TEKANAN GAS

Tekanan pada Zat Gas

Adanya perbedaan tekanan udara di suatu tempat dapat menimbulkan angin. Angin bertiup dari daerah yang tekanan udaranya tinggi ke daerah yang tekanannya lebih rendah. Pengaruh tekanan udara dapat dirasakan pada beberapa peristiwa, di antaranya:
1) Ketika memasak air, di pegunungan akan lebih cepat mendidih dibandingkan memasak air di pantai. Hal ini disebabkan tekanan udara di pegunungan lebih rendah daripada di pantai sehingga gas oksigennya pun lebih rendah.
2) Ketika kita pergi ke daerah yang lebih tinggi (misalnya dari pantai ke pegunungan), pada ketinggian tertentu kita akan merasakan dengungan di telinga kita. Hal ini disebabkan oleh selaput gendang telinga yang lebih menekuk keluar pada tekanan udara yang lebih rendah.
3) Pada tekanan udara tinggi, suhu terasa dingin, tetapi langit cerah. Sebaliknya, saat tekanan udara rendah, dapat dimungkinkan terjadinya hujan, bahkan badai.

Ketiga peristiwa di atas memberikan gambaran bahwa tekanan udara memiliki hubungan yang cukup erat dengan ketinggian suatu tempat. Tekanan tersebut berubah sesuai dengan ketinggian dari atas tanah. Semakin tinggi suatu tempat, maka tekanan udaranya semakin rendah. Suatu daerah yang memiliki struktur geografis yang lebih tinggi misalnya di pegunungan Himalaya terdapat partikel-partikel udara yang lebih sedikit. Partikel-partikel yang lebih sedikit mendorong satu sama lain menghasilkan tekanan lebih rendah.

Hal ini ternyata telah dibenarkan melalui suatu penelitian yang dilakukan para ahli. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap kenaikkan 10 m, tekanan udara berkurang 1mmHg sehingga makin tinggi suatu tempat dari permukaan air, makin rendah tekanan udaranya. Pernyataan ini dapat digunakan untuk memperkirakan ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut, asalkan tekanan udara di sekitarnya diketahui.

Pada tempat yang sangat tinggi, seperti di puncak Himalaya, tekanan udara menjadi sangat kecil dan dapat menimbulkan masalah serius bagi para pendaki. Pendaki rentan terkena sindrom kekurangan oksigen karena ketinggian, yang dikenal dengan istilah hipoksia.

Partikel –partikel dalam gas bebas bergerak dalam ruang dan saling bertumbukan satu sama lain. Tumbukan antara partikel gas dengan dinding wadah akan menyebabkan tekanan.Semakin banyak jumlah tumbukan antar molekul maka semakin tinggi tekanan yang terjadi. Pada proses bernapas Hukum Boyle berlaku. Hukum Boyle berbunyi “Jika volume suatu wadah gas diperkecil, maka tekanan gas tersebut membesar, asalkan suhu gas tersebut tetap. Memperbesar volume wadah tersebut menyebabkan tekanan gas tersebut turun. Penting untuk dicatat bahwa hukum ini berlaku asal suhu gas tersebut tetap”.

Jika gas ditekan ke suatu ruang yang lebih kecil, molekul-molekulnya akan lebih sering menumbuk dinding ruang tersebut. Akibatnya tekanan gas itu bertambah. Hal sebaliknya akan terjadi. Jika gas diberikan ruang yang lebih besar, molekul-molekul gas tersebut menjadi lebih jarang menumbuk dinding dan tekanan gas tersebut mengecil. Gerakan pernapasan menyebabkan perubahan volume dada dan perubahan tekanan gas dalam rongga dada, yang mengakibatkan udara mengalir ke dalam atau ke luar rongga dada.

Agar lebih memahami materi ini,  kerjakan LKS tekanan zat gas

Inspirasi merupakan proses aktif dimana diafragma berkontraksi dan mendatar dan otot-otot antariga berkonstraksi. Sebelum inspirasi, tekanan udara di dalam paru seimbang dengan tekanan udara atmosfer yaitu 760 mmHg atau 1 atm. Karena tekanan udara di dalam paru-paru lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer, maka udara mengalir ke dalam paru-paru. Kondisi ini diperoleh dengan jalan membesarkan volume paru-paru. Tekanan gas di dalam tempat tertutup berbanding terbalik dengan besarnya volume. Bila ukuran tempat diperbesar, tekanan udara di dalamnya turun. Bila ukuran diperkecil, tekanan udara di dalamnya naik. Inilah hukum Boyle.

