Tetapan gas

Nilai R [1]	Satuan (V P T⁻¹ n⁻¹)
7000831445980000000♠8.3144598(48)	J K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)×10⁷	erg K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)×10⁻³	amu (km/s)² K⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)	L kPa K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)×10³	cm³ kPa K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)	m³ Pa K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)	cm³ MPa K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)×10⁻⁵	m³ bar K⁻¹ mol⁻¹
7000831445980000000♠8.3144598(48)×10⁻²	L bar K⁻¹ mol⁻¹
7001623635770000000♠62.363577(36)	L Torr K⁻¹ mol⁻¹
7000198720350000000♠1.9872035(11)	cal K⁻¹ mol⁻¹
0.082057338(47)	L atm K⁻¹ mol⁻¹
82.057338(47)	cm³ atm K⁻¹ mol⁻¹

Tetapan gas (dikenal juga sebagai tetapan gas ideal, tetapan universal, atau tetapan molar, dilambangkan dengan huruf R merupakan tetapan fisika yang merupakan tetapan dasar dalam berbagai persamaan ilmu fisika, seperti hukum gas ideal dan persamaan Nernst.

Konstanta ini ekivalen dengan konstanta Boltzmann, tetapi dinyatakan dalam satuan energi (yaitu: tekanan-volume produk) per kenaikan temperatur per mol (bukan energi per kenaikan temperatur per partikel). Tetapan ini juga merupakan kombinasi dari konstanta hukum Boyle, Charles, Avogadro, dan Gay-Lussac.

Secara fisik, tetapan gas adalah tetapan proporsionalitas terhadap kejadian yang menghubungkan skala energi dengan skala temperatur, dengan mol partikel pada temperatur dasar sebagai acuan. Oleh karena itu, nilai tetapan gasu terutama diturunkan dari keputusan dan kejadian historis dalam pengaturan skala energi dan temperatur, ditambah pengaturan historikal sejenis nilai skala molar yang digunakan untuk menghitung partikel. Faktro terakhir yang tidak diperhitungkan adalah nilai konstanta Boltzmann, yang memiliki peran yang sama dalam menghitung linearitas skala energi dan temperatur.

Nilai tetapan gas adalah:

7000831445980000000♠8.3144598(48) J mol⁻¹ K⁻¹^[1]

Dua digit terakhir dalam kurung adalah nilai ketakpastian (standar deviasi). Ketakpastian relatif adalah 9.1×10−7. Beberapa orang menyarankan memberi nama tetapan ini dengan simbol R, tetapan Regnault, sebagai penghormatan kepada kimiawan Perancis Henri Victor Regnault, yang data penelitiannya digunakan untuk menghitung nilai awal tetapan ini. Meski demikian, alasan pasti asal muasal penggunaan huruf R untuk tetapan ini masih sukar dipahami.^[2]^[3]

Tetapan gas muncul dalam hukum gas ideal sebagai berikut:

PV=NRT=mR_{\rm {specific}}T\,\!

dengan, P adalah tekanan absolut (SI: pascal), V adalah volume gas (SI: meter kubik), N adalah jumlah gas (SI: mol), m adalah massa (SI: kilogram) yang terkandung dalam V, dan T adalah temperatur termodinamika (SI: Kelvin). Tetapan gas dinyatakan dalam satuan fisika yang sama dengan entropi molar dan kapasitas panas molar.

Dimensi R

Dari persamaan umum PV = nRT diperoleh:

R={\frac {PV}{nT}}

di mana P adalah tekanan, V adalah volume, n adalah jumlah, dan T adalah temperatur.

Karena tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, persamaan gas dapat juga ditulis sebagai:

R={\frac {\mathrm {force/area} \times \mathrm {volume} }{\mathrm {amount} \times \mathrm {temperature} }}

Luas dan volume kira-kira adalah (panjang)² dan (panjang)³. Oleh karena itu:

R={\frac {\mathrm {force} /(\mathrm {length} )^{2}\times (\mathrm {length} )^{3}}{\mathrm {amount} \times \mathrm {temperature} }}

Karena gaya × panjang = kerja:

R={\frac {\mathrm {work} }{\mathrm {amount} \times \mathrm {temperature} }}

Kebermaknaan fisika R bekerja pada level per derajat per mol. Hal itu dapat dinyatakan dalam semua set satuan yang mewakili kerja dan energi (misalnya joule). Satuan lain yang mewakili temperatur (serperti Celsius atau Fahrenheit), dan sistem apapun dengan satuan yang merujuk pada mol atau jumlah kemurnian yang sama yang memungkinkan persamaan massa makroskopik dan jumlah partikel dasar dalam sistem, seperti dalam gas ideal (lihat Bilangan Avogadro).

