Hukum Boyle: Pengertian, Rumus, Contoh Soal, dan Manfaatnya

Hukum Boyle – Grameds pasti sudah tahu dong jika ketika manusia bernapas itu, pasti mereka akan menarik dan menghembuskan napas sehingga membuat volume paru-paru menjadi mengembang dan mengempis. Sesuatu yang kita tarik dan hembuskan itu adalah udara berbentuk gas alias tidak bisa kita lihat secara kasat mata, kecuali ketika cuaca tengah dingin. Meskipun keberadaan gas itu tidak bisa dilihat dengan mata telanjang, tetapi ternyata dapat dihitung lho menggunakan rumus Kimia, tepatnya dengan menganut prinsip kerja pada Hukum Boyle.

Hukum Boyle menjadi bagian dari ilmu pengetahuan Kimia yang ternyata memiliki banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari kita. Selain sistem pernapasan makhluk hidup, ternyata Hukum Boyle juga sering diterapkan dalam alat-alat di sekitar kita. Lalu, bagaimana sih bunyi dari Hukum Boyle? Bagaimana pula penerapan Hukum Boyle bagi kehidupan sehari-hari ini? Yuk simak ulasan berikut supaya Grameds memahami akan hal-hal tersebut!

https://www.pexels.com/

Bagaimana Bunyi Hukum Boyle?

Sama halnya dengan hukum Kimia lainnya, Hukum Boyle juga memiliki bunyi pernyataan yang dicetuskan oleh penciptanya, yakni Robert Boyle pada tahun 1662. Hukum Boyle ini menyatakan bahwa “dalam ruangan tertutup, volume sejumlah massa gas akan berubah berbanding terbalik dengan tekanan, ketika suhunya konstan”. Yap, Hukum Boyle menjadi salah satu hukum Kimia dan menjadi hukum Kimia ideal. Dalam hukum ini, mendeskripsikan adanya kebalikan hubungan proporsi antara tekanan absolut dan volume udara, terutama ketika suhu tetap konstan dalam sistem yang tertutup.

Hukum Boyle diberi nama sesuai dengan penemunya, yaitu Robert Boyle, seorang ahli kimia dan fisika pada tahun 1662. Kala itu, Robert Boyle menyatakan bahwa “Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P (tekanan) dan V (volume) merupakan proporsional terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya).” Nah, dalam hal ini, yang disebut dengan gas ideal adalah gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai berikut:

Terdiri atas partikel dalam jumlah yang banyak dan tidak ada gaya tarik-menarik antar partikelnya.
Setiap partikel gas akan selalu bergerak dengan arah yang acak.
Ukuran partikel diabaikan terhadap ukuran wadahnya.
Setiap tumbukan yang terjadi itu secara lenting sempurna.
Partikel-partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruang di dalam wadah.
Gerak partikel gas akan memenuhi Hukum Newton tentang gerak.

Robert Boyle juga berpendapat mengenai sifat gas, yakni bahwa massa gas (jumlah nol) dan temperatur suatu gas harus dijaga secara konstan, sementara volume gas akan diubah. Sementara tekanan yang dikeluarkan oleh gas juga akan berubah sedemikian rupa hingga terjadi perkalian antara tekanan (P) dengan volume (V), selalu mendekati konstan. Dengan demikian, itulah kondisi dimana gas tersebut menjadi gas sempurna (ideal).

Keberadaan Hukum Boyle tidak lepas dari upaya eksperimen yang dilakukan berkali-kali. Hubungan antara tekanan dan volume pertama dikemukakan oleh ilmuwan amatir yakni Richard Townley dan Henry Power, yang kemudian diteruskan oleh Robert Boyle. Ketika hendak “menciptakan” Hukum Boyle ini, Robert melakukan sebuah eksperimen dengan udara, di mana dirinya mempertimbangkan partikel fluida di tengah mata air yang tidak terlihat. Saat itu, udara masih terlihat sebagai satu dari empat elemen, tetapi Robert tidak setuju, sehingga dirinya melakukan penelitian lebih lanjut hingga berhasil mempublikasikan Hukum Boyle ini pada tahun 1662.

Setelah itu, muncullah seorang ahli fisika berasal dari Perancis bernama Edme Mariotte, juga menemukan hukum yang sama tetapi secara terpisah, tepatnya pada 1676. Berhubung hukum tersebut telah dipublikasikan oleh Robert Boyle sehingga disebut dengan Hukum Boyle-Mariotte.

Rumus Hukum Boyle

Dasar Teori Hukum Boyle

Keberadaan Hukum Boyle menggunakan dasar teori yang berupa “pada temperatur tetap, tekanan (P) suatu gas ideal berbanding terbalik dengan volume gas (V) tersebut, atau PV = C (C adalah konstanta)”. Sehingga menjadi hal berikut.

