JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 87 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015

## Jurnal Pendidikan Fisika

## Universitas Muhammadiyah Makassar

## An Analysis on the Relationship between the Number of Particles and the Volume by Using the Gas Kinetic Theory Model
Nurazmi 1) , A. Taufik Hidayat Prayuda 2) , Nurul Ainun Maudil Khawair 3) , Harni 4) , Surya Sutriana 5) , Riska 6)
Prodi  Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Muhammadiyah Makassar 1),2),3,)4),5),6,)
Jln. Sultan Alauddin No. 259 Makassar, Makassar 90221 E-mail: nurazmi@unismuh.ac.id
(Diterima: 03 Januari 2020; Direvisi: 15 Januari 2020; Diterbitkan: 30 Januari 2020)
Abstract – This study aims at finding out the relationship between the number of particles and the volume by  using  the  gas  kinetic  theory  model.  In  this  study,  the  data  collection  was  conducted  three  times employing  different  particle  numbers, namely 10  particles, 20 particles and 30 particles group. During the  data  collection  process,  the  scale  reading  of  the  load  height  was  done  when  the  load  collision  has been going on for 20 seconds. Based on the observations, it can be obtained that the more the number of particles,  the  greater  the  volume.  The  graph  analysis  also  reveals  that  the  slope  of  the  three  graphs varies. Graph 4.1 and graph 4.2 share the same slope that is 0.1, while the slope of graph 4.3 is 0.095. The slope  of the graph illustrates that once the number of   particle increases,  the position  of the piston will also go up. In other words, it can be said that the changes in the position of the piston (v) is directly proportional to the number of particles (n).
Keywords: Kinetic Theory Of Gases, Volume, Piston Position, Particle

## Analisis Hubungan Jumlah Partikel Dengan Volume Menggunakan Model Teori Kinetik Gas
Abstrak  – Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  hubungan  jumlah  partikel  dengan  volume menggunakan  model  teori  kinetic  gas.  Pada  penelitian  ini,  pengambilan  data  dilakukan  sebanyak  tiga kali  dengan  jumlah  partikel  yang  berbeda-beda  yaitu  10  partikel,  20  partikel  dan  30  partikel.  Pada proses  pengambilan  data  yang  dilakukan,  pembacaan  skala  ketinggian  beban  dilakukan  ketika penumbukan beban telah berlangsung selama 20 detik. Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa semakin  banyak  jumlah  partikel  maka  volumenya  akan  semakin  besar  pula.  Dari  hasil  analisis  grafik diperoleh  kemiringan  pada  grafik  4.1  yaitu  0,1,  grafik  4.2  diperoleh  kemiringan  0,1  dan  grafik  4.3 diperoleh  kemiringan  0,095.  Kemiringan  grafik  menggambarkan  bahwa  setiap  pertambahan  partikel bertambah pula  kedudukan piston  atau dapat  dikatakan hubungan antara perubahan kedudukan piston (v) berbanding lurus dengan jumlah partikel (n).
Kata kunci: Teori Kinetik Gas, Volume, Kedudukan Piston, Partikel

## I. PENDAHULUAN
Gas  terbentuk  dari  bagian-bagian  sangat kecil  yang  disebut  molekul.  Gas  memiliki molekul  yang  sama  dengan  zat  padat  dan
cair.  Akan  tetapi  molekulnya  lebih  bebas bergerak.  Jika  didasarkan  teori  kinetik  gas, gas sendiri terbentuk oleh molekul – molekul gas  yang  bergerak  secara  acak  dengan  arah
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 88 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
gerak  yang  lebih  konstan.  Molekul  gas sendiri  bergerak  dengan  kecepatan  yang sangat  tinggi  dan  saling  bertubrukan  dengan molekul  –  molekul  yang  lainnya  serta bertabrakan  dengan  dinding  secara  terus  – menerus.
Peristiwa meletusnya balon karet merupakan  salah  satu contoh penerapan  teori kinetik  gas.  Balon  bisa  meletus  karena  dua hal  yaitu  adanya  kenaikan  suhu  dan  tekanan gas  balon.  Apabila  kita  letakkan  dibawah sinar matahari dalam waktu yang cukup lama maka balon akan meletus. Hal ini disebabkan oleh  suatu  gas  dalam  balon  juga  meningkat. Hal  yang  sama  juga  terjadi  apabila  kita memompa  balon  terus  menerus.  Gas  akan menekan dinding balon terus menerus seiring dengan kenaikan tekanannya, sehingga volume  balon  terus  meningkat.  Pada  saat dinding  balon  tidak  dapat  lagi  menahan tekanan  gas,  balon  akan  meletus.  Peristiwa meletusnya  balon  tersebut  terkait  dengan hubungan tekanan, suhu dan volume gas, jika terjadi  perubahan  pada  salah  satunya  akan mengakibatkan perubahan pada yang lain.
Berdasarkan  penjelasan  diatas,  maka penulis  tertarik  megambil  judul  eksperimen tentang  Teori  Kinetik  Gas  untuk  memahami hubungan  antara  jumlah  partikel  dengan volume.

