Gas Ideal adalah model teoretis (abstrak) yang menyederhanakan sifat-sifat gas nyata untuk memudahkan perhitungan. Gas ini mengikuti semua asumsi teori kinetik gas secara sempurna. Gas Nyata adalah gas yang benar-benar ada di alam (seperti O2, N2, CO2, H2O, dll). Gas ini tidak sepenuhnya mengikuti asumsi teori kinetik gas, terutama pada kondisi tertentu.
Gas ideal dan gas nyata memiliki perbedaan mendasar dalam perilaku mereka berdasarkan asumsi model fisika. Gas ideal diasumsikan sebagai partikel dengan volume nol, tanpa gaya tarik-menarik antar molekul, dan tumbukan yang sepenuhnya elastis, sehingga mematuhi persamaan keadaan PV = nRT secara sempurna. Ini berarti tekanan (P), volume (V), jumlah mol (n), konstanta gas (R), dan suhu (T) berhubungan secara linier tanpa deviasi.
Sebaliknya, gas nyata memperhitungkan volume aktual partikel (parameter b dalam persamaan van der Waals) dan gaya tarik antar molekul (parameter a), yang menyebabkan deviasi dari hukum ideal, terutama pada tekanan tinggi atau suhu rendah. Persamaan van der Waals, $\left(P + a \dfrac{n^2}{V^2}\right )(V - n~b) = nRT$, mengoreksi efek ini, di mana gaya tarik menurunkan tekanan efektif dan volume partikel mengurangi volume bebas.
Simulasi ini secara visual mengilustrasikan perbedaan tersebut melalui dua panel: gas ideal dengan partikel biru yang bergerak bebas tanpa interaksi, dan gas nyata dengan partikel berwarna sesuai jenis gas yang menunjukkan garis gaya antar molekul (van der Waals).
Energi kinetik dan potensial dihitung secara real-time, menunjukkan bahwa pada gas nyata, energi total tetap kekal meskipun kinetik berfluktuasi karena konversi ke potensial negatif.
Ini membantu pengguna memahami bahwa deviasi bukan karena kehilangan energi, melainkan interaksi molekuler, seperti yang terlihat pada faktor kompresibilitas Z (Z = PV/nRT) yang sering kali tidak sama dengan 1 pada gas nyata.
Cara Penggunaan Simulasi
- Untuk menggunakan simulasi, pilih jenis gas dari dropdown (misalnya, Helium untuk mendekati ideal atau CO2 untuk nyata)
- Sesuaikan slider suhu (100-500 K), tekanan (0.1-50 atm), dan volume (1-50 L)
Simulasi akan otomatis memperbarui visual partikel di canvas, energi di bawahnya, dan data perbandingan di tabel.
Pastikan browser mendukung canvas HTML-5 untuk animasi lancar; restart simulasi dengan mengubah parameter untuk melihat efek langsung.
Cara Interpretasi Hasil Simulasi
Interpretasi hasil dapat dilakukan melalui tabel perbandingan:
- Tekanan nyata sering lebih rendah daripada ideal karena gaya tarik, sementara Z-factor mendekati 1 menandakan perilaku mendekati ideal (misalnya, pada suhu tinggi).
- Penyimpangan (%) menunjukkan seberapa jauh dari ideal, dan energi total yang stabil pada gas nyata mengonfirmasi kekekalan energi (kinetik + potensial).
- Jumlah tumbukan per detik lebih tinggi pada kondisi padat, dan garis gaya pada canvas gas nyata menandakan clustering molekul pada suhu rendah.
Petunjuk Eksperimen dengan Simulasi
Petunjuk eksperimen dengan simulasi ini meliputi pengaturan variabel untuk menguji hipotesis. Mulai dengan kondisi standar (273 K, 1 atm, 22,4 L), lalu ubah satu variabel sambil amati perubahan. Catat Z-factor dan penyimpangan sebelum dan sesudah.
Contoh-1: Eksperimen "Efek Tekanan pada Deviasi"
- Pilih Helium (ringan, mendekati ideal) dan CO2 (berat, nyata)
- Naikkan tekanan ke 50 atm pada suhu tetap.
- Amati bahwa penyimpangan CO2 lebih tinggi (Z < 1 karena gaya tarik), sementara Helium tetap mendekati 0%.
Ini dapat diterapkan pengguna untuk memahami mengapa gas seperti helium digunakan di balon (kurang deviasi), sementara CO2 di botol soda lebih kompresibel.
Contoh-2: Eksperimen lain: "Pengaruh Suhu Rendah"
- Turunkan suhu ke 100 K untuk H2O
- Lihat clustering dan energi potensial lebih negatif, simulasi kondensasi uap air.
Simulasi Gas Ideal vs Gas Nyata
Dirancang oleh urip.info
Visualisasi perbedaan perilaku gas ideal dan gas nyata
🎛️ Kontrol Variabel
Gas Ideal
Dirancang oleh urip.info
- Volume partikel: 0 (tidak memakan ruang)
- Gaya antar molekul: Tidak ada
- Tumbukan: Lenting sempurna (energi kinetik total kekal sepenuhnya)
- Persamaan keadaan: PV = nRT
Gas Nyata
Dirancang oleh urip.info
- Volume partikel: Ada (b ≠ 0, memakan ruang)
- Gaya antar molekul: Ada (van der Waals)
- Tumbukan: Dipengaruhi interaksi (energi kinetik berubah jadi potensial, total kekal)
- Persamaan keadaan: $\left(P + a \dfrac{n^2}{V^2}\right )(V - n~b) = nRT$
Keterangan:
'a' = konstanta tarik-menarik (efek potensial),
'b' = konstanta volume molekul.
📊 Perbandingan Data
| Parameter | Gas Ideal | Gas Nyata |
|---|---|---|
| Tekanan (P) | 1,0 atm | 1,0 atm |
| Volume (V) | 22,4 L | 22,4 L |
| Suhu (T) | 273 K | 273 K |
| Z Factor | 1,00 | 1,00 |
| Energi Total | 0 J | 0 J |
| Tumbukan/detik | 0 | 0 |
| Penyimpangan | 0% | 0% |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar