Laporan Praktikum Kalorimeter Sederhana

Daftar isi

Latar belakang
Tujuan Percobaan
Dasar Teori
Metodologi Percobaan
Data dan Analisa
Kesimpulan
Daftar Pustaka
Bagian Pengesahan
Lampiran

MENGUKUR KAPASITAS KALOR KALORIMETER DAN KALOR JENIS ALUMINIUM DENGAN KONSEP ASAS BLACK

I. Latar belakang

Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda atau dengan suatu alat yang dinamakan kalorimeter. pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimeter, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pengukuran kalori. ketika zat menerima kalor maka zat itu akan mengalami kenaikan suhu hingga tingkat tertentu sehingga zat tersebut akan mengalami perubahan wujud, seperti perubahan wujud air padat menjadi cair. Sebaliknya, jika suatu zat mengalami perubahan wujud dari cair menjadi padat maka zat tersebut akan melepaskan sejumlah kalor.

Pada kehidupan sehari-hari sering ditemui beberapa kejadian yang melibatkan perpindahan kalor. Misalnya satu gelas air dingin dicampur dengan satu gelas air panas, maka air panas akan melepaskan kalor sedangkan air dingin akan menerima kalor. sehingga akan didapatkan suhu campuran yang seimbang.

Berdasarkan prinsip perpindahan kalor, banyak sekali manfaat dalam bidang pangan diaplikasikan sebagai pengering suatu bahan makanan karena dengan pengeringan mikroba pada makanan akan mati dan tidak tumbuh, dan sebagai penggoreng bahan makanan (Giancoli, 1997).

Oleh karena banyaknya kejadian dalam kehidupan sehari-hari yang melibatkan perpindahan kalor maka percobaan ini penting untuk dipahami, sehingga dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.

II. Tujuan

Memahami prinsip kerja kalorimeter
Mengukur nilai kapasitas kalor dari kalorimeter
Mengukur kalor jenis alumunium

III. Dasar Teori

Kalorimeter merupakan suatu alat yang fungsinya untuk mengukur kalori jenis suatu zat. Salah satu bentuk kalorimeter adalah kalorimeter campuran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan dalam bejana lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat misal gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai isolator agar pertukaran kalor dengan sekitar kalorimeter dapat dikurangi (Keenan, 1980).

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

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

\begin{equation} Q=mL_j \tag{1} \end{equation}

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:

\begin{equation} Q = mL_v \tag{2} \end{equation}

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).

Zat yang ditentukan kalor jenisnya dipanasi sampai suhu tertentu. Dengan cepat zat itu dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan suhu dan massanya yang sudah diketahui. Kalorimeter diaduk sampai suhunya tidak berubah lagi. Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, kalor jenis yang dimasukkan dapat dihitung (Syukri, 1999).

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 sekitarnya, 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 T₀ adalah temperatur awal. jika T₁ adalah temperatur akhir benda dalam bejana air, maka panas yang keluar dari benda adalah:

\begin{equation} Q_{keluar} = mc(T_0-T_1) \tag{3} \end{equation}

Jika T₀ adalah temperatur awal air dan wadahnya dan T₁ adalah temperatur akhir benda dan air panas, maka panas yang diserap oleh air dan wadahnya adalah

\begin{equation} Q_{masuk} = m_a c_a (T_1-T_0) + m_w c_w (T_1-T_0) \tag{4} \end{equation}

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 masuk:

\begin{equation} Q_{keluar} = Q_{masuk}\\ mc(T_0-T_1) = m_a c_a (T_1-T_0) + m_w c_w (T_1-T_0) \tag{5} \end{equation}

karena hanya beda temperatur yang ada dalam persamaan diatas dan karena kelvin dan celcius berukuran sama, maka temperatur dapat diukur dengan skala celcius maupun kelvin tanpa mempengaruhi hasil (Moran, 2004).

Kalor jenis bahan sejumlah zat dapat dilihat dalam tabel berikut: (Kane, 1991).

