Hukum Gay-Lussac
Kalkulator hukum Gay-Lussac ini menemukan tekanan akhir atau suhu akhir suatu gas ketika volume dan jumlah gas tetap. Masukkan tiga dari empat nilai (P1, T1, P2, T2), biarkan kosong yang tidak diketahui, dan alat akan menyelesaikan P1/T1 = P2/T2 dengan langkah penuh. Ia menerima atm, kPa, mmHg, torr, bar, dan psi untuk tekanan dan K, °C, dan °F untuk suhu, dan mengkonversi setiap suhu ke Kelvin secara otomatis, sehingga Anda terhindar dari kesalahan paling umum dalam soal hukum gas.
Isochoric Transformation (Constant Volume: V₁ = V₂)
Step-by-Step Mathematical Derivation:
1. Formula: P₁ / T₁ = P₂ / T₂ → P₂ = P₁ × (T₂ / T₁)
2. Absolute Temperature Conversion:
• T₁ = 20 °C + 273.15 = 293.15 K
• T₂ = 80 °C + 273.15 = 353.15 K
3. Substitution: P₂ = 2.0 atm × (353.15 K / 293.15 K)
4. Final Output: P₂ = 2.4093 atm
Kalkulator hukum Gay-Lussac ini menemukan tekanan akhir atau suhu akhir suatu gas ketika volume dan jumlah gas tetap. Masukkan tiga dari empat nilai (P1, T1, P2, T2), biarkan kosong yang tidak diketahui, dan alat akan menyelesaikan P1/T1 = P2/T2 dengan langkah penuh. Ia menerima atm, kPa, mmHg, torr, bar, dan psi untuk tekanan dan K, °C, dan °F untuk suhu, dan mengkonversi setiap suhu ke Kelvin secara otomatis, sehingga Anda terhindar dari kesalahan paling umum dalam soal hukum gas.
Referensi Cepat
| Barang | Nilai |
|---|---|
| Rumus | P1/T1 = P2/T2 |
| Hubungan | Tekanan dan suhu absolut berbanding lurus |
| Diadakan secara konstan | Volume dan jumlah gas (mol) |
| Memecahkan untuk | P1, T1, P2, atau T2 |
| Skala suhu diperlukan | Kelvin (K = °C + 273,15) |
Apa Hukum Gay-Lussac?
Hukum Gay-Lussac adalah hukum gas yang menyatakan bahwa tekanan sejumlah gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya ketika volumenya tetap. Jika suhu gas dalam wadah kaku digandakan dua kali lipat, maka tekanannya akan menjadi dua kali lipat. Jika Anda mendinginkannya hingga setengah suhu Kelvinnya, tekanannya akan berkurang setengahnya.
Nama hukum ini diambil dari nama ahli kimia dan fisikawan Perancis Joseph Louis Gay-Lussac, yang mempelajari perilaku gas pada awal tahun 1800-an. Hubungan tekanan-suhu pertama kali diamati sebelumnya oleh fisikawan Perancis Guillaume Amontons sekitar tahun 1702, sehingga hukum ini disebut juga hukum Amontons. Beberapa buku teks menggunakan nama "hukum Gay-Lussac" untuk hubungan volume-suhu, yang sebagian besar sumber menyebutnya sebagai hukum Charles. Gay-Lussac juga merumuskan hukum terpisah tentang penggabungan volume gas dalam reaksi kimia, jadi periksalah hukum mana yang dimaksud dalam kursus Anda. Halaman ini membahas hukum tekanan-suhu.
Hukum Gay-Lussac adalah salah satu dari tiga hukum gas klasik, bersama dengan hukum Boyle dan hukum Charles. Bersama-sama mereka membentuk hukum gas gabungan, dan semuanya mengikuti hukum gas ideal.
