LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR

MODUL 8

KALORIMETER

NAMA : NATASHA NADIA RICKY

NPM : 240210100037

TANGGAL / JAM : 09 DESEMBER 2010 / 15.00 – 17.00

ASISTEN : DINI KURNIATI

JURUSAN TENOLOGI INDUSTRI PANGAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

JATINANGOR

2010

BAB I

PENDAHULUAN 

1.1 Latar Belakang

            Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat

dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari

satu bentuk ke bentuk lainnya. Di alam ini banyak terdapat energi seperti

energi listrik, energi kalor, energi bunyi, namum energi kalor hanya dapat

dirasakan seperti panas matahari. Dalam kehidpan sehari-hari kita sering

melihat alat-alat pemanas yang menggunakan energi listrik seperti teko

pemanas, penanak nasi, kompor listrik ataupun pemanas ruangan. Pada

dasarnya alat-alat tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu merubah

energi listrik yang mengalir pada kumparan kawat menjadi energi

kalor/panas. Sama halnya dengan kalorimeter yaitu alat yang digunakan

untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan.

1.2 Tujuan

 Setelah menyelesaikan modul ini diharapakan mahasiswa mampu

memahami :

Sistem kerja kalorimeter.

Arti fisis tara panas listrik.

 

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

 

1. Kalorimeter

       

Gambar 1.1 Kalorimeter

Energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari

satu tempat ke tempat lain disebut kalor. (Syukri S, 1999).

Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada

suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimetri. Dengan

menggunakan hukum Hess, kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan

berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan

secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik,

yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter.

(Petrucci,1987).

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 1 0C

pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimetri (Petrucci,1987).

Dalam proses ini berlaku azas Black yaitu:

q lepas = q terima

q air panas = q air dingin + q kalorimeter

m1. c. (Tp – Tc) = m2. c. (Tc – Td) + C. (Tc – Td)

keterangan:

m1 = massa air panas m2 = massa air dingin

c = kalor jenis air C = kapasitas kalorimeter

Tp = suhu air panas Tc = suhu air campuran

Td = suhu air dingin

Sedang hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut

termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang

menangani hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi dengan

kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan (Keenan,

1980).

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 (Petrucci, 1987). 

Keterangan :

q = jumlah kalor (Joule)

m = massa zat (gram)

Δt = perubahan suhu takhir - tawal)

c = kalor jenis

 

2. Kalorimetri

           Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau

perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan calorimeter. Kata

kalorimetri berasal dari bahasa Latin yaitu calor, yang berarti panas.

            Kalorimetri tidak langsung (indirect calorimetry) menghitung panas

pada makhluk hidup yang memproduksi karbondioksida dan buangan nitrogen

(ammonia, untuk organisme perairan, urea, untuk organisme darat) atau

konsumsi oksigen. Lavosier (1780) mengatakan bahwa produksi panas dapat

diperkirakan dari konsumsi oksigen dengan menggunakan regresi acak. Hal itu

membenarkan teori energi dinamik. Pengeluaran panas oleh makhluk hidup

juga dapat dihitung oleh perhitungan kalorimetri langsung (direct calorymetry),

dimana makhluk hidup ditempatkan didalam kalorimeter untuk dilakukan

pengukuran.

Jika benda atau system diisolasi dari alam, maka temperatur harus tetap

konstan. Jika energi masuk atau keluar, temperatur akan berubah. Energi akan

berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya yang disebut dengan panas dan

kalorimetri mengukur perubahan suhu tersebut, bersamaan dengan kapasitas

panasnya, untuk menghitung perpindahan panas.

            Kalorimetri adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk

selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur panas dari reaksi

yang dikeluarkan. Berikut adalah gambar calorimeter yang kompleks dan yang

sederhana. Kalorimetri adalah pengukuran kuantitas perubahan panas. Sebagai

contoh, jika energi dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu

dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan. Kalorimeter

digunakan untuk menghitung energi dari makanan dengan membakar makanan

dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu

kalorimeter.

            Bahan yang masuk kedalam kalorimetri digambarkan sebagai volume

air, sumber panas yang dicirikan sebagai massa air dan wadah atau kalorimeter

dengan massanya dan panas spesifik. Keseimbangan panas diasumsikan setelah

percobaan perubahan suhu digunakan untuk menghitung energi tercapai.