## II. LANDASAN TEORI
Sifat  mekanika  gas  yang  tersusun  atas sejumlah  besar  atom-atom  ataumolekul-
molekul  penyusunnya  dijelaskan  dalam  teori kinetik  gas.Dalammenjelaskan  perilaku  gas dalam keadaan tertentu, teori kinetik gasmenggunakan  beberapa  pendekatan  dan asumsi  mengenai  sifat-sifat  gas  yangdisebut gas ideal .
Sifat-sifat  gas  ideal  dinyatakan  sebagai berikut.
1. Jumlah partikel gas sangat banyak, tetapi tidak  ada  gaya  tarik  menarik  (interaksi) antar partikel.
2. Setiap  partikel  gas  selalu  bergerak dengan arah sembarang atau acak.
3. Ukuran  partikel  gas  dapat  diabaikan terhadap  ukuran  ruangan  tempatgas berada.
4. Setiap tumbukan yang terjadi antarpartikel  gas  dan  antara  partikel gasdan dinding bersifat lenting sempurna.
5. Partikel gas terdistribusi merata di dalam ruangan.
6. Berlaku Hukum Newton tentang gerak.
Pada kenyataannya, tidak ditemukan gas yang memenuhi kriteria gasideal.Akan tetapi, sifat  itu  dapat  didekati  oleh  gas  pada temperatur  tinggi  dan  tekanan  rendah. Andaikan  kita  memiliki  satu  tangki  gas sembarang,kemudian  tekanan  dalam  tangki kita  sebut  P,  volume  tangki  adalah  V,  dan suhu  dalam  tangki  adalah  T.  Kita  bisa mengatur  atau  mengubah  tekanan,  suhu maupun volumenya. Ternyata antara P,V dan T  saling  memiliki  kaitan  tertentu.  Persamaan yang  meghubungkan  antara  P,  V  dan  T
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 89 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
dinamakan  sebagai  persamaan  keadaan  gas. Kita akan meninjau persamaan keadaan untuk gas ideal.Bila tekanan dalam tangki kita ubah dan suhunya kitajaga agar tidak berubah atau suhunya  konstan,  ternyata  volumenya  ikut berubah.  Jika  kita  memperbesar  tekanan maka  volumenya  berkurang.  Apabila  kita memperbesar volume tangki ternyata tekanan akan mengecil.
Teori  kinetik  gas  memberikan  jembatan antara  tinjauan  gas  secara  mikroskopik  dan makrokospik.  Hukum-hukum  gas  seperti hukum  Boyle,  Charles,  dan  Gay  Lussac, menunjukkan  hubungan  antara  besaran- besaran  makrokospik  dari  berbagai  macam proses  serta  perumusannya.  Kata  kinetik berasal dari adanya anggapan bahwa molekul-molekul gas selalu bergerak. Hukum Boyle  dikemukakan  oleh  fisikawan  Inggris yang bernama Robert Boyle. Hasil percobaan Boyle  menyatakan  bahwa  apabila  suhu  gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan  konstan,  maka  tekanan  gas berbanding  terbalik  dengan  volumenya. Untuk  gas  yang  berada  dalam  dua  keadaan keseimbangan  yang  berbeda  pada  suhu konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
…………..………………….1) Keterangan:
P 1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) P 2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2) V 1 : volume gas pada keadaan 1 (m3) V 2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
Hukum  Charles  dikemukakan  oleh fisikawan Prancis bernama Jacques Charles.Charles  menyatakan  bahwa  jika tekanan  gasyang  berada  dalam  bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volumegas sebanding dengan suhu mutlaknya.Untuk  gas  yang  berada  dalam duakeadaan  seimbang  yang  berbeda  pada tekanan konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
