Penerapan Kalorimeter dalam Fisika

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR

KALORIMETER

 

Oleh :

DIAH AYU NOR SHOLEHA       (131810301008)

   EKA DITASARI                           (131810301012)

   FRISKA AYU FITRIA                 (131810301035)

Kelompok                 : 1

Jurusan                    : Kimia

LABORATORIUM FISIKA DASAR

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2013

www.unej.ac.id

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter juga dapat digunakan untuk mengukur kalor. Kalor adalah perpindahan energi dari sistem satu ke sistem yang lain karena disebabkan adanya perbedaan temperatur. Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Benda yang menerima kalor akan mengalami perubahan wujud benda. Sedangkan benda yang melepas kalor akan mengalami penurunan suhu atau wujud benda berubah. Kalorimeter juga dapat digunakan untuk menentukan kalor lebur zat. Kalor lebur adalah kalor yang dipakai suatu zat untuk melebur seluruhnya pada zat leburnya. Kalor dapat ditimbulkan dari energi listik, energi kinetik, energi kimia dan lain-lain.

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 melepas kalor sedangkan air dingin akan menerima kalor. Sehingga akan didapatkan suhu campuran yagn seimbang. Oleh karena itu begitu banyaknya kejadian dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan kejadian perpindahan kalor maka percobaan ini penting untuk dipahami oleh semua orang sehingga dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.

Pada percobaan kalorimeter bertujuan untuk menentukan kalor jenis bahan dan kalor lebur es. Alat yang digunakan dalam percobaan adalah pemanas, kalorimeter listrik, kubus lubang, air, es dan penakar panas. Dalam percobaan ini terlebih dahulu dilakukan yaitu menentukan suhu dan usahakan agar masing-masing percaksi ini memiliki suhu yang sama, lalu larutan tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter sambil diaduk agar zat-zat bereaksi dengan baik sehingga kita dapat menentukan besarnya kapasitas kalorimeter dan dapat pula menentukan kalor jenis bahan serta kalor lebur es dengan menggunakan kalorimeter.

1.2         Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam percobaan ini adalah:

1.      Bagaimana menentukan kalor jenis bahan?

2.      Bagaimana menentukan kalor lebur es?

3.      Bagaimana perbandingan antara hasil percobaan dengan literatur?

1.3         Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan kalorimeter adalah:

1.      Mampu menentukan kalor jenis bahan suatu benda.

2.      Mampu menentukan kalor lebur es suatu larutan.

3.      Mampu membandingkan antara hasil percobaan dengan literatur.

1.4         Manfaat

Adapun manfaat dari percobaan kalorimeter ini adalah dapat mengetahui cara menentukan kalor jenis dan kalor lebur suatu bahan. Percobaan ini juga bermanfaat untuk kehidupan sehari-hari. Seperti kita saat membuat es teh, biasanya kita mencampurkan air hangat dengan es yang membeku. Air teh hangat memiliki titik didih yang lebih tinggi dari es batu yang memiliki suhu lebih rendah. Sehingga setelah dicampur lama-kelamaan es batu dan air hangat bercampur sehingga memiliki suhu campuran yang seimbang.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

Kalorimeter adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor dari reaksi yang dikeluarkan. Kalorimeter dapat digunakan untuk menghitung energi dalam makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter (Wahyu, 2010).

Suatu zat apabila diberi kalor terus menerus dan melepas kalor maksimum, maka zat akan mengalami perubahan wujud. Peristiwa ini juga berlaku jika suatu zat melepaskan kalor terus-menerus dan mencapai suhu minimumnya. Oleh karena itu selain kalor dapat digunakan untuk mengubah suhu zat juga dapat digunakan untuk mengubah wujud zat (Soedojo, 1999).

Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimeter. Dengan menggunakan hukum hess, kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan data perubahan entalpi. Pembentukan standart, energi ikatan dan secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar kedalam kalorimeter, dan hukum yang berlaku pada proses ini adalah hukum azas black yaitu:

Q_lepas     = Q_terima

Q         = M.C.∆T

Keterangan:

Q = jumlah kalor (joule)

M = massa zat (gram)

C = kalor jenis (kal/gr^oc)

∆T = perubahan suhu

(Zemansky, 1988)

Sebelum lebih jauh dijelaskan mengenai kalorimeter, terlebih dahulu mengenal istilah-istilah dalam kalorimeter sebagai berikut:

1.      Kalor jenis zat adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan massa zat tersebut sebanyak satu derajat.

