Post on 09-Apr-2016
description
LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA DASAR
Kalorimeter
Disusun Oleh :
Nama : Estakania
NPM : 240210120094
Kelompok/ shift : 5/B1
Waktu : 13.00 – 15.00 wib
Asisten : Rijalul Fikri Rusyda Sofyan
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
JATINANGOR
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat
dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk
energi kebentuk energi yang lain. Di alam ini banyak terdapat jenis energi,
antara lain : energi kimia, energi listrik, energi kalor, energi potensial
gravitasi, energi kinetik dan lain-lain. Salah satu bnentuk penerapan hukum
kekekalan energi tersebut dapat dilihat pada saat pengkonversian energi dari
energi listrik menjadi energi panas dengan menggunakan kalorimeter.
1.2 Tujuan Praktikum
Mahasiswa diharapkan mampu memahami sistem kerja kalorimeter
serta mahasiswa juga dapat mengetahui arti fisis dari tara panas listrik.
BAB II
METODE PRAKTIKUM
3.1 Alat dan Bahan
1. Amperemeter, fungsi : sebagai alat pengukur arus listrik
2. Gelas ukur,fungsi : sebagai alat pengukur volume air yang harus
dimasukkan dalam kalorimeter
3. Kalorimeter dilengkapi dengan kumparan pemanas dan pengaduk, fungsi :
sebagai alat ukur utama dalam percobaan kali ini
4. Termometer, fungsi : sebagai alat pengukur suhu air
5. Voltmeter, fungsi : sebagai alat pengukur tegangan
6. Stopwatch,fungsi : untuk menghitung waktu kenaikan suhu
7. 5 kabel penghubung
3.2 Prosedur Praktikum
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan
2. Merangkai sistem pada percobaan kalorimeter
3. Mengukur 100 ml air suling menggunakan gelas ukur kemudian
dimasukan kedalam kalorimeter
4. Menghubungkan arus listrik dan sistem
5. Mengatur arus sebesar 2 ampere (ditunjukkan oleh amperemeter)
6. Mencatat nilai tegangan pada voltmeter
7. Mencatat nilai kenaikan suhu yang ditunjukkan termometer setiap 3 menit
sekali selama 15 menit menggunakan stopwatch
8. Mengulangi prosedur diatas dengan arus listrik sebesar 4 ampere.
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hukum Kekekalan Energi
Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa “Energi tak bisa
diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya bisa diubah dari suatu bentuk
menjadi bentuk energi lain”
2.2 Hukum Termodinamika
Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi
dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada
sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan kesistem (Petrucci, 1987)
Hukum kedua termodinamika yaitu membahas tentang reaksi spontan
dan tidak spontan. Proses spontan yaitu reaksi yang berlangsung tanpa
pengaruh luar. Sedangakan reaksi tidak spontan tidak terjadi tanpa bantuan
luar.
Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi dari kristal
sempurna murni pada suhu nol mutlak ialah nol. Kristal sempurna murni pada
suhu nol mutlak menunjukkan keteraturan tertinggi yang dimungkinkan dalam
sistem termodinamika. Jika suhu ditingkatkan sedikit diatas 0 K, entropi
meningkat. Entropi mutlak selalu mempunyai nilai positif (Petrucci, 1987)
Kalor reaksi dapat diperoleh dari hubungan massa zat (m), kalor jenis
zat (c) dan perubahan suhu (∆T), yang dinyatakan dengan persamaan berikut
q = m . c . ∆T
Keterangan :
q = jumlah kalor (Joule)
m = massa zat (gram)
Δt = perubahan suhu takhir - tawal)
c = kalor jenis
2.3 Kalorimeter
Kalorimeter berarti “mengukur panas”. Ketika aliran panas terjadi antara
dua benda yang terisolasi dari lingkungannya, jumlah panas yang hilang dari satu
benda harus setara dengan jumlah benda lainnya.