Mengapa Hukum Berhasil
Menurut teori kinetik molekul, suhu mengukur energi kinetik rata-rata partikel gas. Memanaskan suatu gas membuat partikel-partikelnya bergerak lebih cepat, sehingga membentur dinding wadah lebih keras dan lebih sering. Jika wadahnya kaku dan volumenya tidak dapat diubah, satu-satunya akibat yang timbul adalah peningkatan tekanan. Mendinginkan gas membalikkan efeknya dan menurunkan tekanan.
Rumus Hukum Gay-Lussac
Rumusnya adalah:
Anda juga dapat menuliskannya sebagai P/T = k, dengan k adalah konstanta untuk sampel gas tertentu dalam wadah dengan volume tetap.
Dari Mana Rumusnya Berasal
Mulailah dengan hukum gas ideal:
Susun ulang untuk mengisolasi P/T:
Jika jumlah gas (n) dan volume (V) konstan, dan R adalah konstanta gas universal, nR/V adalah konstanta. Artinya P/T sama pada keadaan awal dan akhir:
Tabel Variabel
| Variabel | Artinya | Unit Umum |
|---|---|---|
| P1 | Tekanan awal | atm, kPa, mmHg, torr, bar, psi |
| T1 | Suhu absolut awal | K |
| P2 | Tekanan terakhir | atm, kPa, mmHg, torr, bar, psi |
| T2 | Suhu absolut akhir | K |
Cara Menggunakan Kalkulator Hukum Gay-Lussac Ini
Pilih apa yang ingin dipecahkan
Pilih P1, T1, P2, atau T2.
Masukkan tiga nilai yang diketahui
Isikan tekanan awal, suhu awal, dan satu nilai akhir.
Pilih unitnya
Pilih atm, kPa, mmHg, torr, bar, atau psi untuk tekanan, dan K, °C, atau °F untuk suhu.
Klik Hitung
Alat ini mengubah suhu menjadi Kelvin, mengatur ulang P1/T1 = P2/T2, dan mengembalikan nilai yang hilang.
Baca langkah-langkahnya
Periksa persamaan pengganti untuk melihat bagaimana jawabannya ditemukan.
Jalankan pemeriksaan rasa
Jika suhu naik, tekanan pasti naik. Jika suhu turun, tekanan pasti turun.
Apa yang Dapat Dihitung Kalkulator Ini?
Tekanan akhir (P2)
Tekanan gas dalam wadah kaku setelah dipanaskan atau didinginkan.
Suhu akhir (T2)
Suhu yang harus dicapai gas untuk menghasilkan tekanan target.
Tekanan awal (P1)
Tekanan awal ketika Anda mengetahui keadaan akhir.
Suhu awal (T1)
Suhu awal ketika Anda mengetahui keadaan akhir.
Jika tekanan dan volume berubah bersamaan pada suhu konstan, gunakan Boyle's Law Calculator. Jika volume dan suhu berubah pada tekanan konstan, gunakan Charles's Law Calculator. Jika ketiganya berubah, gunakan Combined Gas Law Calculator.
Mengapa Suhu Harus Dalam Kelvin
Hukum Gay-Lussac hanya berlaku pada suhu absolut. Skala Kelvin, dinamai Lord Kelvin (William Thomson), dimulai dari nol mutlak, di mana pergerakan partikel berada pada titik minimum. Celsius dan Fahrenheit memiliki titik nol yang berubah-ubah, sehingga penggunaannya menghasilkan rasio yang salah. Misalnya, memanaskan gas dari 10 °C ke 20 °C terlihat seperti kenaikan dua kali lipat dalam Celcius, namun dalam Kelvin perubahannya hanya dari 283,15 K menjadi 293,15 K, sekitar 3,5%. Tekanan gas mengikuti perubahan Kelvin.