 

3. Kapasitas Panas dan Panas Spesifik

            Sifat-sifat air yang memberikan definisi asal dari kalori adalah

banyaknya perubahan temperatur yang dialami air waktu mengambil atau

melepaskan sejumlah panas. Istilah umum untuk sifat ini disebut kapasitas

panas yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk

mengubah temperatur suatu benda sebesar 10C.

            Kapasitas panas bersifat ekstensif yang berarti bahwa jumlahnya

tergantung dari besar sampel. Misalnya untuk menaikkan suhu 1 g air sebesar

10C diperlukan 4,18 J (1 kal), tapi untuk menaikkan suhu 100 g air sebesar 10C

diperlukan energi 100 kali lebih banyak yaitu 418 J. Sehingga 1 g sampel

mempunyai kapasitas panas sebesar 4,18 J/0C sedangkan 100 g sampel

418J/0C.

            Sifat intensif berhubungan dengan kapasitas panas adalah kalor jenis

(panas spesifik) yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan

untuk menaikkan suhu 1 g zat sebesar 10C. Untuk air, panas spesifiknya adalah

4,18 Jg-1C-1. Kebanyakan zat mempunyai panas spesifik yang lebih kecil dari

air. Misalnya besi, panas spesifiknya hanya 0,452 J g-1 0C-1. Berarti lebih sedikit

panas diperlukan untuk memanaskan besi 1 g sebesar 10C daripada air atau

juga dapat diartikan bahwa jumlah panas yang akan menaikkan suhu 1 g besi

lebih besar dari pada menaikkan suhu 1 g air.

            Besarnya panas spesifik untuk air disebabkan karena adanya sedikit

pengaruh dari laut terhadap cuaca. Pada musim dingin air laut lebih lambat

menjadi dingin dari daratan sehingga udara yang bergerak dari laut ke darat

lebih panas daripada udara dari darat ke laut. Demikian juga dalam musim

panas, air laut lebih lambat menjadi panas daripada daratan.

4. Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang

mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda

potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan

mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap

besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun

pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah

"hukum" tetap digunakan dengan alasan sejarah.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan

, dimana I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar

dalam satuan Ampere, V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua

ujung penghantar dalam satuan volt, dan R adalah nilai hambatan listrik

(resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm.

5. Tara Panas Listrik

Tara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang

diberikan terhadap panas yang dihasilkan. J = W/H [Joule/kalori]. Teori yang

melandasi tentang tara kalor listrik: hukum joule dan azas black.

Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk 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 [joule]

dimana :

V = beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan [volt]

i = kuat arus listrik [ampere]

t = lamanya mengalirkan arus listrik [detik]

Energi listrik sebesar V.i.t joule ini merupakan energi mekanik yang

hilang dari elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial

rendah ke ujung yang berpotensial tinggi.

Energi ini berubah menjadi panas. Jika tak ada panas yang keluar dari

kalorimeter maka panas yang timbul besarnya: H = (M + Na).(ta – tm) [kalori]

dimana:

M = m air.c air

Na = Nilai air kalorimeter (kal/g oC)

ta = suhu akhir air

tm = suhu mula-mula air

Banyak panas yang dihasilkan dari kalorimeter dapat dikompensasi

dengan memulai percobaan pada suhu di bawah suhu kamar, dan

mengakhirinya pada suhu di atas suhu kamar.

Energi kalor : (energi panas)

● dirumuskan : Q = m.c.∆t

● dimana : Q = energi kalor (kal) ;

m = massa (kg) ;

c = kalor jenis (kal/gr.ºC) ;

∆t = perubahan suhu (ºC)

Energi Listrik :

● dirumuskan : W = P.t = V.I.t

● dimana : W = energi listrik (Joule)

P = daya listrik (watt) ;

V = tegangan (volt) ;

I = arus listrik (amp) ; dan

t = waktu (s)

Tara kalor listrik :

● energi kalor (Q) biasanya dinyatakan dalam satuan kalori

● energi listrik (W) biasanya dinyatakan dalam satuan Joule

● maka agar W dan Q dapat menjadi “setara” (sama nilainya), maka nilai W

yang masih dalam Joule, harus diubah kedalam kalori, dimana nilai energi : 1

kal = 4,186 Joule

● nilai “4,186″ dikenal dengan nama “tara kalor-mekanik”

● Pada rumusan yang saudara tuliskan : Q = a. W

=> konstanta “a” adalah faktor pengali untuk mengubah satuan W (Joule)

menjadi dalam satuan kalori, agar kedua ruas mempunyai satuan yang sama.