Panas adalah yang berpindah, jadi prinsipnya adalah prinsip kekekalan
energi.Kuantitas panas yang ditambahkan pada suatu benda sebagai positif dan
pada kuantitas yang meninggalkan benda sebagai negative.Ketika sejumlah benda
berinteraksi, jumlah aljabar dari setiap kuantitas panas yang dipindahkan pada
semua benda harus sama dengan nol.Ini adalah Azas Black yang dasarnya adalah
kekekalan energi.
Kalor selalu berkaitan dengan dua hal yaitu proses pemanasan atau proses
pendinginan yang melibatkan perubahan suhu dan proses perubahan wujud zat
yang terjadi pada suhu yang tetap.
Proses pemanasan dan pendinginan digunakan persamaan :
Q = m . c . ∆T
Dengan :
Q = kalor yang dilepaskan atau diterima ( Joule )
m = massa bahan ( kg )
c = kapasitas panas spesifik bahan ( J/kgoC )
∆T = perubahan suhu ( oC )
Proses perubahan wujud zat, digunakan persamaan :
Q = m . Lv
Dengan :
Q = kalor yang dilepaskan atau diterima ( Joule )
m = massa bahan ( kg )
Lv = kalor laten peleburan/pembekuan ( J/kg)
Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kapasitas kalor
suatu benda kapasitas kalor spesifik suatu bahan.
Di dalam kalorimeter terdapat pengaduk yang terbuat dari bahan yang sama
dengan bejana kalorimeter ( P ). Tutup kalorimeter ( T ) terbuat dari bahan isolator
yang berlubang di tengah untuk memasang termometer.
Pada teknik yang dikenal dengan teknik pencampuran, satu sampel zat dipanaskan
sampai temperature tinggi yang diukur dengan akurat dan dengan cepat
ditempatkan pada air dingin dalam kalorimeter.
Kalor yang hilang dari sampel tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter
(bejana dan pengaduk ). Thermometer digunakan untuk mengukur temperature
awal air dan calorimeter serta temperature akhir campuran.
Temperatur awal bejana, pengaduk, dan air diukur setelah seluruh bagian
calorimeter dan air tersebut berada dalam keseimbangan termal yang berarti
memiliki suhu yang sama.
Setelah dicamapur, suhu akhir diukur setelah dicapai keseimbangan termal antara
air, sample bejana calorimeter, dan pengaduk.
2.2 Dasar Teori Mengenai Kalorimeter
Menuturut Robert Mayor kalor merupakan salah satu bentuk energi,hal ini
dibuktikan ketika mngguncang guncang botol yang berisikan air setelah
diguncangkan naik.Pada tahun 1818-1889 james joule yang namanya digunakan
sebagai satuan SI menentukan bahwa munculnya atau hilangnya sejumlah energi
termis diikuti dengan munculnya atu hilangnya energy mekanik yang ekiuvalen,
Menurut James Joule kalor adalah salh satu bentuk energi dan dibuktikan melalui
percobaan air dalam calorimeter ternyata kalornya sama dengan usaha yang
dilakukan.satuan kalor yang timbul dinyatakan dalam satuan kalor dan usaha yang
dilakukan oleh beban dan dinyatakan dalam satuan joule .
Kapasitas Panas dan Kapasitas Jenis
Bila energi panas ditambahkan suatu zat maka temperature zat itu biasanya
naik,jumlah energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikan temperature suatu
zat sebanding dengan perubahan temperature:
Q = C∆T = mc∆T
Dengan :
C = kapasitas panas zat yang didefinisikan sebagai energi panas yang
bibutuhkan untuk menaikan temperature suatu zat dengan satu drajat
Dengan :
c = kapasitas panas zat(joule/k),c adalah panas jenis (j/kg ),
m = massa (kg)
Berdasarkan asas black jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang
diterima.