Tabel 1. Kalor jenis berbagai zat


Zat	Kalor jenis `(c)`
Zat	Kal/(g°C)	J/(kg K)
Air	1,000	4200
Air laut	0,930	3900
Alkohol	0,550	230
Aluminium	0,214	900
Besi	0,110	460
Emas	0,031	130
Es	0,595	2500
Kaca	0,160	670
Kuningan	0,900	380
Minyak tanah	0,520	220
Perak	0,056	230
Raksa	0,033	140
Tembaga	0,093	390
Timbal	0,031	130

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan

Kalorimeter berfungsi untuk mengukur kalor jenis suatu zat benda (1 buah).
Termometer berfungsi untuk mengukur suhu air (2 buah).
Neraca berfungsi untuk mengukur massa kalorimeter dan massa air (1 buah).
Logam aluminium berfungsi sebagai benda yang akan diukur kalor jenisnya (1 buah).
Gelas ukur berfungsi sebagai tempat pengukuran air dingin yang akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (1 buah).
Pemanas berfungsi untuk memanaskan air (1 buah).
Air (secukupnya).

4.2 Gambar Alat

—

4.3 Langkah Kerja

4.3.1 Mengukur kalor jenis kalorimeter

Gambar 1. Diagram alir prosedur percobaan pengukuran kalor jenis kalorimeter

4.3.2 Mengukur kalor jenis logam aluminium

Gambar 2. Diagram alir prosedur percobaan pengukuran kalor jenis logam aluminium

4.4 Metode Grafik

4.4.1 Grafik 1

Gambar 3. Metode grafik pengukuran kalor jenis kalorimeter

4.4.2 Grafik 2

Gambar 4. Metode grafik pengukuran kalor jenis logam aluminium

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data

Prinsip pada percobaan ini adalah menggunakan prinsip Asas Black yaitu dengan cara mencampurkan kedua zat yang mempunyai perbedaan suhu dalam kalorimeter, zat yang mempunyai suhu tinggi akan melepaskan kalor dan zat yang mempunyai suhu rendah akan menerima kalor yang dilepaskan sehingga suhu akhir atau campuran dapat ditentukan, kemudian salah satu variabel yang belum diketahui seperti kalor jenis, kapasitas bahan kalor, massa dan kalor dapat ditentukan melalui persamaan. Proses dalam kalometri (metode untuk mengukur panas pada kalorimeter) berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter.

Rekomendasi Laporan lain:

Energi kalor adalah energi kinetik acak dari partikel yang menyusun suatu sistem, zat yang mempunyai suhu lebih tinggi melepaskan kalor karena mempunya energi kinetik partikel yang lebih tinggi (kecepatannya lebih tinggi E_k ≈ V) daripada zat yang bersuhu lebih rendah. Pada saat pencampuran suatu zat, terjadi tumbukkan-tumbukkan secara acak dari partikel yang bersuhu lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah, karena energi kinetik suhu yang lebih tinggi lebih besar daripada suhu yang lebih rendah maka tumbukkan pada partikel yang bersuhu lebih tinggi juga besar (E_k ≈ V ≈ P). Jadi ketika partikel-partikel dari zat yang bersuhu lebih tinggi menumbuk zat-zat partikel yang bersuhu rendah, terjadi hukum kekekalan energi kinetik, yaitu energi kinetik yang dihasilkan oleh tumbukan partikel suhu tinggi akan berpindah ke partikel suhu rendah (E_{k_i}= E_{k_f}, E_k kekal pada gas ideal). Jika sistem terisolasi sempurna pada pencampuran zat maka seluruh partikel-partikel dari zat tersebut akan saling menumbuk, sehingga seluruh energi kinetik partikel pada sistem tersebut akan sama dan pada saat inilah terjadi keseimbangan suhu (suhu campuran). Jadi inilah alasan mengapa kalor dilepaskan oleh zat yang bersuhu lebih tinggi karena energi kinetiknya lebih besar dan terjadi hukum kekekalan energi kinetik.