Agar inspirasi terjadi, paru-paru harus membesar, dengan demikian tekanan di dalam paru-paru akan turun. Untuk membesarkan paru-paru, harus melibatkan kerja otot inspirasi utama yaitu otot diafragma dan otot antar tulang rusuk. Pada orang hamil, orang gemuk atau pakaian yang terlalu sesak di daerah perut, dapat menghalangi turunnya diafragma dengan sempurna.

Tepat sebelum inspirasi, tekanan intrapleura kira-kira 756 mmHg, setelah otot-otot inspirasi bekerja yang menambah ukuran rongga dada, tekanan intrapleura turun sampai kira-kira 754 mmHg. Akibatnya, dinding paru-paru terisap ke arah luar karena hampa sebagian. Bila volume paru bertambah, tekanan di dalam paru turun dari 760 mmHg menjadi 758 mmHg. Udara bergerak dari atmosfer ke paru-paru dan terjadilah inspirasi. Udara terus bergerak ke paru-paru sampai tekanan dalam paru seimbang dengan tekanan atmosfer.
Inspirasi secara ringkas sebagai berikut:

Ekspirasi normal merupakan proses dimana diafragma berelaksasi dan bergerak ke atas. Ekspirasi (menghembuskan napas) diperoleh dari perbedaan tekanan, tetapi dalam hal ini perbedaaan berubah sehingga tekanan dalam paru lebih besar daripada di atmosfer. Ekspirasi normal adalah proses pasif karena otot antar tulang rusuk relaksasi, lengkungan diafragma bergerak dari datar kembali melengkung. Gerakan ini mengurangi diameter vertikal dan rusuk belakang rongga dada, ini mengembalikan pada ukuran istirahatnya.

Selama ini otot antar tulang rusuk internal menggerakkan rusuk ke arah bawah serta menekan otot antar tulang rusuk sehingga menekan diafragma ke atas. Karena tekanan intrapleura kembali ke tingkat sebelum inspirasi (756 mmHg), dinding paru-paru tidak lagi diisap ke arah luar. Tekanan dalam paru-paru naik menjadi 763 mmHg dan udara bergerak dari daerah bertekanan udara lebih tinggi ke daerah bertekanan udara lebih rendah di atmosfer. Ekspirasi secara ringkas sebagai berikut:

Tekanan udara berhubungan dengan Hukum Boyle. Masih ingatkah kalian bagaimana bunyi Hukum Boyle? Hukum Boyle berlaku apabila suhu gas tidak berubah, maka hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap.

Secara matematik Hukum Boyle tersebut dapat dinyatakan sebagai:

Jadi, yang tetap dalam keadaan ini adalah suhunya. Pada banyak kejadian, tekanan dan volume tempat tertutupnya berubah. Namun, keadaan ini tetap memenuhi hukum Boyle. Oleh karena itu, dapat juga dinyatakan sebagai:

Keterangan:
P = tekanan (atm atau N/m2)
1 atm = 76 cmHg
V = volume udara (m3)

Dengan P1 adalah tekanan mula-mula, P2 adalah tekanan akhir, V1 adalah volume udara mula-mula dan V2 adalah volume udara akhir.

Contoh Soal:
Suatu ruangan tertutup mengandung gas dengan volume 200 m3. Jika tekanan ruangan tersebut adalah 60 cmHg, hitunglah tekanan gas pada ruangan jika volumenya menjadi 150 m3?

Penyelesaian:
Diketahui :
V1 = 200 m3
P1 = 60 cmHg
V2 = 150 m3

Ditanyakan:
P2………….?
Dijawab:
P1V1 = P2V2
Maka
P2 = (P1 x V1) / V2
= (200 m3 x 60 cmHg) / 150 m3
= 80 cmHg
Jadi, tekanan gas pada ruangan yang volumenya 150 m3 adalah 80 cmHg.