BAB III Kalorimeter

12
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
BAB III
Kalorimeter
3.1 Maksud dan Tujuan
1. Dapat menentukan energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter.
2. Dapat menentukan energi kalor yang diterima kalorimeter.
3. Dapat menentukan kalor jenis suatu zat.
4. Dapat menentukan nilai kesetaraan kalor listrik.
5. Dapat menentukan kapasitas kalor dari calorimeter
3.2 Dasar Teori
Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan
diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk energi kebentuk
energi yang lain. Misalnya pada peristiwa gesekan energi mekanik berubah
menjadi panas. Pada mesin uap panas diubah menjadi energi mekanik. Demikian
pula energi listrik dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya. Sehingga dikenal
adanya kesetaraan antara panas dengan energi mekanik/listrik, secara kuantitatif
hal ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-energi listrik/mekanik.
Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan
mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter
sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan
cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air
yang berada dalam kalorimeter.
Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:
W  v.i.t
Keterangan:
W = energi listrik (joule)
v = tegangan listrik (volt)
i = arus listrik (ampere)
t = lama aliran listrik (sekon)
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
13
Bab III Kalorimeter
Kalor adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi
ke benda yang bersuhu lebih rendah ketika benda itu saling berhubungan. Benda
yang menerima kalor, suhunya akan naik sedangkan benda yang melepas kalor,
suhunya akan turun.
Besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus
dengan:
1. Massa benda
2. Kalor jenis benda
3. Perubahan suhu
Jadi besarnya kalor dapat dirumuskan:
Q  m.c.t
Dalam satuan SI, kalor adalah joule. Satuan kalor yang lain adalah kalori.
Kesetaraan joule dan kalori adalah sebagai berikut:
1 joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4,184 joule
Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1oC air
murni yang massanya 1 gram.
Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan 1 kg zat
sebesar 1K atau 1oC.
c
Q
m.T
Keterangan:
Q = jumlah kalor (kalori)
m = massa zat (gram)
c = kalor jenis zat (kal/gr oC)
∆t = perubahan suhu suhu (oC)
Hukum kekalan energi kalor (azas black) menyatakan bahwa “Pada pencampuran
dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya
kalor yang diterima zat bersuhu rendah.”
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
14
Bab III Kalorimeter
Atau dapat dirumuskan:
Qlepas  Qterima
Maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan
kalorimeter itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan
kalorimeter.
Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan
persamaan:

v i t
(mk ck  ma ca )(t a  t )
Keterangan:
γ
= kesetaraan kalor
ma = massa air dalam calorimeter (gram)
ca = kalor jenis air (kal/gr oC)
mk = massa calorimeter (gram)
ck = kalor jenis calorimeter (kal/gr oC)
ta = suhu akhir (oC)
t
= suhu awal (oC)
Kapasitas Kalor (C) adalah yaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu
suatu benda sebesar 1K atau 1 oC. Dirumuskan dengan:
C  m.c
Atau
C
Q
T
Q = jumlah kalor (kalori)
m = massa zat (gram)
c = kalor jenis zat (kal/gr oC)
∆t = perubahan suhu suhu (oC)
C = kapasitas kalor (kal/oC)
15
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
3.3 Alat dan Bahan
a. Kalorimeter
b. Voltmeter
c. Ampermeter
d. Neraca
e. Catu daya
f. Thermometer
g. Kabel Penghubung
h. Stopwatch
3.4 Gambar Alat dan Bahan
Thermometer
Stopwatch
Catu Daya
Neraca
Kabel
16
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Kalorimeter
Bab III Kalorimeter
Voltmeter
Ampermeter
Gambar 3.1 Alat dan Bahan Percobaan
3.5 Prosedur Percobaan
Set percobaan
Termometer
Pengaduk
A
Catu daya
V
Kalorimeter
1. Memasang rangkaian listrik seperti gambar di atas.
2. Menghubungkan dengan sumber tegangan, mengatur arusnya kira-kira 2
Ampere, kemudian mematikan lagi saklarnya.
3. Menimbang calorimeter kosong (bejana dalam) dan pengaduk.
4. Mencatat massa calorimeter kosong.
5. Mangisi calorimeter dengan air secukupnya ( kumparan tercelup ) dan
menimbang kembali sehingga massa airnya diketahui.
6. Mencatat massa air dalam calorimeter.
7. Memasang calorimeter yang sudah berisi air.Mengukur suhu air dan calorimeter
danmencatat hasil pengukuran.
17
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
8. Menyalakan catu daya dan menghidupkan stopwatch.Mencatat penunjuk
tegangan dan arus setiap 2 menit danmengaduk terus air dalam calorimeter
dengan pengaduk.
9. Mencatat suhu air setiap 2 menit selama 6 menit.
10. Mengulangi percobaan di atas sekali lagi dengam massa air berbeda.
3.6 Alur Percobaan
MULAI
Menyiapkan alat dan bahan
Menimbang kalorimeter kosong dengan
menggunakan neraca
Mengisi kalorimeter dengan air
Menimbang kembali kalorimeter yang terisi air
dengan menggunakan neraca
Menyimpulkan massa air
Mengukur suhu awal air dengan thermometer
Air mulai dipanaskan dan aduk terus
Mencatat v,i,T yang dihasilkan setiap 120 s,240s,
360 s
X
18
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
X
Mengulang langkah 2-7 dengan massa air yang
berbeda
Menganalisis energi, kalor,kalor jenis,dan
kapasitas kalor
Selesai
3.7 Data Percobaan
Tabel 3.1 Percobaan 1
mk(gram) ma(gram)
T (oC)
T akhir
No
v (volt)
i(ampere)
t(sekon)
1.
14
0,52
120
145
67,6
28
30
2.
14
0,52
240
145
67,6
28
32
3.
14
0,52
360
145
67,6
28
34
(oC)
Tabel 3.2 Percobaan 2
mk(gram) ma(gram)
T (oC)
T akhir
No
v (volt)
i(ampere)
t(sekon)
1.
14
0,55
120
145
123
28
29,8
2.
14
0,55
240
145
123
28
31,3
3.
14
0,55
360
145
123
28
33
(oC)
19
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
Tabel 3.3 Percobaan Tambahan
Massa
No
air dingin
(gram)
Massa air
Suhu air
Suhu air
Suhu
panas(gram)
dingin
panas
campuran
1.
105
98,5
28
60
43
2.
115
108
28
62
44
3.
129
122.2
28
66
46
3.8 Analisis Data
Tabel 3.4 perhitungan energi,kalor jenis,dan kapasitas kalor percobaan 1
No
1
2
3
14
14
14
i(ampere)
0,52
0,52
0,52
t(sekon)
120
240
360
mk(gram)
145
145
145
ma(gram)
67,6
67,6
67,6
T (oC)
28
28
28
T akhir (oC)
30
32
34
∆T ( Takhir – T )
2
4
6
873,6
1747,2
2620,8
209,664
419,328
628,992
Q
(kal/gr oC)
m.T
1,55
1,55
1,55
Q
(kal/oC)
T
104,832
104,832
104,832
Keterangan
v (volt)
W  v.i.t (joule)
Q  w  0,24 kalori
c
C
20
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Bab III Kalorimeter
Tabel 3.5 perhitungan energi,kalor jenis,dan kapasitas kalor percobaan 2
No
1
2
3
14
14
14
i(ampere)
0,55
0,55
0,55
t(sekon)
120
240
360
mk(gram)
145
145
145
ma(gram)
123
123
123
T (oC)
28
28
28
T akhir (oC)
29,8
31,3
33
∆T ( Takhir – T )
1,8
3,3
5
W  v.i.t (joule)
924
1848
2772
221,76
443,52
665,28
Keterangan
v (volt)
Q  w  0,24 kalori
Tabel 3.6 menentukan kalor jenis kalorimeter
Massa
No
air
Massa air
dingin panas (gram)
Suhu air
Suhu air
Suhu
dingin
panas
campuran
∆T1
∆T2
(gram)
1
105
98,5
28
60
43
17
15
2
115
108
28
62
44
18
16
3
129
122.2
28
66
46
20
18
Keterangan :
∆T1 = Tap -Tcamp
∆T2 =Tcamp -Tair
Cair = 4,18 x 103joule/kgK
= 4,18 x 103 joule/kgK x 0,24 kalori
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
= 1,0032 x 103kal/kg oC
= 1,0032 kalori/gr oC
Percobaan 1 pada tabel 3.3
Qlepas
= Qterima
Qap
= Qad + Qkalori
map x cair x ∆T1
= mad x cair x ∆T2 + mk x ck x ∆T2
98,5 x 1,0032 x 17= 105 x 1,0032 x 15 + 145 x ck x 15
1679,8584
= 1580,04 +2175 ck
99,8184
= 2175 ck
ck
= 0,0459 kalori/gr oC
Percobaan 2 pada tabel 3.3
Qlepas
= Qterima
Qap
= Qad + Qkalori
map x cair x ∆T1
= mad x cair x ∆T2 + mk x ck x ∆T2
108 x 1,0032 x 18 = 115 x 1,0032 x 16 + 145 x ck x 16
1950,2208
= 1845,888 +2320 ck
ck
= 0,045 kalori/gr oC
Percobaan 3 pada tabel 3.3
Qlepas
= Qterima
Qap
= Qad + Qkalori
map x cair x ∆T1
= mad x cair x ∆T2 + mk x ck x ∆T2
122,2x1,0032x20 = 129 x 1,0032 x 18 + 145 x ck x 1
2451,8208
= 2329,4304 +2610 ck
ck
= 0,046 kalori/gr oC
Kalori rata – rata :
c
k

 ck
n
21
Bab III Kalorimeter
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
=
0,0459  0,045  0,046
3
= 0,0456 kalori/gr oC
= 190,8 joule/kgK
Kapasitas Kalor dari Kalorimeter:
C = m.c
= 145 x 0,0456
= 6,612 kalori/ oC
Kesetaraan kalor listrik :

v i t
(mk ck  ma ca )(T )
Percobaan 1
a.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
873,6
(145.0,0456  67,6 .1,0032 )(2)
= 5,869
b.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
1747,2
(145.0,0456  67,6 .1,0032 )(4)
= 5,869
c.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
2620,8
(145.0,0456  67,6 .1,0032 )(6)
= 5,869
22
Bab III Kalorimeter
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
Percobaan 2
a.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
924
(145.0,0456  123 .1,0032 )(1,8)
=4
b.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
1848
(145.0,0456  123 .1,0032 )(3,3)
= 4,3
c.