Konversikan ke Kelvin dengan rumus berikut:
| Celsius | Fahrenheit | Kelvin |
|---|---|---|
| 0 °C | 32 °F | 273.15 K |
| 20 °C | 68 °F | 293.15 K |
| 25 °C | 77 °F | 298.15 K |
| 37 °C | 98.6 °F | 310.15 K |
| 100 °C | 212 °F | 373.15 K |
Hukum Gay-Lussac Menyusun Ulang Rumusnya
Setiap variabel dapat diisolasi dengan satu langkah aljabar. Jaga semua suhu dalam Kelvin.
| Selesaikan Untuk | Rumus |
|---|---|
| Tekanan terakhir | P2 = (P1 × T2) / T1 |
| Suhu akhir | T2 = (P2 × T1) / P1 |
| Tekanan awal | P1 = (P2 × T1) / T2 |
| Suhu awal | T1 = (P1 × T2) / P2 |
Contoh Hukum Gay-Lussac
Selesaikan Tekanan Akhir (P2)
Problem: Sebuah wadah kaku menampung gas pada 2,0 atm dan 300 K. Gas dipanaskan hingga 450 K. Tentukan tekanan akhir.
Suhu Kelvin meningkat sebesar 50%, sehingga tekanan meningkat sebesar 50%.
Selesaikan Suhu Akhir (T2)
Problem: Sebuah tangki baja tertutup menampung gas pada 1,0 atm dan 20 °C. Pada suhu berapa tekanannya mencapai 1,5 atm?
Mendinginkan Gas
Problem: Sebuah wadah kaku yang tertutup rapat menampung gas pada 101,3 kPa dan 25 °C. Itu didinginkan hingga −20 °C. Temukan tekanan terakhir.
Tekanan turun sekitar 15% karena suhu Kelvin turun dengan jumlah yang sama.
Masukan Fahrenheit dengan mmHg
Problem: Sebuah bejana kaku menampung gas pada 760 mmHg dan 68 °F. Ini dipanaskan hingga 212 °F. Temukan tekanan terakhir.
Satuan mmHg lolos karena P1 dan P2 menggunakan satuan yang sama. Hanya suhu yang memerlukan konversi.
Selesaikan Tekanan Awal (P1)
Problem: Suatu gas dalam wadah bervolume tetap berakhir pada 3,0 atm dan 450 K setelah dipanaskan. Ini dimulai pada 300 K. Berapakah tekanan awalnya?
Unit Hukum Gay-Lussac
Tekanan
| Satuan | Setara |
|---|---|
| 1 atm | 101.325 kPa |
| 1 atm | 760 mmHg |
| 1 atm | 760 torr |
| 1 atm | 1.01325 bar |
| 1 atm | 14.696 psi |
Gunakan satuan tekanan yang sama untuk P1 dan P2. Gunakan tekanan absolut, bukan tekanan pengukur. Pengukur ban membaca tekanan di atas atmosfer, jadi tambahkan sekitar 14,7 psi (1 atm) untuk mengubahnya menjadi absolut sebelum menerapkan hukum tersebut.
Suhu harus dalam Kelvin (K). Konversikan dari Celsius atau Fahrenheit sebelum menghitung, atau biarkan kalkulator melakukannya untuk Anda.
Volume tidak ada dalam rumusnya, tetapi harus tetap konstan. Ini disebut proses isokorik (disebut juga isovolumetrik atau isometrik).
Grafik Hukum Gay-Lussac: Hubungan Langsung
Memplot tekanan terhadap suhu absolut menghasilkan garis lurus yang melalui titik asal. Inilah yang dimaksud dengan “berbanding lurus”. Kemiringan garis tergantung pada jumlah gas dan volume wadah. Wadah yang lebih kecil atau lebih banyak gas menghasilkan garis yang lebih curam.
| Perubahan Suhu Kelvin | Perubahan Tekanan |
|---|---|
| Suhu menjadi dua kali lipat | Tekanan berlipat ganda |
| Suhu separuh | Bagian tekanan |
| Suhu meningkat sebesar 10% | Tekanan meningkat sebesar 10% |
| Suhu turun menjadi sepertiga | Tekanan turun menjadi sepertiga |
Memperpanjang garis kembali ke titik tekanan nol hingga nol mutlak, 0 K atau −273,15 °C. Gas nyata mengembun sebelum mencapai titik tersebut, namun ekstrapolasi adalah salah satu alasan hukum gas menggunakan skala Kelvin.
