Laporan Praktikum "Kalorimeter"

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR

KALORIMETER

 

LABORATORIUM FISIKA DASAR

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2013

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter umumnya digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter menggunakan teknik percampuran dua zat di dalam suatu wadah. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor jenis zat lain yang dicampur dengan zat tersebut dapat dihitung.

Percobaan kalorimeter kali ini yang perlu dilakukan pertama adalah dengan menimbang untuk menentukan massa kosong kalorimeter dan pengaduk lalu kalorimeter diisi air secukupnya hingga menyentuh kumparan lalu ditimbang kembali. Kemudian dilakukan langkah berikutnya sesuai dibuku modul untuk menentukan kalor jenis bahan dan menentukan kalor lebur es.

Diadakannya praktikum kali ini bertujuan untuk mengetahui lebih luas tentang kalorimeter. Pengetahuan tentang kalorimeter sangat berperan penting dalam kehidupan sehari-hari diantaranya pada setrika listrik, rice cooker, microwave, pengasap ikan, pemanas ikan, pemanas air listrik dan lain-lain. Alat-alat itu memiliki prinsip kerja seperti kalorimeter yaitu energi listrik yang diubah menjadi energi kalor. Seperti kalorimeter, yang mempunyai prinsip energi kalor dan diukur menggunakan kalorimeter sehingga energi listrik, energi kalor dan nilai kesetaraan kalor listrik dapat dihitung.

1.2  Rumusan masalah

Adapun rumusan masalah dari praktikum kali ini adalah

1.2.1        Bagaimana hubungan asaz Black terhadap percobaan kalorimeter kali ini?

1.2.2        Bagaimana hubungan kalor dengan energi listrik?

1.2.3        Bagaimana hubungan Tb dengan Tc?

1.3  Tujuan

Adapun tujuan dari praktikum kalorimeter kali ini adalah

1.3.1        Mengetahui hubungan asaz Black terhadap percobaan kalorimeter.

1.3.2        Mengetahui hubungan kalor dengan energi listrik

1.3.3        Mengetahui hubungan Tb dengan Tc

1.4  Manfaat

Adapun manfaat yang didapat dari praktikum kali ini adalah digunakan pada prinsip kerja setrika listrik, ricecooker, microwave, pengasap ikan, pemanas air listrik dan lain-lain.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Energi termal adalah energi kinetik acak dari partikel yang menyusun suatu sistem. Panas Q adalah energi termal yang berpindah dari suatu sistem pada suatu temperatur ke sistem yang lain yang mengalami kontak/bersentuhan dengannya, tetapi benda pada temperatur yang lebih rendah. Satuan Sinya adalah Joule, satuan-satuan lain yang digunakan untuk panas adalah kalori (1 kal=4,184 J) dan satuan panas Inggris atau British termal unit (1 Btu= 1054) (Bueche, 2006).

Jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur suatu zat dan massanya (Giancoli, 1997).

Q=m x c x ∆t =t x ∆t

Dengan C adalah kapasitas panas zat. Kalor jenis c adalah kapasitas panas per satuan massa

C=

Panas jenis air 1 kal/g^oC atau 1 kal/kg^oC. Dari definisi Btu panas jenis air adalah 1 Btu/16^oF. Kapasitas panas air sangat besar dibanding dengan zat lain sehingga air dapat menyimpan energi termis atau termal dengan baik sekali (Tipler, 2002).

Panas jenis benda dengan mudah dapat diukur dengan memanaskan benda sampai temperatur tertentu yang mudah diukur dengan menempatkannya dalam bejana air yang massa dan temperaturnya diketahui dan dengan mengukur temperatur kesetimbangan akhir. Jika seluruh sistem terisolasi dengan sekitarny, maka panas yang keluar dari benda sama dengan panas yang masuk ke air dan wadahnya. Prosedur ini disebut dengan kalorimetri dan wadah air yang terisolasi dinamakan kalorimeter. Misalkan m adalah massa benda, c adalah kalor jenis dan T_o adalah temperatur awal. Jika T₁ adalah temperatur akhir benda dalam nejana air, maka panas yang keluar dari benda adalah

Q_keluar = m x c (T_o – T₁)

Jika T_o  adalah temperatur awal air dan wadahnya dan T₁ adalah temperatur akhir benda dan air, maka panas yang diserap oleh air dan wadahnya adalah

Q_masuk = m_a x c_a (T₁ - T_o) +  m_w x c_w (T₁ - T_o)

Dengan m_a dan c_a adalah massa dan panas jenis air dan m_w dan c_w adalah massa dan panas jenis wadah. Karena jumlah panas ini sama, panas jenis c benda dapat dihitung dengan menuliskan panas yang keluar dan yang masuk.

            Q_keluar = Q_masuk

M_a (T_o – T₁) = m_a x c_w (T₁ - T_o) + m_w x c_w (T₁ - T_o)

Karena hanya beda temperatur yang ada dalam persamaan di atas dan karena kelvin dan celcius berukuran sama, maka semua temperatur dapat diukur dalam skala celcius maupun kelvin tanpa mempengaruhi hasil (Muran, 2004).

