3.3 Tekanan Gas

• Tekanan gas ialah daya per unit luas yang dihasilkan daripada perlanggaran molekul-molekul gas ke atas dinding bekas

Teori Kinetik Gas• Teori kinetik menyatakan bahawa molekul-molekul dalam

gas bergerak secara. rawak dan sentiasa berlanggar dengan dinding bekas.

• Molekul molekul gas yang berlanggar dengan dinding bekas mengalami perubahan momentum.

• Kadar perubahan momentum yang berlaku menghasilkan daya impuls yang bertindak ke atas dinding bekas.

Soalan: Terangkan bagaimana tekanan gas dihasilkan dalam satu bekas tertutup. Jawapan:• Molekul-molekul gas di dalam bekas sentiasa bergerak secara rawak dan berlanggar dengan dinding bekas.

• Semas molekul-molekul ini berlanggar dengan dinding dan melantun balik, perubahan momentum berlaku pada molekul-molekul gas.

• Perubahan momentum ini menghasilkan satu daya yang bertindak ke atas dinding bekas, seterusnya menyebabkan tekanan ke atas dinding bekas itu.

• Faktor-faktor Mempengaruh Tekanan Gas• Ketumpatan gas

-Ketumpatan gas lebih tinggi, tekanan gas lebih tinggi

-bagi gas yang lebih tumpat, bilangan molekul per unit isi padu gas lebih besar. Kekerapan perlanggaran molekul molekul gas dengan dinding bekas bertambah.• Suhu gas

-Suhu gas bertambah, tekanan gas bertambah

-Ini adalah kerana halaju molekul molekul bertambah apabila suhu gas bertambah. Kadar perlanggaran antara molekul dengan dinding bekas bertambah.• Isipadu gas

-Isi padu gas berkurang tekanan gas bertambah

-Ini adalah kerana apabila isipadu gas berkurang, bilangan molekul per unit isipadu gas bertambah. Kadar perlanggaran antara molekul dengan dinding bekas bertambah.

Tekanan Atmosfera

• Tekanan atmosfera adalah disebabkan oleh perlanggaran molekul molekul udara dalam atmosfera ke atas suatu jasad tertentu.

• Tekanan atmosfera boleh diukur dalam unit atm, mmHg atau Pa.• Tekanan di paras laut diambil sebagai 1 atm, iaitu kira-kira 760

mmHg atau 101,000 Pa.

Ciri-ciri Tekanan Atmosfera• Berkurang dengan altitud (Ketinggian dari aras laut)• Semakin tinggi dari aras laut, tekanan atmosfera semakin

berkurang. Ini disebabkan oleh ketumpatan udara berkurangan apabila ketinggian bertambah.

• Bertindak sama rata ke semau arah• Tekanan atmosfera yang bertindak ke atas suatu titik adalah

pada semua arah dengan magnitud yang sama.• Tidak bergantung kepada luas permukaan• Tekanan atmosfera tidak dipengaruhi oleh luas permukaan suatu

jasad, tetapi bergantung kepada ketinggian jasad itu dari aras laut.

Unit-unit yang Digunakan untuk Menukur Tekanan Atmosfera

• Berikut ialah unit-unit yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera

• Pascal (Pa)• 1 Pa = 1 N/m²• Tekanan Atmisfera Piawai (atm)• 1 atm = Tekanan atmosfera di permukaan laut ( = 101,325 Pa)• mmHg (juga dikenal sebagai torr)• 1 mmHg = 1/760 atm.• milibar (Not used in SPM)• unit cmHg digunakan dan bukan mmHg.

Bukti-bukti Kewujudan Tekanan Atmosfera

1.Eksperimen Tin Kemek

2.Air terkandung di dalam satu bekas yang ditutup oleh satu kadbod tidak tertumpah.

3.Hemisfera Magdeburg

• Eksperimen Tin Kemek

1.Dalam Rajah di atas, sedikit air dalam suatu tin logam dididihkan untuk beberapa minit.