Contoh Hukum Gay-Lussac di Dunia Nyata
Kompor bertekanan
Tutup yang tersegel menjaga volume tetap, sehingga memanaskan isinya akan meningkatkan tekanan dan memungkinkan air mencapai suhu di atas 100 °C.
Kaleng aerosol
Panas meningkatkan tekanan propelan di dalamnya, itulah sebabnya kaleng membawa peringatan terhadap panas dan api.
Ban mobil
Tekanan ban meningkat saat ban memanas saat berkendara dan turun saat cuaca dingin, karena perubahan volume ban sangat sedikit.
Tangki propana dan tabung gas
Tekanan meningkat di bawah terik matahari, sehingga tangki dilengkapi katup pelepas pengaman.
Autoklaf
Alat sterilisasi tertutup menggunakan uap panas dan bertekanan untuk mencapai suhu tinggi.
Wadah tertutup dalam api
Kaleng atau botol yang tertutup bisa pecah ketika panas meningkatkan tekanan internal melebihi kemampuan dinding.
Kapan Anda Bisa Menggunakan Hukum Gay-Lussac?
Gunakan hukum Gay-Lussac jika semua pernyataan berikut ini benar:
Volume konstan
Prosesnya isokhorik, seperti gas dalam wadah yang kaku dan tertutup.
Jumlah gas yang konstan
Tidak ada gas yang ditambahkan, dihilangkan, atau hilang, dan tidak ada yang bereaksi.
Sampel gas
Hukum ini berlaku untuk gas, bukan cairan atau benda padat.
Suhu mutlak
Kedua suhu tersebut dinyatakan dalam Kelvin.
Hukum Gay-Lussac vs Hukum Gas Lainnya
| Hukum Gas | Rumus | Diadakan Konstan | Hubungan |
|---|---|---|---|
| hukum Gay-Lussac | P1/T1 = P2/T2 | Volume, tahi lalat | Tekanan dan suhu berhubungan langsung |
| hukum Boyle | P1V1 = P2V2 | Suhu, tahi lalat | Tekanan dan volume mempunyai hubungan berbanding terbalik |
| hukum Charles | V1/T1 = V2/T2 | Tekanan, tahi lalat | Volume dan suhu berhubungan langsung |
| hukum Avogadro | V1/n1 = V2/n2 | Tekanan, suhu | Volume dan mol berhubungan langsung |
| hukum gas gabungan | P1V1/T1 = P2V2/T2 | tahi lalat | Ketiganya berubah secara bersamaan |
| hukum gas ideal | PV = nRT | Tidak ada | Tautan P, V, T, dan mol |
Kesalahan Umum Hukum Gay-Lussac
| Kesalahan | Mengapa Gagal | Perbaiki |
|---|---|---|
| Menggunakan °C atau °F | Hukum gas membutuhkan suhu absolut | Konversikan dengan K = °C + 273.15 |
| Membiarkan volume berubah | Hukum Gay-Lussac membutuhkan volume yang konstan | Gunakan hukum gas gabungan sebagai gantinya |
| Menggunakan tekanan pengukur | Mengabaikan tekanan atmosfer | Tambahkan tekanan atmosfer untuk mendapatkan tekanan absolut |
| Menukar P1 dan P2 | Menempatkan tekanan awal di slot terakhir | Beri label keempat nilai sebelum menyelesaikannya |
| Menukar T1 dan T2 | Membalikkan rasio suhu | Pasangkan setiap tekanan dengan suhunya |
| Unit tidak cocok dengan tekanan | atm dan kPa dalam persamaan yang sama mematahkan rasio | Konversikan ke satuan terlebih dahulu |
| Memperlakukan hubungan sebagai kebalikannya | Tekanan dan suhu bergerak dalam arah yang sama | Ingat: lebih panas berarti tekanan lebih tinggi |
| Membingungkannya dengan hukum Charles | Hukum Charles menghubungkan volume dan suhu | Periksa variabel mana yang dianggap konstan |
| Mengubah jumlah gas | Tahi lalat harus tetap konstan | Gunakan hukum gas ideal |
| Pembulatan terlalu dini | Kesalahan kecil tumbuh melalui perhitungan | Simpan angka ekstra dan bulatkan di bagian akhir |
FAQ Hukum Gay-Lussac
Jawaban atas pertanyaan umum tentang hukum gas, penurunan rumus, dan konversi satuan.
