Pengukuran Harga Air Kalorimeter

I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mempelajari cara kerja kalorimeter

2. Menentukan kalor lebur es

3. Menentukan kalor jenis berbagai logam

II. DASAR TEORI

III. Kalor itu sendiri sering kita identikkan dengan panas, suhu maupun temperatur.

Perlu diketahui, energi itu sendiri tidak dapat dikatakan panas apabila ia sendiri

belum mengalir atau pergi / menghilang. Kalor pertama kali diamati oleh A.

Laouvisier yang kemudian menyatakan Teori Kalorik. Teori kalorik ini

menyatakan bahwa “Setiap zat/benda mempunyai zat alir yang berfungsi untuk

mentransfer panas”.

IV. Jadi, Laouvisier menyatakan bahwa pada saat dua benda / zat berbeda suhu

bersentuhan, maka akan terdapat zat alir yang memindahkan panas dan

menyebabkan perubahan suhu pada kedua benda tersebut.

V. Selain itu, menurut Sir James Presscout Joule (1818-1819), menyatakan tentang

kesetaraan antara usaha dan panas serta aliran panas tidak lain adalah perpindahan

panas yang semata – mata terjadi karena perbedaan suhu.

VI. Satuan kalor adalah kalori (kal) yang sampai saat ini masih dipakai. Satuan kalori

ini didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur 1

gram air sebesar 10C (derajat celcius). Dalam setiap percobaan atau dalam suatu

perhitungan yang berhubungan tentang kalor satuan yang paling sering digunakan

adalah kilokalori. 1 kkal didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan temperatur 1 kg air sebesar 10C. Di dalam sistem satuan British, kalor

diukur dalam satuan thermal british (British thermal unit / Btu). 1 Btu

didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air 1 lb

sebesar 10F. 1 Btu setara dengan 0,252 kkal dan setara pula dengan 1055 Joule.

VII. Jika sepotong kawat tahanan terendam dalam zat cair atau terbalut dalam zat padat

dan dimasukkan sebagai bagian sistem, timbulnya beda potensial V dan arus

konstan I dalam kawat itu membangkitkan suatu aliran energi yang sering disebut

dengan pengerjaan usaha. Jika usaha ini berlangsung terus selama τ, jumlah usaha

yang dilakukan adalah W, di mana

VIII. W = V / τ

IX. dan ini merupakan jumlah energi yang ditambahkan kepada sistem. Jika sekiranya

tahanan ini bukan bagian dari sistem, perpindahan energi dinamakan pengaliran

panas dan selama waktu τ jumlah energi yang berpindah disebut kuantitas panas

Q, di mana

X. Q = V / τ

XI. Kuantitas panas ΔQ yang diserap atau dilepaskan suatu benda dapat dipanaskan

atau didinginkan sebanding dengan

XII. ΔQ = m . c . Δt

XIII. Faktor konstanta c adalah kalor jenis yang bergantung pada jenis dari benda pada

bahan material tersebut.

XIV.

XV. Tabel kalor jenis beberapa zat (pada tekanan konstan 1 atm dan 20 °C)

Nama

Zat

Kalor Jenis Nama

Zat

Kalor Jenis

Kkal/kg. °C J/kg. °C Kkal/kg. °C J/kg. °C

Aluminium 0.22 900 Alcohol 0.580 2400

Tembaga 0.093 390 Air raksa 0.033 140

Kaca 0.20 840 Air 0 0

Besi / baja 0.11 450 Es (-5 °C) 0.50 2100

Timah hitam 0.031 130 Cair (15 °C) 1.00 4186

Marmer 0.21 860 Uap (110 °C) 0.48 2010

Perak 0.056 230 Tubuh manusia 0.83 3470

Kayu 0.4 1700 Protein 0.4 1700

XVI.

XVII. Kata panas lebih cocok digunakan jika berkaitan dengan metode perpindahan

energi dan bila perpindahan itu selesai, menyebutkan jumlah energi yang

berpindah ini. Pada abad ke – 18 kuantitas panas (kalor) didefinisikan sebagai

kuantitas panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air dalam satu

skala derajat celcius atau kelvin.