……………………….……………2)
Keterangan:
V 1 : volume gas pada keadaan 1 (m3) V 2 : volume gas pada keadaan 2 (m3) T 1 : suhu mutlak gas keadaan 1 (K) T 2 : suhu mutlak gas keadaan 2 (K)
Hukum  Gay  Lussac  dikemukakan  oleh kimiawan  Perancis  bernama  Joseph  Gay Iussac.  Gay  Lussac  menyatakan  bahwa  jika volume  gas  yang  berada  dalam  bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada volume konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.
………………………………..…...3)
Keterangan:
T 1 : suhu mutlak gas keadaan 1 (K) T 2 : suhu mutlak gas keadaan 2 (K) P 1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m 2 ) P 2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m 2 )
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 90 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
(a) (b)
Gambar  1 . Pada  tekanan  1  atm,  (a)  gas bervolume  4  m 3 memiliki temperatur  300  K,  sedangkan (b)  gas  bervolume  3  m 3 a  b memiliki temperatur 225 K.
Apabila  hukum  Boyle,  hukum  Charles, dan  hukum  Gay  Lussac  digabungkan,  maka diperoleh persamaan sebagai berikut.
................................................4)
Persamaan di atas disebut hukum Boyle- Gay  Lussac.Anda  telah  mempelajari  hukum- hukum  tentang  gas,  yaitu  hukum  Boyle, Charles,  dan  Gay  Lussac.  Namun,  dalam setiap penyelesaian soal biasanya menggunakan hukum Boyle-Gay Lussac. Hal ini  disebabkan hukum  ini  merupakan gabungan  setiap  kondisi  yang  berlaku  pada ketiga hukum sebelumnya.
Oleh karena setiap proses yang dilakukan  pada  gas  berada  dalam  ruang tertutup, jumlah molekul gas yang terdapat di dalam ruang tersebut dapatditentukan sebagai jumlah  mol  gas  ( n )  yang  jumlahnya  selalu tetap.  Mol  adalah  suatu  besaran  yang digunakanuntuk  menyatakan  massa  suatu  zat dalam gram yang besarnya sama denganjumlah  molekul  zat  tersebut.  Dengan demikian,  persamaan  keadaan  gas  idealdapat dituliskan menjadi
…………………..………………5)
Atau
Dengan:
n = jumlah mol gas,
R = tetapan umum gas = 8,31 × 103 J/kmolK (SI) = 8,31 J/molK,
P = tekanan (N/m 2 ), V = volume (m 3 ), dan T = temperatur (K).
Dari  definisi  mol  zat  yang  menyatakan bahwa:
Atau ,  Persamaan  (5)  dapat  dituliskan menjadi ( ) …………………………..6) Massa jenis suatu zat adalah perbandingan  antara  massa  dengan  volume zat tersebut. Oleh karena itu, dari Persamaan (6) dapat  diperoleh  persamaan  massa  jenis gas
…………..………………….7)
Menurut prinsip Avogadro, satu mol gas mengandung jumlah molekul  gas yang sama. Jumlah  molekul  gas  ini  dinyatakan  dengan bilangan Avogadro ( NA ) yang besarnya sama dengan  6,02  ×  1023  molekul/mol.  Dengan demikian, Persamaan  (7) dapat  dinyatakan menjadi.
( ) ………………………..8)
dengan: N =  Banyak partikel gas, dan NA = Bilangan avogadro = 6,02 × 1023  molekul/mol=  6,02  ×  1026 molekul/kmol.
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 91 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
Oleh  karena  nilai  pada Persamaan  (8) merupakan  suatu  nilai  tetapan  yang  disebut konstanta  Boltzmann, k ,  di  mana k =  1,38  × 10–23 J/K maka persamaan keadaan gas ideal dapat  juga  dituliskan  menjadi  persamaan berikut:
…………………………….9)