Hubungan dengan konstanta Boltzmann

Konstanta Boltzmann k_B (sering disingkat k) dapat digunakan menggantikan tetapan gas asalkan bekerja dalam kondisi hitung partikel murni, N, dan bukan jumlah substansi, n, sehingga:

\qquad R=N_{\rm {A}}k_{\rm {B}},\,

dengan N_A adalan bilangan Avogadro. Sebagai contoh, hukum gas ideal dengan konstanta Boltzmann adalah

PV=k_{\rm {B}}NT.\,\!

dengan N adalah jumlah partikel (dalam hal ini adalah molekul), atau untuk mengeralisir pada sistem yang tidak homoges, persamaan menjadi:

P=k_{\rm {B}}nT.\,\!

dengan n adalah kerapatan jumlah.

Pengukuran

c_a(p, T) dalam argon pada temperatur T dari titik triple air (digunakan untuk mendefinisikan kelvin) pada tekanan p yang berbeda, dan mengekstrapolasinya pada batas tekanan-nol c_a(0, T).

c_{\mathrm {a} }^{2}(0,T)={\frac {\gamma _{0}RT}{A_{\mathrm {r} }(\mathrm {Ar} )M_{\mathrm {u} }}},

dengan:

γ₀ adalah rasio kapasitas panas (5/3 untuk gas monoatomik seperti argon);
T adalah temperatur, T_TPW = 273.16 K menurut definisi kelvin;
A_r(Ar) adalah massa atom relatif argon; dan
M_u = 10⁻³ kg mol⁻¹.

Tetapan gas spesifik

R_spesifik untuk udara kring	Satuan
287.058	J kg⁻¹ K⁻¹
53.3533	ft lbf lb⁻¹ °R⁻¹
1716.49	ft lbf slug⁻¹ °R⁻¹
Berdasarkan rerata massa molar untuk udara kering 28.9645 g/mol.

Tetapan gas spesifik suatu gas atau campuran gas (Rspesifik) sama dengan tetapan gas molar (R) dibagi dengan massa molar (M) gas atau campuran gas

R_{\rm {specific}}={\frac {R}{M}}

Seperti tetapan gas ideal yang berhubungan dengan tetapan Boltzmann, tetapan gas spesifik juga merupakan hasil dari pembagian tetapan Boltzmann dengan massa molekul gas.

R_{\rm {specific}}={\frac {k_{\rm {B}}}{m}}

Hubungan penting lainnya diperoleh dari termodinamika. Relasi Mayer menghubungkan tetapan gas spesifik dengan panas spesifik pada gas sempurna berkalori.

R_{\rm {specific}}=c_{\rm {p}}-c_{\rm {v}}\

dengan c_p adalan panas spesifik pada tekanan tetap dan c_v panas spesifik pada volume tetap.^[4]

Sudah menjadi hal umum, terutama di bidang teknik, menuliskan tetapan gas spesifik dengan simbol R. Dalam kasus seperti ini, tetapan gas universal biasanya diberikan pembeda seperti R. Apapun itu, konteks dan/atau satuan tetapan gas yang digunakan harus jelas apakah yang dimaksud adalah tetapan gas universal atau spesifik.^[5]

References

^ "CODATA Value: molar gas constant".
^ Jensen, William B. (July 2003).
^ "Ask the Historian: The Universal Gas Constant — Why is it represented by the letter R?" (PDF).
^ Anderson, Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics, AIAA Education Series, 2nd Ed, 2006
^ Moran and Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Wiley, 4th Ed, 2000

Pranala luar

Ideal gas calculator - Kalkulator gas ideal menyediakan informasi yang tepat jumlah mol dari gas yang terlibat
Individual Gas Constants and the Universal Gas Constant — Engineering Toolbox

[physconst-R-1] "CODATA Value: molar gas constant".

[Jensen-2] Jensen, William B. (July 2003).

[JensenReprint-3] "Ask the Historian: The Universal Gas Constant — Why is it represented by the letter R?" (PDF).

[4] Anderson, Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics, AIAA Education Series, 2nd Ed, 2006

[5] Moran and Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Wiley, 4th Ed, 2000

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]