2.Apabila tudung tin ditutup dan air sejuk ditumpah ke atas tin itu, tin itu menjadi kemek.

3.Ini menunjukkan bahawa tekanan atmosfera yang lebih tinggi telah bertindak ke atas tin yang tekanan dalamnya lebih rendah.

• Air terkandung di dalam satu bekas yang ditutup oleh satu kadbod tidak tertumpah

1.Rajah di atas menunjukkan suatu gelas yang diisi penuh dengan air dan ditutup dengan sekeping kadbod ringan.

2.Apabila ditelangkupkan dengan cepat dan tangan dialih dengan teliti, kadbod tidak terjatuh dan air tidak tertumpah.

3.Ini menunjukkan daya yang dihasilkan oleh tekanan atmosfera bertindak ke atas kadbod dan menyokong berat air dalam gelas.

• Hemisfera Magdeburg

1.Apabila udara di dalam hemisfera dipam keluar supaya ruang dalam hemisfera menjadi vakum, kedua-dua hemisfera tidak dapat dipisahkan walaupun oleh daya yang besar.

2.Ini adalah kerana apabila udara dipam keluar, tekanan di dalam hemisfera menjadi sangat rendah.

3.Di luar hemisfera, tekanan atmosfera mengenakan daya yang besar ke atas permukaan luar hemisfera, seterusnya memegang kedua-dua hemisfera dengan kuat.

Aplikasi-aplikasi Tekanan Atmosfera• Picagari

1.Apabila omboh ditarik ke atas, ruang di dalam picagari mempunyai tekanan yang lebih rendah daripada tekanan atmosfera di luar.

2.Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menolak cecair supaya masuk ke dalam picagari itu.

• Pam Angkat

1.Rajah di atas menunjukkan suatu pam angkat yang diguna untuk mengeluarkan air dari perigi atau mengeluarkan minyak dari tong minyak besar.

2.Apabila omboh digerak ke atas, injap A tertutup dan ruang di bawah omboh mempunyai tekanan yang lebih rendah daripada tekanan atmosfera di luar.

3.Injap B terbuka, maka tekanan atmosfera yang bertindak pada aras air menolak air masuk ke dalam pam melalui injap B.

4.Apabila omboh bergerak ke bawah, injap 8 tertutup dan air mengalir ke atas omboh melalui injap A yang terbuka.

5.Apabila omboh bergerak ke atas sekali lagi, injap A tertutup dan air akan dibawa ke atas sehingga keluar melalui muncung.

• Sifon• Mekanisma Kerja Sifon

• Penlekap Getah

1.Rajah di atas menunjukkan suatu penyedut getah yang diguna untuk menggantung objek kecil pada permukaan licin.

2.Apabila penyedut getah ditekan pada suatu permukaan rata dan licin seperti kaca, udara dalam ruang antara penyedut getah dengan permukaan licin itu dikeluarkan dan menghasilkan suatu ruang separa vakum.

3.Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi menekan dan mengekalkan penyedut getah pada permukaan licin itu.

• Penyedut Minuman

• 1.Apabila kita menyedut minuman melalui penyedut minuman seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di atas, udara di dalam penyedut minuman. masuk ke peparu kita.

• 2.Tekanan udara penyedut minuman. menjadi lebih rendsh daripada tekanan atmosfera di luar.

• 3.Tekanan atmosfera. di luar bertindak pada permukaan minuman dan menolak minuman masuk ke dalam mulut kita.

• Penyedut Getah

Pembersih Vakum

1.Pembersih vakum menghasilkan ruang separa vakum dengan menghembus udara di dalamnya keluar.

2.Ini menghasilkan satu kawasan bertekanan rendah di dalamya .

3.Tekanan atmosfera di luar yang lebih tinggi menolak udara masuk ke dalam melalui paip dan membawa bersama kotoran ke dalamnya.

• Barometer Ringkas

1.Barometer merkuri ringkas terdiri daripada suatu tiub kaca berdinding tebal yang panjangnya lebih kurang 100 cm.