## III. METODE PENELITIAN
Alat dan bahan yang digunakan meliputi,  Beban,  Audio  Function  Generator (Botol Minuman/silinder, Peluru plastik/manic-manik,  Piston,  Tali,  Penggaris, Motor  Listrik,  Saklar,  Stopwatch,  Sendok, Papan (Katrol) dan Balok.
Gambar 2. Model (Alat) Teori Kinetik Gas
Prosedur  kerja  yang  dilakukan  dalam eksperimen ini  adalah menyiapkan perangkat eksperimen,  kemudian  merangkai  seperti gambar berikut.
Kemudian  dilakukan  pengambilan  data sebanyak  tiga  kali  dengan  jumlah  partikel yang  berbeda-beda  yaitu  10  partikel,  20 partikel  dan  30  partikel.  Pada  proses pengambilan data yang dilakukan, pembacaan  skala  ketinggian  beban  akibat penumbukan  partikel  dilakukan  ketika  telah berlangsung selama 20 detik

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan eksperimen
sederhana diperoleh data sebagai berikut.
Tabel  1. Hubungan  antara  volume  (V)
dengan  jumlah  partikel  (n) dalam     teori kinetik gas. Percobaan Ke- Jumlah Partikel, (n) (Peluru) Perubahan Kedudukan Piston (cm) I 10 1,00 20 2,00 30 3,00 II 10 0,90 20 2,10 30 2,90 III 10 0,80 20 2,30 30 2,70 Analisis grafik
Gambar  4. Hubungan  Antara  Perubahan Kedudukan  Piston,  V  (cm) dengan Jumlah Partikel, n
y = 0.1x - 0.0333 R² = 0.9868 0 2 4 0 10 20 30 40 P er u b a h a n K ed u d u k a n P is to n ( cm ) Jumlah Partikel, n (Peluru) Grafik 2. Hubungan  Antara Perubahan Kedudukan Piston, V (cm) dengan Jumlah Partikel, n y = 0.1x R² = 1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 10 20 30 40
P er u b a h a n K ed u d u k a n P is to n ( cm ) Jumlah Partikel, n (Peluru)
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 92 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
Gambar  5. Hubungan  Antara  Perubahan Kedudukan  Piston,  V  (cm) dengan Jumlah Partikel, n
Berdasarkan  dari  hasil  data  yang diperoleh  maka  dilakukan  analisis  grafik. Dari hasil analisis grafik diperoleh kemiringan  pada  grafik  1  yaitu  0,1,  grafik  2 diperoleh  kemiringan  0,1  dan  grafik  3 diperoleh kemiringan 0,095.
Kemiringan grafik menggambarkan bahwa setiap pertambahan partikel bertambah pula  kedudukan  piston  atau  dapat  dikatakan hubungan antara perubahan kedudukan piston (v)  berbanding  lurus  dengan  jumlah  partikel (n).  Dengan  demikian,    hal  ini  telah  sesuai dengan  teori  yang  ada  yaitu  semakin  banyak molekul  atau  partikel  disuatu  tempat,  maka semakin  sering  bertabrakan  satu  sama  lain. Hal  ini  menyebabkan  semakin  tinggi  pula tekanan  gas  tersebut.  Volume,  temperature dan  tekanan  memiliki  hubungan  yang  sangat dekat,  perubahan  pada  salah  satunya  akan mengakibatkan perubahan pada yang lain.

## V. PENUTUP
Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa
semakin  banyak  jumlah  partikel  maka volumenya akan semakin besar pula.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan  berakhirnya  jurnal  ini,  penulis ingin  berterima  kasih  kepada  semua  yang terlibat dalam pelaksanaan eksperimen hingga  pembuatan  jurnal.  Penulis  menyadari sepenuhnya  bahwa  dalam  penyusunan  jurnal ini  tidak  lepas  dari  tantangan  dan  hambatan. Namun berkat usaha dan motivasi dari pihak- pihak  langsung  maupun  tidak  langsung  yang memperlancar jalannya penyusunan jurnal ini sehingga  jurnal  ini  dapat  penulis  susun seperti  sekarang  ini.  Olehnya  itu,  secara mendalam  penulis  ucapkan  banyak  terima kasih  atas  bantuan  dan  motivasi  yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan jurnal ini.

## PUSTAKA
[1] Bueche, Frederick J dan Eugene Hecht. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta : Erlangga. [2] Chang,  Raymond.  2003. Kimia  Dasar
Konsep-konsep  Inti  Edisi  Ketiga  Jilid
1. Jakarta : Erlangga.
[3] Halliday,  dkk.  2010. Fisika  Dasar
Edisi  Ketujuh  Jilid  1. Jakarta  : Erlangga.
[4] Hermawan,  Sandy.  2012. Master Fisika  SMA  Kelas  X,  XI, XII. Jakarta  :
Wahyu Media
[5] Luthfiyatul, lulu. 2014. Laporan Fisika :  Teori  Kinetik  Gas .  Diakses  Pada Ahad, 27 Oktober 2019. http://luthfiyatul.blogspot.co.id/2014/1 0/ laporn-fisika-teori-kinetik-gas. html.
[6] Saripuddin, dkk. 2009. Fisika 2: untuk Kelas  XI  Seklah  Menengah  Atas  /
y = 0.095x + 0.0333 R² = 0.8995 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 P er u b a h a n K ed u d u k a n P is to n ( cm ) Jumlah Partikel, n (Peluru)
JPF | Volume 8 | Nomor 1 | 93 p - ISSN: 2302-8939 e - ISSN: 2527-4015
[7] Madrasah Aliyah Program Ilmu Alam . Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. [8] Setya
Nurachmandani,
Setya. 2009. Fisika  2  :  Untuk  SMA/MA  Kelas XI. Jakarta :Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. [9] Soekardie, Chandrasa. 2015. Termodinamika Dasar Mesin Konversi
Energi. Yogyakarta : Andi Offset.
[10] Suharyanto,  dkk.  2009. Fisika  :  untuk SMA dan MA Kelas XI . Jakarta : Pusat Perbukuan,  Departemen  Pendidikan Nasional.
[11] Surya,  Yohannes.  2009. Suhu  dan Termodinamika. Tangerang : Kandel.
[12] Young,  Hugh  D  dan  Roger  A Freedman.  2002. Fisika  Universitas Edisi  Kesepuluh  Jilid  1. Jakarta  : Erlangga.