2.      Kapasitas kalor adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu seluruh benda sebanyak satu derajat.

3.      Kalor lebur adalah kalor yang dibutuhkan untuk melebur satu satuan massa pada suhu tetap.

4.      Kalor beku adalah kalor yang dilepaskan ketika zat membeku.

5.      Titik lebuh normal adalah titik dimana benda tersebut berubah wujud menjadi cair.

6.      Kalor uap adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan satu satuan massa cairan pada suhu tetap.

7.      Kalor embun adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk berubah wujud dari gas ke cair satu satuan massa cairan pada suhu tetap.

8.      Titik didih normal adalah suhu dimana tekanan zat cair sama dengan tekanan eksternal yang dialami oleh cairan (Bueche, 2006).

Azas black adalah hukum yang menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan oleh zat bersuhu tinggi akan selalu sama dengan jumlah kalor yang diterima dan zat lain yang bersuhu rendah.

Untuk menentukan kalor jenis suatu benda digu32nakan:

  ...........................................    (persamaan 4.4)

Dari persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi:

Mb Cb (Tb-Tc) = (Mk.Ck+Ma.Ca) (Tc-Ta)

Mb Cb ∆T₁ = Mk Ck (Tc-Ta) + Ma Ca (Tc-Ta)

Qb = Qk+Qa .....................................................................    (persamaan 4.6)

Sedangkan untuk menentukan kalor lebur es digunakan:

  ...............................    (persamaan 4.5)

Dari persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi:

Les.Mes = (Mk.Ck+Ma.Ca) Tc-Ta – Mc Ca Tc

Mes.Les+Ma Ca Ta = Mk Ck (Tc-Ta) + Ma Ca (Tc-Ta)

QL + Qa.C = Qk+Qa ........................................................    (persamaan 4.6)

(Giancoli, 2001)

Bila dua sistem yang temperaturnya berbeda-beda dipersatukan, maka temperature terakhir yang dicapai oleh kedua sistem tersebut berada diantara dua temperatur permukaan tersebut. Suatu zat bahan (material substance) yakni kalorik, terdapat didalam setiap benda. Sebuah benda pada temperatur tinggi mengandung lebih banyak kalori daripada benda temperatur rendah. Bila kedua benda tersebut disatukan, maka benda yang kaya kalorinya kehilangan sebagian kalorinya yang diberikank epada benda lain sampai kedua benda tersebut belum mencapai temperatur yang sama. Teori kalorik mampu menjelaskan percampuran zat-zat didalam sebuah kalorimeter. Sedangkan kalorimeter tersebut merupakan alat untuk menentukan kalor jenis suatu zat (Halliday, 1999).

BAB 3. METODE PERCOBAAN

2          

3          

3.1         Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan adalah:

1.      Kalorimeter dan pengaduknya sebagai penghitung kalor jenis zat.

2.      Thermometer 100^oc dan 200^oc digunakan untuk mengukur suhu.

3.      Pemanas listrik digunakan untuk memanaskan bahan.

4.      Penukar panas untuk menukar panas dari kalorimeter ke lingkungannya.

5.      Butir / kubus lubang.

6.      Es sebagai objek percobaan kalor.

7.      Air sebagai objek percobaan kalor.

3.2         Desain

Gambar 3.2.1 Satu set kalorimeter

(Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, 2010)

3.3         Langkah Kerja

Adapun langkah kerja yang dilakukan dalam praktikum ini adalah:

a.       Menentukan kalor jenis bahan

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

2.      Kalorimeter diisi dengan air, kemudian ditimbang dan dicatat sebagai Mak. Maka Ma = Mak – mk.

3.      Kalorimeter bersama air dipanaskan hingga suhunya sekitar 70^oc dicatat sebagai Ta.

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

5.      Bahan dipanaskan di dalam pemanas hingga mencapai suhu tertentu (minimal 75^oc).

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

7.      Pengaduk yang telah diberi isolasi diaduk perlahan-lahan. Suhu air perlahan-lahan akan naik kemudian turun lagi. Suhu tertinggi dicatat yang diperoleh (Tc).

8.      Percobaan (langkah 1-7) diulangi dengan suhu awal bahan Tb yang berbeda.

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

b.      Menentukan kalor lebur es

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

2.      Kalorimeter diisi dengan sejumlah air (± 2/3 volume kalorimeter), kemudian ditimbang dan dicatat sebagai Mak, maka ma = Mak-Mk.

3.      Air bersama kalorimeter dipanaskan hingga suhunya sekitar sekitar 70^oc dicatat sebagai Ta.

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

5.      Sepotong es yang telah disiapkan kedalam kalorimeter dimasukkan ditutup rapat-rapat dan diaduk pelan-pelan.

6.      Suhu seimbang yang diperoleh dicatat sebagai Tc.

7.      Massa air, kalorimeter dan es tersebut (Mc) ditimbang sehingga diperoleh massa es Mcs = Mc-Mak

8.      Langkah diulangi untuk mendapatkan 3 kali pengulangan.

3.4         Analisis Data

a.       Kalor Jenis Benda

b.      Kalor Lebur Es

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Kalor jenis benda

Emas

ulangan	mb	mk	mak	ma	Ta	Tb	Tc	Ca
1	2,3520	3,7980	9,4730	5,6750	28oC	75oC	30oC	4,2
2	2,3525	3,7980	9,4730	5,6725	28oC	80oC	30oC	4,2

Cb	( Cb-	( Cb- 2	ΔCb	Ck	Q	I	K	AP
0,47	0,005	25x10-6	7,07x10-3	0,21	3,946	1,5	98,5	3
0,46	0,005	25x10-6	7,07x10-3	0,21	3,864	1,54	98,46	3

Perak

ulangan	mb	mk	mak	ma	Ta	Tb	Tc	Ca
1	2,3520	3,7980	9,4730	5,6750	28oC	75oC	30oC	4,2
2	2,3524	3,7980	9,4700	5,6725	28oC	77oC	31oC	4,2

Cb	( Cb-	( Cb- 2	ΔCb	Ck	Q	I (%)	K (%)	AP
0,47	-0,105	1,1025x10-2	14,8x10-2	0,21	5,9	3,1	96,9	3
0,68	0,105	1,1025x10-2	14,8x10-2	0,21	8,6	2,1	97,9	3

Kalor lebur es

Percobaan 1

Ulangan	mc	mk	mak	ma	mes	Ta	Tc	Ca
1	10,4345	3,7980	9,4780	5,68	0,95	28oC	49 oC	4,2
2	10,4340	3,7980	9,4700	5,67	0,96	28oC	46 oC	4,2

ck	Les	Q	(L es-  )	(L es-  )2	Δ Les	I (%)	K(%)	AP
0,21	1715,76	1629,9	-14,82	219,63	20,95	1,22	98,78	3
0,21	1745,4	1675,6	14,82	219,63	20,95	1,20	98,8	3
		2 = 439,26

Percobaan 2

Ulangan	mc	mk	mak	ma	mes	Ta	Tc	Ca
1	10,1145	3,7980	9,4780	5,68	0,63	28oC	49	4,2
2	10,1140	3,7980	9,4700	5,67	0,64	28oC	46	4,2

ck	Les	Q	(L es-  )	(L es-  )2	Δ Les	I (%)	K(%)	AP
0,21	2482,6	1564,05	60,56	3667,51	85,64	3	97	3
0,21	2361,5	1511,36	-60,56	3667,51	85,64	3	97	3

4          

4.1          

4.2         Pembahasan

Kalor adalah energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur benda tersebut menggunakan termometer. Termometer akan mengukur suhu secara otomatis saat diletakkan didalam kalorimeter. Kalorimeter adalah alat untuk menentukan kalor jenis yang dimasukkan dalam bejana yang lebih besar. Antara bejana kecil (dinding dalam) dan bejana besar (dinding luar) dibatasi oleh bahan yang tidak dapat dialiri kalor (adiabatic) kemudian diberi tutup yang mempunyai dua lubang untuk tempat termometer dan pengaduk.

Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas black, yaitu kalor yang diterima oleh kalorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian jika dua benda yang berbeda suhunya saling bersentuhan, maka akan menuju keseimbangan termodinamika.

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dalam menentukan kalor jenis bahan dan  kalor lebur es menggunakan calorimeter, sehingga diperoleh hasil seperti pada table diatas. Pada percobaan dalam menentukan kalor jenis bahan digunakan dua bahan yang berbeda yaitu balok emas dan balok perak. Untuk menentukan kalor jenisnya, emas dipanaskan di dalam pemanas hingga suhunya minimal 75^oc, kemudian segera dimasukkan pada kalorimeter dan ditutup rapat, kemudian diaduk secara perlahan untuk mendapatkan suhu campuran. Pada proses ini pengadukan dilakukan secara perlahan agar suhu pada lingkungan atau luar sistem tidak ikut masuk kedalam kalorimeter, karena jika masuk akan mempengaruhi keseimbangan termanlnya. Langkah ini juga dilakukan pada penentuan kalor jenis pada perak.

Pada percobaan kedua yaitu menentukan kalor lebur es yaitu kalorimeter diisi dengan air kemudian dipanaskan hingga suhunya mencapai  C, setelah itu ditambahkan es. Kalorimeter ditutup rapat dan diaduk pelan-pelan agar sistem dapat terisolasi agar kalor yang masuk sama dengan kalor yang keluar.

Berdasarkan percobaan didapatkan hasil bahwa kalor jenis perak lebih besar dibandingkan kalor jenis emas. Artinya, perak akan menyerap kalor lebih banyak juga daripada emas. Kalor jenis sendiri adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram zat sebesar  C (gr/ ).

Kalorimeter dipilih sebagai aalat untuk menentukan kalor jenis dan kalor lebur es dikarenakan mampu menjaga zat yang akan ditentukan kalor jenisnya dari lingkungan luar sistem. Sehingga selama proses berlangsung tidak ada energi yang lepas atau masuk kedalam kalorimeter.

Dalam percobaan yang dilakukan ada beberapa kesalahan atau kekurangan dalam menentukan kalor jenis bahan. Salah satunya dalam mengamati suhu pada termometer. Dalam buku petunjuk ditunjukkan untuk suhu  C, namun dalam percobaan praktikum lalai dalam mengamati hingga suhunya  C sehingga sedikit mempengaruhi hasilnya. Meskipun ada kekurangan pada percobaan ini,hasil yang diperoleh hampir mendekati kebenaran atau keakuratan . kepastian  pada percobaan ini rata-rata mencapai 98%, hal ini menunjukkan data dan hasil yang didapat sudah akurat.

BAB 5.  PENUTUP

5          

5.1         Kesimpulan

Berdasarkan  percobaan yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan diantaranya :

-       Praktikum kalorimeter ini berdasarkan pada azas black, dimana jika ada dua buah benda bersentuhan maka  akan terjadi perpindahan kalor dari benda bertemperatur tinggi ke rendah.

-       Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis dan kalor Es yang mampu mempertahankan / mengisolasi suhu didalamnya agar tidak terpengaruh oleh suhu di luar sistem.

-       Kalor jenis bahan dan kalor lebur es dapat ditentukan dengan melakukan percobaan kalorimeter, kalori jenis pada emas adalah lebih kecil daripada kalor jenis pada perak. Sedangkan kalor lebur es pada percobaan 2 lebih besar dibandingkan pada percobaan 1.

-       Berdasarkan hasil yang mendekati keakuratan dan hasilnya tidak terlalu berbeda dengan literature.

5.2         Saran

Sebaiknya pada saat melakukan praktikum, praktikum diharapkan lebih tanggap dan cepat dalam memindah bahan ke dalam kalorimeter agar bahan teerap terisolasi di dalam kalorimeter dan bercampur dengan suhu luar.

Asisten diharapkan lebih membimbing dan menguasai praktikum, agar tidak terjadi banyak kesalahan pada saat praktikum berlangsung.

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Frederick. 2006. Schaums outline of theory and problems of college physics. Jakarta : Erlangga.

Giancolli, Douglas. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Halliday, Resnick. 2004. Fisika Dasar. Bandung : ITB.

Soedojo, Peter. 2004. Fisika Dasar. Yogyakarta : Andi.

Tim Fisika Dasar. 2010. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Jember : Fakultas MIPA

Wahyu, dkk. 2010. Kimia Fisika. Jakarta : Rineka Cipta.

Zemansky, Sears. 1986. Fisika Untuk Universitas. Jakarta : Bina Cipta.