Qterima=Qlepas
mc∆t+H∆t=mc∆t
mc(t2-t1)+H(t2-t1)=mc(t2-t1)
Suatu energi listrik yang menjadi energi panas energi yang di hasilkan pada satu
daya suatu resistor dinyatakan dengan
2.3 Jenis-jenis Kalorimeter
1) Kalorimeter Bom
Kalorimeter bom merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk
menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran.Kalorimeter ini terdiri
dari sebuah bom ( tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari
bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi )
dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.Reaksi
pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan
diserap oleh air dan bom.Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke
lingkungan, maka :
qreaksi = – (qair + qbom )
Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus :
qair = m x c x DT
dengan :
m = massa air dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K )
DT = perubahan suhu ( oC atau K)
Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus :
qbom = Cbom x DT
dengan :
Cbom = kapasitas kalor bom ( J / oC ) atau ( J / K )
DT = perubahan suhu ( oC atau K )
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada
volume tetap ( DV = nol ). Oleh karena itu, perubahan kalor yang
terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya.
DE = q + w dimana w = - P. DV ( jika DV = nol maka w = nol )
maka
DE = qv
Contoh kalorimeter bom yaitu calorimeter makanan.Kalorimeter makanan
adalah alat untuk menentukan nilai kalor zat makanan karbohidrat, protein,
atau lemak.
Gambar 1. Kalorimeter makanan
Alat ini terdiri dari sebuah tabung kaca yang tingginya kurang lebih 19 cm
dan garis menengahnya kurang lebih 7,5 cm. Bagian dasarnya melengkung
ke atas membentuk sebuah penyungkup. Penyungkup ini disumbat dengan
sebuah sumbat karet yang yang berlubang di bagian tengah. Bagian atas
tabung kaca ini ditutup dengan lempeng ebonit yang bundar. Di dalam
tabung kaca itu terdapat sebuah pengaduk, yang tangkainya menembus
tutup ebonit, juga terdapat sebuah pipa spiral dari tembaga. Ujung bawah
pipa spiral itu menembus lubang sumbat karet pada penyungkup dan ujung
atasnya menembus tutup ebonit bagian tengah. Pada tutup ebonit itu masih
terdapat lagi sebuah lubang, tempat untuk memasukkan sebuah
termometer ke dalam tabung kaca. Tabung kaca itu diletakkan di atas
sebuah keping asbes dan ditahan oleh 3 buah keping. Keping itu berbentuk
bujur sangkar yang sisinya kurang lebih 9,5 cm. Di bawah keping asbes itu
terdapat kabel listrik yang akan dihubungkan dengan sumber listrik bila
digunakan. Di atas keping asbes itu terdapat sebuah cawan aluminium. Di
atas cawan itu tergantung sebuah kawat nikelin yang berhubungan dengan
kabel listrik di bawah keping asbes. Kawat nikelin itulah yang akan
menyalakan makanan dalam cawan bila berpijar oleh arus listrik. Dekat
cawan terdapat pipa logam untuk mengalirkan oksigen.
2) Kalorimeter Sederhana
Pada pengukuran kalor reaksi, selain kalor reaksi pembakaran dapat
dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu
dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas
stirofoam.Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi
yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi
asam – basa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan). Pada kalorimeter
ini, kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap / dilepaskan
larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan;
diabaikan.
qreaksi = – (qlarutan + qkalorimeter )
qkalorimeter = Ckalorimeter x DT
dengan :
Ckalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter ( J / oC ) atau ( J / K )
DT = perubahan suhu ( oC atau K )
Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil; maka dapat diabaikan
sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan
suhu larutan dalam kalorimeter.
qreaksi = – qlarutan
qlarutan = m x c x DT
dengan :
m = massa larutan dalam kalorimeter ( g )
c = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J / g.oC ) atau ( J / g. K )
DT = perubahan suhu ( oC atau K )
Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (DP = nol )
sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan
entalpinya.
DH = qp
3) Kalorimeter Larutan
Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah
kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan. Pada dasarnya,
kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada
kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian
dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter
larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh dipasaran.
Kalor merupakan suatu bentuk energi dan memiliki satuan kalori.