v i t
(mk ck  ma ca )(T )
2772
(145.0,0456  123 .1,0032 )(5)
= 4,26
Kesetaraan rata – rata :


n
5,869  5,869  5,869  4  4,3  4,26
6
30,167

=
6

=5
Ketidakpastian:
∆γ =
=
(i   ) 2
n(n  1)
0,86 2  0,86 2  0,86 2  12  0,7 2  0,74 2
6  (6  1)
23
Bab III Kalorimeter
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
24
Bab III Kalorimeter
4,303083
30
=
= 0,38
Kesalahan rata – rata
KR
=
0,38
100%
5,38
=7%
Ketelitian :
Ket
= 100% - 7%
= 93 %
3.9 Pembahasan
Dalam percobaan yang kami lakukan di atas menggunakan alat kalorimeter. Yaitu
alat yang digunakan untuk mengukur kalor jenis suatu zat. Pada kalori meter
terdapat thermometer yang digunakan untuk mengukur suhu campuran.
Untuk menentukan kapasitas kalor mula-mula mengukur suhu air dingin kemudian
menimbangnya. Setelah itu memanaskan air hingga panas. Setelah panas dan
telah diukur suhunya dicampur dengan air dingin yang berada dalam kalori meter.
Kemudian kita ukur suhu campuran air tersebut. Dalam memasukkan air yang
panas tadi harus cepat supaya suhu air panas tidak turun dan jangan sampai
tumpah karena dapat mengurangi massa dari air panas tadi.
Untuk mengetahui kalor jenis kalori meter menggunakan rumus :
Qlepas
= Qterima
Qap
= Qad + Qkalori
map x cair x ∆T1 = mad x cair x ∆T2 + mk x ck x ∆T2
Dengan rumus diatas kita mendapatkan hasil kalor jenis kalorimeter yaitu: 0,0456
kalori/gr oC atau 190,8 joule/kgK. Dengan menemukan hasil kalor jenis calorimeter
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
25
Bab III Kalorimeter
ini kita dapat menentukan kapasitas kalor dari kalorimeter yaitu sebesar 6,612
kalori/oC.
Selain dapat menentukan kalor jenis dan kapasitas dari calorimeter, kita juga
dapat menghitung kalor jenis air serta kapasitas kalor dari air. Kalor jenis air yang
didapatkan adalah 1 kalori/gr oC yang setara dengan 4,180 x 103 joule/kgK.
Hasil yang kami peroleh mungkin belum sempurna. Karena ketelitian yang kita
dapatkan sebesar 93%. Hal ini dapat disebabkan karena:
a. Kurang teliti dalam menimbang air dan kalorimeter.
b. Kurang teliti dalam mengukur suhu air.
c. Kemungkinan ada energi yang diserap oleh benda lain atau suhu logam waktu
dipanaskan banyak yang hilang ke lingkungan.
d. Kesalahan dalam perhitungan
e. Dalam pengukuran suhu akhir campuran air belum tercampur seluruhnya.
3.10 Kesimpulan
1. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor jenis suatu zat.
2. Energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan.
3. Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah hingga suhu
menjadi termal.
4. Kalor sebanding dengan massa benda, kalor jenis benda dan perubahan suhu.
5. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan 1 kg zat
sebesar 1K atau 1oC.
6. Perbandingan antara banyaknya kalor yang diberikan terhadap kenaikan suhu
benda dinamakan kapasitas kalor.
7. Dalam suatu sistem, jumlah kalor yang diberikan oleh suatu zat yang
mempunyai suhu lebih tinggi sama dengan jumlah kalor yang diterima zat lain
yang bersuhu lebih rendah.
8. Hukum azas Black dapat dibuktikan dengan percobaan ini.
Laporan Praktikum Fisika Dasar
Jurusan D3 Teknik Sipil Infrastruktur 2008
Kelompok I14
26
Bab III Kalorimeter
3.11 Penerapan dalam Bidang Teknik Sipil
1.
Untuk mengetahui pengaruh suhu tehadap bentuk dan kekuatan dari bahan
yang digunakan dalam kontruksi sebuah bangunan.
2.
Dapat digunakan untuk merubah posisi dan bentuk benda, misalnya
membuat lengkungan, meluruskan dan sebagainya.
3.
Dapat diketahui jenis bahan yang akan digunakan dalam sebuah kontruksi
bangunan.