            Bila panas diberikan pada suatu zat pada tekanan konstan, maka biasanya hasilnya adalah kenaikan temperatur zat. Namun, terkadang zat dapat menyerap panas dalam jumlah besar tanpa mengalami perubahan apapun pada temperaturnya. Ini terjadi selama perubahan fasa, artinya ketika kondisi fisis zat itu berubah dari satu bentuk menjadi bentuk lain (Kardiawarman, 1994).

            Untuk zat murni, perubahan fasa pada tekanan tertentu terjadi hanya pada temperatur tertentu. Contoh, air murni pada tekanan 1 atm berubah dari padatan menjadi cairan pada 0^oC dan dari cairan menjadi gas 100^oC.

            Sejumlah energi panas tertentu dibutuhkan ntuk mengubah fasa sejumlah zat tertentu. Panas yang dibutuhkan sebanding dengan massa zat. Panas yang dibutuhkan untuk mencairkan zat bermassa m tanpa perubahan temperaturnya adalah

            Q = m x L_j

Dengan L_j dinamakan panas laten peleburan zat tersebut. Untuk pencairan es menjadi air pada tekanan 1 atm. Panas laten peleburan adalah 333,5 KJ/kg = 79,7 kkal/kg. Bila perubahan fasa adalah dari cairan menjadi gas, maka panas yang dibutuhkan adalah

            Q = m x L_v

Dengan L_v dinamakan panas laten penguapan. Untuk air pada tekanan 1 atm, panas laten penguapan adalah 2,26 MJ/kg = 540 kkal/kg (Tipler, 2002).

BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1        Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kalorimeter adalah sebagai berikut :

1.      Kalorimeter dan pengaduk berfungsi sebagai alat untuk menentukan kalor jenis zat

2.      Termometer 100^oC dan 200^oC berfungsi untuk mengukur suhu

3.      Pemanas listrik berfungsi untuk memanaskan bahan

4.      Penukar panas berfungsi untuk sarana penukar panas

5.      Butir/ lubang khusus berfungsi sebagai bahan yang akan ditentukan kalor jenisnya

6.      Es berfungsi sebagai bahan yang akan ditentukan kalor leburnya

7.      Air berfungsi sebagai bahan pengisi kalorimeter

3.2        Desain

Adapun desain dari percobaan kalorimeter adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Kalorimeter

(Sumber : Tim Fisika Dasar, 2013)

3.3        Langkah Kerja

Adapun langkah kerja praktikum kalorimeter adalah sebagai berikut :

3.3.1        Menentukan Kalor Jenis Bahan

1.      Kalorimeter dan pengaduk ditimbang secara bersama-sama, dicatat sebagai m_k.

2.      Kalorimeter diisi dengan air, kemudian ditimbang dan dicatat sebagai m_ak, maka m_a = m_ak - m_k.

3.      Kalorimeter dimasukkan ke dalam bejana pelindung, kemudian ditutup. Dipasang kalorimeter dan dibaca suhu awal air sebagai T_a.

4.      Bahan yang akan ditentukan akan kalor jenisnya ditimbang sebagai m_b.

5.      Bahan tersbeut dipanaskan didalam pemanas hingga mencapai suhu tertentu (minimal 75˚C).

6.      Suhu benda dicatat sebagai T_b, kemudian dengan cepat dimasukkan kedalam kalorimeter dan ditutup rapat-rapat.

7.      Melalui pengaduk yang telah diberi isolasi, diaduk perlahan-lahan. Suhu tertinggi yang diperoleh dicatat (T_c).

8.      Percobaan diatas (langkah 1-7) diulang dengan suhu awal bahan T_b yang berbeda.

9.      Langkah 1-8 diulangi untuk jenis bahan yang berbeda.

3.3.2        Menentukan Kalor Lebur Es

1.      Kalorimeter dan pengaduk ditimbang secara bersama-sama, dicatat sebagai m_k.

2.      Kalorimeter diisi dengan sejumlah air (± ⅔ volume kalorimeter), kemudian ditimbang dan dicatat sebagai m_ak, maka m_a = m_ak - m_k.

3.      Air bersama kalorimeter tersebut dipanaskan hingga suhunya sekitar 70˚C. Dicatat sebagai T_a.

4.      Kalorimeter diangkat dengan cepat dan dimasukkan kedalam bejana pelindung.

5.      Sepotong es dimasukkan ke dalam kalorimeter, ditutup rapat-rapat dan diaduk pelan-pelan.

6.      Suhu seimbang yang diperoleh dicatat sebagai T_c.

7.      Massa air, kalorimeter dan es tersebut ditimbang (m_c) sehingga diperoleh massa es : m_es = m_c – m_ak.

8.      Diulangi langkah diatas untuk mendapatkan 3 kali pengulangan.

3.4        Metode Analisis

3.4.1        Menentukan Kalor Jenis Bahan

Q = m . c . ΔT

 

                K = 100% - I%              

3.4.2        Menentukan Kalor Lebur Es

 

               K = 100% - I%              

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

            Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan pada hari Selasa, 29 Oktober 2013, maka didapatkan hasil sbagai berikut

            4.1.1 Menentukan Kalor Jenis

                        4.1.1.1 Pada Kuningan

No.

mk

mak

ma

Ta

mb

Tb

Tc

Cb

∆Cb

I

K

AP

1.