Pada percobaan ini juga terjadi konversi energi listrik menjadi energi kalor pada pemanas air. Kemudian definisi dari energi listrik itu sendiri adalah energi yang diakibatkan oleh muatan listrik (statis) atau ion (positif atau negatif) yang menyebabkan medan listrik statis atau gerakan elektron dalam konduktor (penghantar listrik), gerakan partikel (energi kinetik) yang acak inilah yang menyebabkan munculnya energi kalor, jadi itulah mengapa bisa terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor karena terjadi gerakan elektron dalam konduktor yang menghasilkan energi kalor (listrik ⟶ mekanik (gerak) ⟶ kalor). Dalam hal ini juga terjadi peristiwa Asas Black, yaitu energi listrik yang dilepas oleh pemanas air akan diterima oleh kalorimeter dan air, sehingga terjadi perubahan panas pada air dan kalorimeter. Perpindahan kalor yang terjadi pada air ini adalah perpindahan jenis konveksi, karena hanya terjadi perpindahan partikel-partikel zat yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis. Ketika air di bagian bawah memuai akibat dipanaskan oleh pemanas air, massa jenisnya akan berkurang sehingga akan membuat air yang bersuhu tinggi di bagian bawah tersebut bergerak naik (ke atas), tempatnya digantikan oleh air yang suhunya lebih rendah, yang bergerak turun karena massa jenisnya lebih besar (ρ ≈ m ≈ 1/T).

Pada saat percobaan, air dingin diambil untuk melakukan percobaan selanjutnya karena pada percobaan ini dilakukan 5 kali variasi massa air panas, akibatnya suhu pada kalorimeter masih tetap panas karena percobaan sebelumnya, dengan mengetahui konsep dari Asas Black maka kalorimeter diisi dengan air dingin sampai panas yang terdapat pada kalorimeter bisa turun dan terjadi keseimbangan termal sehingga suhu pada kalorimeter menjadi tidak tinggi lagi. Konsep dari Asas Black ini juga dapat diterapkan pada kehidupan sehari-hari, contohnya pada penghangatan es krim yang terlalu dingin dan pendinginan pada kopi yang terlalu hangat, udara yang dihembuskan melalui mulut akan bercampur dengan udara pada kopi atau es krim tersebut, sehingga dapat tercapai keseimbangan termal yang menyebabkan suhu pada es krim dan kopi tersebut menjadi tidak terlalu rendah dan tinggi lagi.

Variabel bebas pada percobaan ini adalah massa air panas karena faktor ini yang mempengaruhi terjadinya perubahan hasil atau variabel ini merupakan variabel yang divariasikan dalam percobaan, variabel terikatnya adalah suhu (air panas, air dingin, campuran) karena faktor ini merupakan hasil dari pengaruh variabel bebas, variabel kontrolnya adalah kalor jenis air, kalor jenis kalorimeter, massa air dingin dan massa kalorimeter karena faktor-faktor ini merupakan variabel pengendali yang menyebabkan hubungan antara variabel terikat dan variabel bebas bisa berlangsung konstan atau faktor lain yang mendukung terjadinya hubungan antara variabel bebas dan variabel terikat.

Tabel data percobaan 5.1.1 pengukuran nilai kalorimeter menunjukkan bahwa massa air panas mempengaruhi hasil dari suhu campuran, semakin banyak air panas yang dicampurkan pada air dingin semakin tinggi juga suhu campuran yang dihasilkan. Hasil itu dapat terlihat pada data percobaan 2 sampai ke 5 pada tabel percobaan 5.1.1, pada data percobaan ke 1 tidak dipenuhi pengaruh dari air panas tersebut karena mungkin terdapat kesalahan dalam percobaan, kemungkinan dalam pengukuran suhu akhir campuran air belum tercampur seluruhnya atau secara merata. Pada tabel percobaan 5.1.2 pengukuran nilai kalor jenis logam aluminium terdapat konsep serupa dengan pengukuran nilai kalor jenis kalorimeter, yaitu massa air panas mempengaruhi hasil dari suhu campuran. Hasil itu dapat terlihat pada data percobaan ke 1 sampai ke 5 pada tabel percobaan 5.1.2.