Sedangkan energi memiliki satuan joule. Tara panas listrik merpakan suatu
faktor pembanding antara kedua satuan tersebut yaitu antara energi dan
kalor yang memiliki lambang (a). Tara panas listrik dinyatakan secara
matematis sebagai berikut.
a =
QI 2 . R .t
Hal ini terjadi jika kumparan (penghantar) yang terdapat pada kalorimeter
akan dilalui arus listrik, yang akan menimbulkan perubahan suhu atau
timbul panas Q, yang sebanding dengan kuadrat arus I, tahanan penghantar
R dan lamanya arus mengalir t. sehingga dapat digunakan persamaan
diatas. Jika pada kalorimeter pertukaran kalor dengan sekitarnya
diabaikan, maka akan berlaku rumus sebagai berikut.
a =
(mc=C ) ΔTI .V . t
4) Kalorimeter Elektrik
Kalorimeter elektrik digunakan untuk mengukur kalor jenis zat cair.
Prinsip kerja kalorimeter elektrik adalah sebagai berikut. Sejumlah zat cair
contoh (m Kg) dimasukkan ke dalam bejana tembaga yang kapasitas
kalornya diketahui. Kemudian zat cair tesebut dipanaskan selama selang
waktu t sekon secara elektrik oleh pemanas listrik yang memiliki elemen
pemanas yang beda potensialnya V volt dan dilalui arus listrik dengan kuat
arus I ampere.
Kenaikan suhu selama selang waktu t diukur dengan temometer., Energi
listrik yang diberika kepada zat cair dalam selang waktu adalah V I t
(joule). Jika dianggap tidak ada kalor yang hilang, maka energi kalor yang
diserap oleh kalorimeter dan zat cair adalah ( C ΔT + m c ΔT) = (mc + C)
ΔT sesuai kekekalan energi: V I t = (m c + C)ΔT. Dari persamaan tadi,
dapat dihitung kalor jenis zat cair.
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengamatan
Massa air suling = 100 gram
C = 4,2 kj/kg.k
aair = 1c =
1
4,2 kjkgk
= 0,238 KJ.0C/avs
Tabel 4.1 Hasil pengamatan
I
(A)
V (V) T (s) T1 (˚C) T2 (˚C) ΔT (˚C) A arata-rata
0,3 0,2
180
29
30 1 0,038
0,066
360 35 6 0,11
540 35 6 0,07
720 35 6 0,058
900 36 7 0,054
0,5 0,3
180
33
36 3 0,047
0,029
360 37 4 0,031
480 38 5 0,026
540 38,25 5,25 0,020
900 39,75 6,75 0,021
R1 = vI =
0,20,3 = 0,67
o Q = a x I ² x R x t
o Q1 = 0,038 . (0,3)2 . 0,67 . 180 = 0,41
o Q2 = 0,11 . (0,3)2 . 0,67 . 360 = 2,376
o Q3 = 0,07 . (0,3)2 . 0,67 . 540 = 2,268
o Q4 = 0,058 . (0,3)2 . 0,67 . 720 = 2,506
o Q5 = 0,054 . (0,3)2 . 0,67 . 900 = 2,916
R2 = vI =
0,30,5 = 0,6
o Q6 = 0,047 . (0,5)2 . 0,6 . 180 = 1,269
o Q7 = 0,031 . (0,5)2 . 0,6 . 360 = 1,674
o Q8 = 0,026 . (0,5)2 . 0,6 . 540 = 2,106
o Q9 = 0,020 . (0,5)2 . 0,6 . 720 = 2,203
o Q10 = 0,021 . (0,5)2 . 0,6 . 900 = 2,835
Ketelitian percobaan
1. KP1 = |a−aair
aair|x100 %
|0,066−0,2380,238 |x 100 % = 72,27%
2. KP2 = |a−aair
aair|x100 %
|0,029−0,2380,238 |x100 % = 87,81%
Kesalahan relatif
KR1 = 100% - (|a−aair
aair |x100 %) 100% - (|0,066−0,238
0,238 |x100 %)= 27,73%
KR2 = 100% - (|a−aair
aair|x100 %)
100% - (|0,029−0,2380,238 |x 100 %)= 12,19%
4.2 Pembahasan
Pada praktikum kali ini, praktikkan melakukan percobaan untuk
membuktikan kebenaran mengenai hukum termodinamika 1 mengenai energi
yang tidak dapat di ciptakan dan di musnahkan tetapi energi dapat diubah dari
bentuk satu ke bentuk lainnya. Dalam melakukan percobaan ini praktikkan
menggunakan kalorimeter.