=> Jadi : a = 1/(4,186) = 0,239 → inilah “tara kalor-listrik”

=> artinya : 1 Joule = 0,239 kal

● Jika ternyata energi kalor (Q) sudah ndalam satuan Joule, maka kita tidak perlu

lagi memakai “nilai kesetaraan” tsb, jadi boleh langsung kita tulis : Q = W

(kedua ruas sudah dalam satuan Joule)

 

BAB III

METODA PRAKTIKUM

3.1 Alat dan Bahan

1. Sebuah kalorimeter untuk diukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu

perubahan atau reaksi kimia dilengkapi dengan kumparan pemanas dan

pengaduk untuk meratakan suhu air.

2. Termometer untuk mengukur suhu.

3. Sebuah voltmeter untuk mengukur tegangan.

4. Sebuah amperemeter untuk mengukur arus.

5. Sebuah Stopwatch untuk mengukur waktu.

6. 5 kabel penghubung untuk penghubung arus.

 

3.2 Prosedur Praktikum        

1. Dengan menggunakan gelas ukur yang tersedia, mengisi kalorimeter dengan

air suling sebanyak 100 mL.

2. Menghitung massa air suling.

3. Menyusun alat-alat percobaan seperti pada gambar. Sebelum mengaktifkan

sumber tegangan, asisten memeriksa terlebih dahulu.

4. Menghubungkan arus dalam waktu yang singkat dan mengatur arusnya

sebesar 2 A, kemudian sumber tegangan  DC dimatikan lagi.

5. Mengaduk air dan catat suhu sebagai suhu awal T1.

6. Mengalirkan kembali arus listrik (sumber tegangan DC diaktifkan). Catat

tegangan yang terukur pada voltmeter.

7. Mencatat suhu pada saat 3 menit, 6 menit, 9 menit, 12 menit dan 15 menit.

Mengisikan sebagai suhu akhir T2. Setelah 15 menit, mematikan sumber

tegangan DC.

8. Mengganti air didalam kalorimeter dan ulangi percobaan diatas dengan

besar arus yang mengalir 4 A. Mengisi pada data tabel yang tersedia.

9. Menghitung tara panas listrik untuk mesing-masing percobaan dan hitung

rata-ratanya.

10. Menghitung hambatan dan daya listrik kumparan dan ketelitian percobaan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

 

4.1 Hasil

Massa air suling

m = ρ.v

= 1 gram/ml.100ml

= 100 gram

Tabel 4.1 Kalorimeter

I (A) V (V) T (s) T1 (oC) T2 (oC) ΔT (oC)a ×10-3

(kjoC2/AVs)arata-rata ×10-3

(kjoC2/AVs)