Menurut literatur dari fisika dasar karya Joseph w kane tahun 1991 menyatakan bahwa kalor jenis air dan aluminium masing-masing adalah sebesar 4200 J/(kg°C), harga kalor jenis air ini digunakan dalam percobaan ini dan harga dari kalor jenis aluminium digunakan sebagai perbandingan hasil dalam percobaan. Perhitungan yang digunakan pada percobaan ini adalah dengan metode grafik, berikut ini adalah 2 gambar grafik untuk menghitung kalor jenis dari kalorimeter dan kalor jenis dari logam aluminium:

hubungan rasio suhu dengan massa pada pengukuran kalor jenis kalorimeter

Gambar 5. Hubungan $\displaystyle{\frac{T_c-T_{ad}}{T_{ap}-T_c}}$ dengan $m_{ap}$ pada pengukuran kalor jenis kalorimeter

hubungan rasio suhu dengan massa pada pengukuran kalor jenis logam aluminium

Gambar 6. Hubungan $\displaystyle{\frac{T_c-T_{ad}}{T_{ap}-T_c}}$ dengan $m_{ap}$ pada pengukuran kalor jenis logam aluminium

Pada gambar grafik pengukuran kalor jenis kalorimeter didapatkan nilai gradien sebesar m = (0,011 ± 1,510) dengan ketelitian sebesar 75,5%. Pada gambar grafik pengukuran kalor jenis logam aluminium didapatkan nilai gradien sebesar m = (0,011 ± 1,515) dengan ketelitian sebesar 82,9%. Pada metode grafik ini didapatkan nilai kalor jenis kalorimeter dan aluminium serta kapasitas kalor kalorimeter sebesar c_k = 864,354 J/(kg°C), c_l = 1063,28 J/(kg°C), C_k = 128,529 J/°C. Hasil kalor jenis logam aluminium ini berbeda pada literatur dari fisika dasar karya Joseph w kane tahun 1991, perbedaan ini terjadi karena kesalahan-kesalahan yang terjadi selama percobaan, yaitu kurang teliti dalam menimbang air dan kalorimeter, kurang teliti dalam mengukur suhu air, kemungkinan ada energi yang diserap oleh benda lain atau suhu logam waktu dipanaskan banyak yang hilang ke lingkungan, dalam pengukuran suhu akhir campuran air belum tercampur seluruhnya, dan kesalahan dalam perhitungan.

VI. Kesimpulan

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah menggunakan prinsip Asas Black yaitu dengan cara mencampurkan kedua zat yang mempunyai perbedaan suhu dalam kalorimeter, zat yang mempunyai suhu tinggi akan melepaskan kalor dan zat yang mempunyai suhu rendah akan menerima kalor yang dilepaskan, sehingga suhu akhir atau campuran dapat ditentukan, kemudian salah satu variabel yang belum diketahui seperti kalor jenis, kapasitas bahan kalor, massa, dan kalor ditentukan melalui persamaan.
Kapasitas kalor kalorimeter (C_k) yang didapatkan pada percobaan ini adalah sebesar C_k = 128,529 J/°C
Kalor jenis logam aluminium (c_l) yang didapatkan pada percobaan ini adalah sebesar c_l = 1063,28 J/(kg°C)

VII. Daftar Pustaka

Bueche, F., 2006. Fisika Universitas Edisi ke 10. Jakarta: Erlangga.
Giancoli, D.C., 1997. Fisika Jilid I. Jakarta: Erlangga.
Kane, J.W., 1991. Fisika Dasar. Jakarta: Erlangga.
Keenan, C.W., 1980. Fisika untuk Universitas Jilid I. Jakarta: Erlangga.
Moran, M.J., 2004. Termodinamika Jilid I. Jakarta: Erlangga.
Syukri, S., 1999. Fisika Dasar 1. Bandung: ITB.
Tipler, P.A., 2002. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.

VIII. Bagian Pengesahan

—

Hipolisis