2.Tiub kaca diisi penuh dengan merkuri dan kemudian ditelangkupkan supaya satu hujungnya dimasukkan ke dalam suatu bekas yang berisi merkuri.

3.Pada aras laut, aras merkuri dalam tiub kaca akan jatuh sehingga lebih kurang 76 cm di atas aras merkuri dalam bekas.

4.Turus merkuri 76 cm ini disokong oleh tekanan atmosfera, maka 1 tekanan atmosfera = 76 cm merkuri.

• Cara Mengguna Barometer Merkuri Ringkas

• Characteristics of the Mercury Barometer

1.Tinggi tegak turus merkuri dalam barometer merkuri ringkas tetap sama dengan 76 cm pada aras laut walaupun tiub dicondongkan seperti ditunjukkan dalam Rajah di atas.

2.Tinggi tegak turus merkuri dalam barometer merkuri ringkas juga tidak dipengaruh oleh diameter tiub dan panjang tiub.

• Barometer Fortin

1

.Barometer Fortin adalah barometer yang lebih canggih daripada barometer merkuri ringkas.

2.Ia mempunyai tiub kaca yang dilindungi oleh tabung logam dengan tingkap kaca pada bahagian atas supaya bacaan dapat dibaca.

3.Aras merkuri boleh dinaikkan dan diturunkan dengan pemutar skru di bahagian bawah.

4.Ia menpunyai skala vernier yang boleh memberi bacaan yang lebih tepat berbanding dengan barometer merkuri ringkas

Barometer Anaroid

1.Barometer aneroid mengandungi suatu kotak separa vakum yang disokong oleh suatu spring yang kuat supaya tidak mudah kemek.2.Apabila tekanan atmosfera bertambah, kotak itu menjadi kemek sedikit. Apabila tekanan atmosfera berkurangan, kotak akan mengembang sedikit.

3.Gerakan kotak yang kemek dan mengembang itu diperbesarkan oleh suatu sistem tuas. Sistem tuas seterusnya menggerakkan suatu penunjuk di atas skala.

4.Barometer ini boleh berfungsi sebagai sebuah altimeter untuk menentukan ketinggian semasa dari aras laut bagi sebuah kapal terbang yang sedang dalam penerbangannya. Ini adalah kerana tekanan atmosfera berkurangan apabila tinggi bertambah.

• Alat-alat Mengukur Tekanan Gas

1.Tekanan gas di dalam suatu bekas boleh diukur dengan menggunakan

a.Tolok Bourdon

b.Manometer

2.Dalam SPM, hampir semua soalan pengiraan tentang pengukuran tekan gas adalah berhubung kait dengan manometer. Oleh itu, adlah penting bagi anda memahami konsep disebalik penggunaan manometer.

3.Bagi tolok Bourdon anda hanya perlu tahu mekanisma jalan kerjanya..

1.Tolok Bourdon yang digunakan untuk mengukur tekanan gas di dalam satu bekas.

2.Terdapat 2 komponen utama di dalam satu tolok Bourdon, iaitu

a.Tiub kuprom

b.sistem tuas

c.jarum penunjuk

Working Mechanism of a Bourdon Gauge

1.Apabila tiub logam melengkung disambung kepada suatu bekalan gas, tekanan gas bertindak untuk meluruskan tiub logam melengkung itu.

2.Gerakan tiub logam melengkung itu diperbesarkan oleh suatu sistem tuas yang boleh memutarkan penunjuk.

3.Tekanan gas boleh dibaca dari skala yang ada pada tolok itu.

• Manometer

1.Manometer terdiri daripada suatu tiub bentuk-U yang mengandungi suatu cecair dengan ketumpatan ρ kgm-3.

2.Seperti ditunjukkan di dalam Rajah 1, apabila kedua dua hujung tiub bentuk U didedahkan kepada atmosfera, aras cecair pada lengan A dan lengan B adalah sama kerana dikenakan tekanan atmosfera yang sama.

3.Untuk menyukat tekanan suatu bekalan gas, lengan A disambung kepada bekalan gas itu (Rajah 2).