Keterangan:

Pu = tekanan udara ruang

Pk = tekanan udara dalam kolom udara

t = tinggi kolom udara

h = perbedaan tinggi permukaan raksa

Rumus Hukum Boyle

Rumus mengenai Hukum Boyle ini dikemukakan oleh Robert Boyle yang menyatakan bahwa hasil perkalian antara tekanan (P) dengan volume (V) akan bernilai konstan, selama massa dan suhu gas dijaga secara konsisten. Secara matematis, rumus tersebut ditulis:

P x V = konstan

P = tekanan gas (N/ m²)

V = volume gas (mз)

Persamaan Hukum Boyle

Supaya gas dan dua keadaan menjadi seimbang terutama pada suhu tetap, maka persamaannya menjadi:

P₁. V₁ = P₂. V₂ = …… = Pₙ. Vₙ

Keterangan:

P₁ = Tekanan mula-mula gas dalam ruang (Nm² atau Pa)

V₁ = Volume mula-mula gas dalam ruang (m3)

P₂ = Tekanan akhir dalam ruang (Nm² atau Pa)

V₂ = Volume akhir dalam ruang (m3)

Perlu diketahui ya Grameds, untuk mengukur tekanan gas yang ada di ruang tertutup itu dapat menggunakan alat bernama manometer. Berikut adalah bentuk dari manometer:

Soal dan Pembahasan Hukum Boyle

Contoh Soal 1

Diketahui jumlah suatu gas ideal memiliki tekanan sejumlah P dan volume sejumlah V. Kemudian, tekanan gas tersebut naik dan berubah menjadi 2 kali tekanan awal. Berapakah volume gas tersebut sekarang?

Pembahasan:

P₁ V₁ = P₂ V₂

P x V = 2P. V2

V = 2 . V2

½ V = V2

Jadi, volume gas tersebut sekarang menjadi ½ dari volume gas awal.

Penerapan Hukum Boyle Dalam Kehidupan Manusia

Keberadaan Hukum Boyle ini tentu saja memberikan banyak manfaat bagi kehidupan manusia sehari-hari. Bahkan secara tidak langsung, justru berpengaruh pada sistem pernapasan makhluk hidup di muka bumi ini. Apa saja ya penerapan Hukum Boyle dalam kehidupan kita? Yuk simak uraian berikut!

1. Sistem Pernapasan Makhluk Hidup

Terutama pada sistem pernapasan manusia, selama proses respirasi, paru-paru kita sangat menerapkan prinsip kerja Hukum Boyle ini. Saat menghirup udara, paru-paru tentu saja akan dipenuhi dengan udara tersebut, maka dari itu mereka akan berkembang. Volume paru-paru akan meningkat seiring dengan level tekanan yang menurun. Demikian pula, ketika paru-paru mengeluarkan udara, maka paru-paru akan mengecil sehingga volume berkurang dan tekanan menjadi meningkat. Perubahan tekanan dan volume pada paru-paru itu hanya sementara dan berkala saja kok.

2. Botol Soda

Apakah Grameds sering minum minuman soda dari botol? Nah, keberadaan botol soda itu menjadi wujud penerapan dari Hukum Boyle lho… Botol soda yang berisikan campuran karbon dioksida itu memiliki tutup yang menutup dengan rapat. Hal itu karena adanya molekul udara di dalam wadah yang dikemas secara rapat tersebut, sehingga menyebabkan udara tidak memiliki ruang untuk bergerak.

Ketika botol dibuka, akan terdengar suara seperti mendesis dan beberapa molekul udara akan keluar. Dengan demikian akan memberikan ruang untuk pergerakan molekul udara. Disinilah terjadi perubahan tekanan sesuai dengan perubahan volume. Biasanya, ketika kita mengguncang botol soda tersebut, setelah tutup dibuka, maka sodanya akan mengembang dan bahkan menumpah ke tangan. Hal tersebut terjadi karena gas di dalam botol tengah mencoba keluar dan tercampur ke dalam fluida, sehingga ketika gas itu dilepas maka akan mengeluarkan cairan berbusa. Tekanan di dalam botol menjadi turun, sementara volume gas menjadi naik.

3. Penggunaan Jarum Suntik

Jarum suntik yang kerap digunakan sebagai peralatan medis ini juga menggunakan prinsip kerja Hukum Boyle. Pada sebuah jarum suntik itu terdiri atas silinder yang berfungsi untuk menampung fluida dan pendorong untuk memvariasikan tekanan. Ketika plunger ditekan, maka volume fluida akan berkurang sehingga tekanan akan meningkat. Begitu pula ketika kita menarik plunger, maka volume akan dinaikkan sementara tekanan dikurangi.

4. Cat Semprot

Apakah Grameds sering melihat orang yang tengah menggunakan cat semprot, ketika tengah membuat graffiti di tembok mungkin? Cat semprot itu juga bekerja dengan prinsip Hukum Boyle lhoo… Meskipun terdapat beberapa jenis kaleng aerosol pada cat semprot, tetapi pada dasarnya keseluruhannya tetap menggunakan prinsip kerja Hukum Boyle.

Biasanya, sebelum kita hendak menyemprotkan cat semprot itu, kita diharuskan mengocok kalengnya supaya zat di dalam kaleng dapat menyebar. Terdapat dua zat di dalam kaleng cat semprot tersebut yakni produk cat itu sendiri dan gas yang saling bertekanan berbentuk cair. Nah, gas cair ini memiliki titik didih jauh di bawah suhu kamar. Itulah mengapa kaleng cat semprot harus disegel secara rapat, supaya gasnya tidak mendidih.

