = 5/2 nRT. Pada suhu yang lebih tinggi, gas diatomik dapat memiliki derajat kebebasan vibrasi tambahan.
4. Jelaskan konsep kecepatan efektif (v_rms) partikel gas dan faktor-faktor apa saja yang mempengaruhinya!
Kecepatan efektif (v_rms) adalah akar kuadrat dari rata-rata kuadrat kecepatan partikel gas. Ini memberikan gambaran tentang kecepatan rata-rata partikel gas yang bergerak secara acak. Rumusnya adalah v_rms = √3kT/m atau v_rms = √3RT/M. Faktor-faktor yang mempengaruhinya adalah: 1. Suhu Mutlak (T): Kecepatan efektif berbanding lurus dengan akar kuadrat suhu mutlak. Semakin tinggi suhu, semakin cepat partikel bergerak. 2. Massa Partikel (m) atau Massa Molar (M): Kecepatan efektif berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa partikel atau massa molar gas. Partikel yang lebih ringan akan bergerak lebih cepat daripada partikel yang lebih berat pada suhu yang sama.
5. Sebuah tangki dengan volume 10 m³ berisi 5 kg gas Nitrogen (N₂). Jika suhu gas adalah 300 K dan massa molar N₂ adalah 28 g/mol, hitunglah tekanan gas dalam tangki. (R = 8,31 J/(mol·K))
Diketahui: V = 10 m³, massa (m) = 5 kg = 5000 g, T = 300 K, M = 28 g/mol, R = 8,31 J/(mol·K). Langkah 1: Hitung jumlah mol (n). n = m/M = 5000 g / 28 g/mol ≈ 178,57 mol. Langkah 2: Gunakan persamaan gas ideal PV = nRT. P = nRT/V = (178,57 mol)(8,31 J/(mol·K))(300 K) / (10 m³) = 445258,41 / 10 = 44525,841 Pa ≈ 4,45 × 10⁴ Pa.