Percobaan yang dilakukan pada praktikum kali ini yaitu menghitung
waktu kenaikan suhu yang dihasilkan dari pemberianarus listrik sebesar 2 dan
4 ampere pada suatu sistem kerja kalorimeter sehingga dari data hasil yang di
peroleh tersebut praktikkan akan dapat mengetahui seberapa besar nilai tara
panas listrik rata-rata dari suatu kenaikan suhu tersebut. Selain dapat
menentukan nilai rata-rata, praktikkan juga dapat mengetahui nilai kesalahan
relatif yang dilakukan pada saat praktikkum berlangsung.
Pada praktikum kali ini, dengan media utama air suling dapat kita
ketahui tara panas listrik pada kalorimeter, jika dialiri listrik maka perubahan
suhu akan terjadi. Kemudian suhu dapat kita amati pada waktu 3 menit, 6
menit, 9 menit, 12 menit, dan 15 menit. Untuk mengetahui suhu air suling
pada kalorimeter maka dilakukan dua kali yaitu suhu awal dan suhu akhir,
suhu yang kita gunakan pada tara panas listrik ini adalah selisih antara suhu
akhir dengan suhu awal, maka didapatlah nilai tara panas listrik yang pertama
dan yang kedua, kemudian jumlah nilai tara panas listrik ini dibagi dengan
jumlah percobaan yang dilakukan, sehingga didapatkan nilai tara panas rata-
rata.
Tara panas tersebut dapat kita ketahui besarnya dengan turunan dari
rumus Q yaitu
a= QI 2 x R xt
Selain menghitung tara panas, dalam percobaan ini kita juga menghitung
kalor yang terjadi menggunakan rumus
Q = a x I ² x R x t
Setelah diperoleh nilai tara listrik, maka dilakukan perhitungan ketelitian
percobaan. Dengan menggunakan literatur 1 C = 4,2 joule didapatkan nilai
ketelitian percobaan 72,27% untuk arus 0,3 Ampere dan ketelitian percobaan
87,81% untuk arus 0,5 ampere.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang didapat, dapat disimpulkan bahwa :
1. Kalorimeter merupakan salah satu alat yang dapat digunakan
untuk membuktikan kebenaran dari hukum kekekalan energi
dengan dapat ditentukannya nilai dari tara panas listrik yang
dihasilkan.
2. Prinsip kerja sistem kalorimeter yaitu, arus listrik yang dialirkan
kedalam kalorimeter, masuk melewati kumparan, pada saat arus
listrik melewati kumparan terdapat daya disipasi yang berupa
panas, panas yang dihasilkan akan menaikkan suhu air.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimus. dalam
http://massumadi.blogspot.com/2010/01/kalorimeter.html (diakses tanggal
6 Desember 2012 pukul 16.30 WIB)
Anonimus. . dalam http://diannovitasari.wordpress.com/jenis-jenis-
kalorimeter/ (diakses tanggal 6 Desember 2012 pukul 16.35 WIB)
Anonimus. . dalam http://id.wikipedia.org/wiki/Kalorimeter (diakses
tanggal 6 Desember 2012 pukul 16.38 WIB)
Zaida. 2012. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Bandung: Fakultas Teknologi
Industri
Pertanian Universitas Padjadjaran.
.