117,1 g

231 g

113,9g

26,8o

54 g

75o

31o

0,2

0,0005

0,25%

99,75%

4

2.

117,1 g

231 g

113,9 g

26,8o

54 g

85o

29o

0,1

0,0004

0,4%

99,6%

3

3.

117,1 g

231 g

113,9 g

26,8o

54 g

95o

30o

0,1

0,0003

0,3%

99,7%

3

                        4.1.1.2 Pada Besi

No.

mk

mak

ma

Ta

mb

Tb

Tc

Cb

∆Cb

I

K

AP

1.

117,1 g

231 g

113,9g

26,8o

46,6 g

75o

29o

0,1

0,0003

0,25%

99,75%

4

2.

117,1 g

231 g

113,9 g

26,8o

46,6 g

85o

30o

0,2

0,0005

0,3%

99,7%

4

3.

117,1 g

231 g

113,9 g

26,8o

46,6 g

95o

31o

0,2

0,0004

0,002%

99,998%

6

           

4.1.2 Menentukan Kalor Lebur es

No.

mk

mak

ma

Ta

Mc

Tb

Tc

Les

∆Les

I

K

AP

1.

80,9g

238 g

157,1 g

26,8o

261 g

70o

43o

7802

2342,4

8%

92%

2

2.

80,9 g

238 g

157,1 g

26,8o

297,2 g

70o

51o

184,9

2472

13%

87%

2

3.

80,9 g

238 g

157,1 g

26,8o

286,6 g

70o

57o

227,95

2046

9%

91%

2

4.2 Pembahasan

            Pada praktikum kali ini sesuai dengan teori yang dikemukakan oleh Joseph Black yang dikenal dengan asaz Black “apabila dua benda yang suhunya berbeda dan dicampur, maka benda yang lebih panas melepas kalor kepada benda yang lebih dingin sampai suhu keduanya sama”. Banyaknya kalor yang dilepas benda yang lebih panas sama dengann banyaknya kalor yanga diterima benda yang lebih dingin. Sebuah benda untuk menurunkan ∆T akan melepaskan kalor yang sama besarnya dengan banyaknya kalor yang dibutuhkan benda itu untuk menaikkan suhunya sebesar ∆T juga. Torinya adalah : Q_lepas = Q_terima. Dalam kalorimeter hubungan asaz Black terhadap kalorimeter yaitu kalor pada sistem arah konstan apabila sistem terisolasi sehingga Q_masuk sama dengan Q_keluar.

            Kalor merupakan energi maka dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Berdasarkan hukum kekekalan energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor, begitu sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi kalor. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi kalor adalah pemanas listrik dan lain-lain. Besarnya energi listrik yang diserap atau diubah sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan W = Q.

            Dari hasil percobaab menunjukkan bahwa hubungan antara T_b dengan T_c berbanding lurus, tampak pada tabel penentuan kalor jenis bahan. Jika T_b dinaikkan maka nilai T_c pun meningkat. Pada penentuan kalor jenis bahan besi T_b dinaikkan maka nilai T_c naik pula. Pada penentuan kalor jenis bahan kuningan, jika T_b dinaikkan maka hasil T_c tidak stabil/tidak dapat ditentukan karena pada dinaikkannya hasil angkanya naik turun. Pada penentuan kalor lebur es T_b konstan dan hasil T_c semakin meningkat. Hubungan T_b dengan T_c bergerak lurus vertikal.

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

            Adapun kesimpulan yang didapat dari praktikum kali ini adalah:

1.      Hubungan asaz Black terhadap kalorimeter yaitu kalor pada sistem arah konstan apabila sistem terisolasi sehingga Q_masuk=Q_keluar

2.      Hubungan kalor dengan energi listrik_, sesuai dengan hukum kekekalan energi bahwa energi listrik dapat diubah menjadi energi kalor dan energi kalor dapat diubah menjadi energi lisrik

3.      Hubungan T_b dengan T_c, semakin T_b besar maka T_c besar pula. Hubungannya berbanding lurus.

5.2 Saran

            Adapun saran bagi para praktkan agar dapat melakukan kegiatan praktikumnya dengan teliti karena mempengaruhi tingkat kesalahan.

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Frederick dan Eugene Hectil. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta : Erlangga.

Giancoli. 1997. Fisika. Jakarta : Erlangga.

Kardiawarman. 1994. Fisika Dasar II. Jakarta : Universitas Terbuka.

Muran, Michael J dan Howard N Shapiro. 2004. Termodinamika Teknik Jilid I. Jakarta : Erlangga

Tipler, Paul A. 2002. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.