2 3

180

25.5

27 1.5 0.583

0.6634360 29 3.5 0.6805540 31 5.5 0.712720 32.5 7 0.6805900 34 8.5 0.661

4 5.25

180 35 9.5 1.055

1.0116360 44.5 19 1.055540 53 27.5 1.018720 61 35.5 0.986900 68 42.5 0.944

a1 = m.c . Δtv .i .t a2 =

m.c . Δtv .i .t a3 =

m.c . Δtv .i .t a4 =

m.c . Δtv .i .t

= 100.4,2.1,5

3.2.180 = 100.4,2.3,5

3.2.360 = 100.4,2.5,5

3.2.540 =

100.4,2.73.2.720

= 0.583 = 0.6805 = 0.712 = 0.6805

a5 = m.c . Δtv .i .t a6 =

m.c . Δtv .i .t a7 =

m.c . Δtv .i .t a8 =

m.c . Δtv .i .t

= 100.4,2.8,5

3.2.900 = 100.4,2.9,55,25.4 .180 =

100.4,2 .195,25.4 .360 =

100.4,2.27,55,25.4 .540

= 0.661 = 1.055 = 1.055 = 1.018

a9 = m.c . Δtv .i .t a10 =

m.c . Δtv .i .t

= 100.4,2.35,55,25.4 .720 =

100.4,2.42,55,25.4 .900

= 0.986 = 0.944

Ketelitian Relatif = ǀ ā−aair ǀǀaair ǀ

× 100 %

= ǀ0.6634×10−3−0.238 ǀǀ0.238 ǀ

× 100 %

= 99.7212605 %

Kesalahan Relatif = 100 – Ketelitian relatif

= 100 – 99.7212605 %

= 0.2787395 %

R = VI

= 32

= 1.5 Ω

P = V. I

= 3. 2

= 6 Watt

Ketelitian Relatif = ǀ ā−aair ǀǀaair ǀ

× 100 %

= ǀ1.0116×10−3−0.238 ǀǀ0.238 ǀ

× 100 %

= 99.574 %

Kesalahan Relatif = 100 – Ketelitian relatif

= 100 – 99.574 %

= 0.426 %

R = VI

= 5.25

4

= 1.3125 Ω

P = V. I

= 5.25. 4

= 21 Watt

4.2 Pembahasan

             Kalorimeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur

jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Adapun

kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam

suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem

dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem.

            Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi

energi sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak

dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan. Pada percobaan ini kita

tidak membuat energi kalor / panas melainkan kita hanya merubah energi

listrik menjadi energi kalor / panas.

            Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada

kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada

waktu bergerak dalam kawat penghantar  (akibat perbedaan potenial)

pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi.

Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang

sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan

akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu

energi kalor / panas.

Berdasarkan data hasil praktikum diketahui bahwa semakin besar

nilai tegangan listrik dan arus listrik pada suatu bahan maka tara panas listrik

yang dimiliki oleh bahan itu semakin besar pula. Tara panas listrik

berbanding lurus dengan massa air suling, massa jenis air suling, dan juga

pertambahan suhu, tetapi berbanding terbalik dengan beda potensial, arus,

dan juga waktu.

Pada saat percobaan masih banyak terdapat kesalahan-kesalahan, ini

terbukti dengan kesalahan relatif pertama 0.2787395 % dan 0.426 % pada

kesalahan relatif kedua. Kesalahan-kesalahan ini mungkin dapat disebabkan

karena berbagai faktor.

Jumlah volume air suling yang tidak pas 100 ml, selain itu

pengukuran ampermeter yang kurang tepat, pembacaan voltmeter dan

termometer yang masih salah juga mempengaruhi hasil akhir.

Kekurangtepatan penggunaan stopwatch pun menjadi masalah dalam

percobaan kalorimeter ini, karena perbedaan waktu akan sangat

mempengaruhi jumlah pertambahan suhu yang terjadi. Atau pun keadaan

pada alat yang kurang baik (ampermeter berubah-ubah saat percobaan).

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Tara panas listrik yang didapat pada percobaan pertama : 0.6634 × 10-3

kjoC2/AVs.

Tara panas listrik yang didapat pada percobaan kedua : 1.0116 × 10-3

kjoC2/AVs.

5.2 Saran

Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang akurat,  sebaiknya

mahasiswa lebih teliti dalam mengamati termometer, amperemeter dan

voltmeter.

Melakukan penyusunan rangkaian dengan benar sesuai modul dan

arahan dari asisten.

Setiap orang yang akan melaksanakan praktikum kalorimeter harus

memahami terlebih dahulu konsep dan prinsip dari kalorimeter itu

sendiri dan arti fisis dari tara panas listrik.

Melakukan pemeriksaan terhadap alat-alat yang akan dipakai.

DAFTAR PUSTAKA

http://mahasiswasibuk.co.cc/1_11_Kalorimeter.html (diakses pada tanggal 18

Desember 2010 pukul 14.55)

http://lovecappucino.wordpress.com/2010/01/19/tara-kalor-listrik/ (diakses pada

tanggal 18 Desember 2010 pukul 16.08)