Apa hukum Gay-Lussac?
Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa tekanan sejumlah gas tertentu berbanding lurus dengan suhu absolutnya pada volume konstan. Rumusnya adalah P1/T1 = P2/T2.
Apa rumus hukum Gay-Lussac?
Rumusnya adalah P1/T1 = P2/T2, dimana P1 dan T1 adalah tekanan dan suhu awal, dan P2 dan T2 adalah tekanan dan suhu akhir dalam Kelvin.
Bagaimana cara menggunakan kalkulator hukum Gay-Lussac?
Masukkan tiga dari empat nilai (P1, T1, P2, T2), pilih satuan Anda, biarkan kosong yang tidak diketahui, dan klik Hitung. Alat ini mengubah suhu menjadi Kelvin dan mengembalikan nilai yang hilang dalam beberapa langkah.
Mengapa suhu harus dalam satuan Kelvin untuk memenuhi hukum Gay-Lussac?
Kelvin adalah skala mutlak yang dimulai dari nol mutlak. Tekanan gas sebanding dengan suhu absolut, sehingga Celsius dan Fahrenheit memberikan hasil yang salah.
Apa yang dimaksud dengan berbanding lurus dalam hukum Gay-Lussac?
Artinya jika suatu besaran bertambah, maka besaran lain bertambah dengan faktor yang sama. Menggandakan suhu Kelvin akan menggandakan tekanan.
Siapa yang menemukan hukum Gay-Lussac?
Guillaume Amontons mengamati hubungan tekanan-suhu sekitar tahun 1702. Joseph Louis Gay-Lussac mempelajarinya lebih lanjut pada awal tahun 1800-an, dan hukum tersebut kini menggunakan namanya. Ini juga disebut hukum Amontons.
Apa yang dimaksud dengan proses isokhorik?
Proses isokhorik adalah proses dimana volume tetap konstan. Hukum Gay-Lussac menjelaskan perilaku gas selama perubahan isokorik.
Apa perbedaan hukum Gay-Lussac dan hukum Charles?
Hukum Gay-Lussac menghubungkan tekanan dan suhu pada volume konstan. Hukum Charles menghubungkan volume dan suhu pada tekanan konstan. Beberapa buku teks mencampuradukkan namanya, jadi periksalah variabel mana yang dianggap konstan.
Satuan apa yang dapat saya gunakan untuk hukum Gay-Lussac?
Setiap satuan tekanan berfungsi jika cocok antara keadaan awal dan akhir. Pilihan umum adalah atm, kPa, mmHg, torr, bar, dan psi. Suhu harus dalam Kelvin, meskipun kalkulator menerima Celsius dan Fahrenheit dan mengonversinya.
Mengapa tekanan meningkat ketika suhu meningkat dalam wadah tertutup?
Pemanasan membuat partikel gas bergerak lebih cepat sehingga membentur dinding wadah lebih keras dan sering. Dengan volume tetap, hal ini meningkatkan tekanan.
Apakah hukum Gay-Lussac akurat untuk gas nyata?
Ini akurat untuk gas nyata pada tekanan rendah hingga sedang dan suhu jauh di atas titik didihnya. Mendekati kondensasi atau pada tekanan yang sangat tinggi, gas nyata menyimpang dari perilaku ideal.
Bagaimana hubungan hukum Gay-Lussac dengan hukum gas gabungan?
Hukum Gay-Lussac adalah kasus khusus dari hukum gabungan gas dimana volumenya konstan. Pengaturan V1 = V2 di P1V1/T1 = P2V2/T2 menghasilkan P1/T1 = P2/T2.