Setelah pencetan pada cat semprot atau nozzle ditekan, maka akan menekan cat yang berada di dalam kaleng. Di bawah tekanan tinggi tersebut, cat akan “dipaksa” keluar dari nozzle-nya.

5. Pakaian Astronot di Luar Angkasa

Grameds pasti sudah tahu dong jika di luar angkasa sana itu tidak memiliki udara atau atmosfer, maka dari itu disebut dengan ruang hampa. Jika menganut pada prinsip kerja Hukum Boyle, ketika gas bertekanan maka akan memasuki wilayah vakum, kemudian akan mengembang tanpa batas. Hal itu kemudian diterapkan dalam pakaian khusus para astronot yang hendak menuju luar angkasa. Apabila pakaian khusus tersebut pecah, tentu saja akan berakibat fatal pada astronot yakni berupa darah dan cairan mendidih dan menyebabkannya terluka parah.

6. Kegiatan Scuba Diving

Kegiatan scuba diving yang melibatkan penyelaman di bawah air ini juga tak lepas dari keberadaan Hukum Boyle. Para penyelam scuba diving ketika hendak melakukan penyelaman, diharuskan menyeimbangkan antara hubungan volume dan tekanan supaya dirinya tidak merasa sakit atau bahkan terluka. Hal itu tentu saja dapat terjadi sebab saat kita memasuki atau mendekati air dengan kedalaman tertentu, tubuh kita akan mengalami tekanan tinggi.

Tekanan tinggi tersebut berpengaruh pada meningkatnya kelarutan gas yang ada di dalam darah. Maka dari itu, penyelam harus segera naik jika mendapatkan tekanan terlalu tinggi, tetapi disertai dengan kecepatan lambat supaya meminimalisir cidera apapun.

Mengenal Hukum Gay Lussac

Keberadaan Hukum Gay Lussac ini ternyata sangat berkaitan erat dengan Hukum Boyle lho… Pada dasarnya, Hukum Gay Lussac adalah hukum perbandingan volume. Yap, secara umum, gas-gas yang bercampur itu tidak akan menunjukkan gejala reaksi. Namun apabila diberikan perlakuan dan kondisi khusus, maka kemungkinan akan menimbulkan suatu reaksi. Contohnya, ketika terdapat percampuran gas O2 dengan H2 maka tidak akan menghasilkan reaksi apapun, tetapi jika dicampurkan dengan bunga api listrik pasti akan membentuk suatu reaksi. Hukum kimia yang satu ini diciptakan oleh pakar kimia asal Perancis bernama Joseph Louis Gay-Lussac yang telah melakukan serangkaian pengukuran kuantitatif terhadap volume gas-gas yang terlibat dalam reaksi.

Berhubung Hukum Gay Lussac ini berbicara mengenai hubungan antara volume gas dan suhu gas pada tekanan yang sama, maka bunyi hukumnya adalah: “Volume gas sebanding dengan suhunya, asalnya tekanannya tetap”.

Apabila ditulis dalam bentuk persamaan, maka rumusnya menjadi:

V/ T = konstan

V₁ / T₁ = V2 / T2

Keterangan:

V = Volume

T = Suhu

Hukum Boyle-Gay Lussac

Sebenarnya, Hukum Boyle-Gay Lussac merupakan sintesis dari Hukum Boyle dan Hukum Gay Lussac, sehingga kedua rumus tersebut dapat disatukan menjadi:

P x V / T = konstan, atau

P₁ x V₁ / T₁ = P2 x V2 x T2

Sementara itu, jika dalam kondisi ideal, maka persamaan gas ideal menurut Hukum Boyle-Gay Lussac ini menjadi:

P . V = N . k . T

Keterangan

k = konstanta Boltzmann

N = jumlah partikel gas

Persamaan Umum Gas Ideal

Sementara itu, terdapat pula persamaan umum gas ideal yang didasarkan pada Hukum Boyle dan Hukum Gas Lussac ini, dengan rumus berupa:

p . V = n.R.T

Keterangan:

p = tekanan gas

V = volume gas

n = jumlah partikel gas

R = tetapan gas

T = suhu gas (K)

Kemudian, apabila hendak mencari jumlah mol atau partikel gas, dapat menggunakan rumus berupa:

N = m/M = gr/Mr

Keterangan:

N = jumlah partikel gas

m = massa total gas

M = massa molekul relatif partikel

Nah, itulah ulasan mengenai apa itu Hukum Boyle dan penerapannya bagi kehidupan manusia sehari-hari. Apakah Grameds telah memahami bagaimana cara kerja sebuah cat semprot?

Rekomendasi Buku & Artikel Terkait

Buku Terkait

Materi Terkait Fisika

Baca Juga!

Hukum Boyle: Pengertian, Rumus, Contoh Soal, dan Manfaatnya

Bagaimana Bunyi Hukum Boyle?