4.Tekanan gas yang lebih tinggi daripada tekanan atmosfera menolak aras cecair A ke bawah, maka aras cecair B naik ke atas.

5.Tekanan gas dalam tangki dapat dihitungkan dengan menggunakan persamaan berikut• Pgas = Patm + hρg• Pgas = Tekanan gas• Patm = tekanan atmosfera• ρ = ketumpatan cecair• g = kekuatan medan graviti Bumi• h = beza tinggi aras cecair

Nota:

1.Beza tekanan gas pada paras yang berlainan dalam udara dapat diabaikan.

2.Bagi jenis cecair yang sama, tekanan adalah sama jika paras cecair adalah sama.

3.Bagi jenis cecair berlainan yang mempunyai ketumpatan yang berlainan, tekanan dalam cecair adalah berbeza walaupun pada aras yang sama.

4.Tekanan di permukaan cecair adalah sama dengan tekanan gas bagi gas terdedah.

5.Tekanan yang dihasilkan oleh cecair = hρg

Manometer - - Soalan-soalan Penghitungan

Contoh 1:

Rajah di atas menunjukkan satu manometer yang mengandungi merkuri disambung kepada satu tangki yang diisi oleh cecair dan gas metana. Cari tekanan gas dalam unit cmHg and Pa.

[Ketumpatan merkuri = 13.6 x 10³ kg/m³; tekanan atmosfera = 76 cmHg]

Jawapan:

Tekanan gas dalam cmHg

P = 20 + 76 = 96 cmHg

Tekanan gas dalam Pa

Tekanan atmosfera,

Patm=(0.76)(13.6×103)(10)=103,360Pa

Tekanan gas,

P=hρg+PatmP=(0.2)(13.6×103)(10)+103,360=130,560Pa

Contoh 2:

Rajah di atas menunjukkan paras merkuri bagi satu manometer apabila ia disambung kepada satu bekalan gas. Berapa banyak tekanan gas itu lebih tinggi daripada tekanan atmosfera? Beri jawapan anda dalam unit cm merkuri.

Jawapan:

Pgas = Pmercury + Patm

Pgas - Patm = Pmercury = 5 cmHg

• Gas Terperangkap di Dalam Tiub1.Tekanan bagi gas yang terperangkap di dalam satu kapilari bergantung kepada kedudukan kapilari.

2.Rajah di bawah menunjukkan bagaimana tekanan gas boleh dihitung apabila kapilari berada dalam kedudukan yang berlainan

Contoh 1:

Rajah di atas menunjukkan kedudukan berlainan bagi satu tiub kapilari yang terdapat gas terperangkap di dalamnya. Jiak PA, PB dan PC masing-masing ialah tekanan gas perangkap dalam kedudukan yang berlainan seperti ditunjukkan di dalam rajah di atas. Cari nilai PA, PB dan PC dalam unit cmHg. [Tekanan atmosfera = 76cmHg]

Jawapan:

PA = 76cmHg

PB = 76cmHg + 2cmHg = 78cmHg

PC = 76cmHg - 2cmHg = 74cmHg

Contoh 2 :

Rajah di atas menunjukkan gas terperangkap di dalam satu tiub-J. Cari tekanan gas itu. [Ketumpatan air = 1000 kg/m³; tekanan atmosfera = 100,000 Pa]

Jawapan:

Pgas=Patm+hρgPgas=(100,000)+(0.2)(1000)(10)Pgas=102,000Pa

Alat-alat Mengukur Tekanan Atmosfera

1.Tekanan atmosfera boleh diukur dengan menggunakan

a.barometer merkuri ringkas

b.barometer Fortin

c.barometer Aneroid

2.Dalam peperiksaan SPM, kebanyakan soalan ditanya adalah berhubungkait dengan barometer merkuri ringkas.

3.Bagi barometer Fortin and barometer Aneroid , anda hanya perlu tahu prinsip bagaimana ia berfungsi.

Simple Mercury Barometer The Fortin Barometer

The Aneroid Barometer