XVIII. Jika sistem mengalami perubahan suhu dt, kapasitas jenis c sistem didefinisikan

sebagai perbandingan panas dQ terhadap hasil kali massa m dan perubahan suhu

dt jadi :

XIX. c =

dQm . dT

XX. Kapasitas panas jenis air dapat dianggap sama dengan 1 kal g-1(0C)-1 atau Btu lb-

1(0F) -1

XXI. Hasil kali m.c disebut kapasitas panas mol dan dilambangkan dengan C

berdasarkan definisi :

XXII. C = m . c =

dQn . dT

XXIII. Kapasitas panas mol air praktis adalah 18 kal mol-1 0C-1

XXIV. Kuantitas panas Q yang harus diberikan ke benda bermassa m untuk mengubah

suhunya dari T1 menjadi T2 adalah :

XXV. Q = m . c . dT

XXVI.

XXVII. Kapasitas jenis tiap bahan berubah akibat suhu dan sudah tentu c harus

dinyatakan sebagai fungsi t supaya integrasi itu dapat dihitung. Dalam daerah

suhu di mana c dapat dianggap konstan sehingga persamaan di atas dapat ditulis

sebagai berikut :

XXVIII. Q = mc (T2 –T1)

XXIX. Kapasitas jenis panas menengah (mean) dalam sembarang daerah suhu

didefinisikan sebagai harga konstan c yang akan menimbulkan perpindahan panas

yang sama besarnya. Jadi untuk daerah suhu dari T1 ke T2.

XXX. Kapasitas panas jenis atau kapasitas kalor molar suatu zat bukanlah satu – satunya

sifat fisis yang dapat ditentukan dengan eksperimen memerlukan suatu

pengukuran kuantitas panas. Konduktivitas panas, panas peleburan, panas

penguapan, panas larut, dan panas reaksi. Semua yang disebut sifat fisi materi

disebut sifat termal materi. Pengukuran sifat – sifat termal ini dinamakan

kalorimetri. Alat yang dipakai dalam pengukuran ini disebut kalorimeter.

Kalorimeter yang sering digunakan adalah kalorimeter campuran, yaitu terdiri dari

sebuah bejana logam yang kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya

ditempatkan di dalam bejana bagian luar yang lebih besar. Keduanya dipisahkan

oleh bahan penyekat gabus atau wol.

XXXI. Fungsi dari bejana luar adalah sebagai mantel / jaket, yaitu pelindung agar

pertukaran kalor di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Di samping itu,

kalorimeter dilengkapi dengan batang pengaduk yaitu untuk mencampurkan zat di

dalam kalorimeter, agar diperoleh suhu yang merata akibat pencampuran dua zat

yang bersuhu berbeda.

XXXII. Sehingga kalorimeter yang ideal memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

XXXIII. 1. Mempunyai kemampuan menerima dan melepas kalor yang baik.

XXXIV. 2. Mempunyai dinding diaterm atau sekat.

XXXV. Kalorimeter bekerja berdasarkan asas Black, yang secara garis besar menyatakan

bahwa “Kalor yang dilepaskan atau diberikan oleh benda yang bersuhu tinggi

sama dengan banyaknya kalor yang diterima atau diserap oleh benda yang

bersuhu rendah”.

XXXVI. Banyaknya kalor yang dlepaskan oleh suatu benda dengan massa m1 dan

kapasitas kalor jenis zat c1 adalah :

XXXVII...............................................................................ΔQ1=m1⋅c1⋅(T1−T s ) .......................................................................................................................(1)

XXXVIII. sebanding dengan banyaknya kalor yang diserap oleh air dengan dengan

massa m2 :

XXXIX..............................................................................ΔQ2=m2⋅c2⋅(T s−T 2) .......................................................................................................................(2)

XL. Ts adalah suhu setimbang setelah terjadinya pencampuran.

XLI. Bila kapasita kalor jenis air c2 diketahu, suhu T1 sama dengan suhu uap, kapasitas

kalor jenis c1 dapat dihitung dengan mengukur besaran T2, Ts, dan m2 :

XLII.c1=c2⋅

m2⋅(T s−T2 )m1⋅(T1−T s ) ................................................................................... (3)

XLIII. Tabung kalorimeter juga menyerap panas yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu

tinggi. Untuk itu, kapasitas kalor kalorimeter :

XLIV. ck = c2 . NA ........................................................................................................ (4)

XLV. NA adalah nilai air kalorimeter sehingga kuantitas kalor yang diserap dari

persamaan (2) dapat ditulis sebagai :

XLVI. ΔQ2=(m2+N A )⋅c 2⋅(T s−T 2) ........................................................................... (5)

XLVII.dan persamaan (3) menjadi :

XLVIII...........................................................................c1=cK⋅

(m+N A )⋅(T s−T2 )m1⋅(T 1−T s )

...................................................................................................................... (6)

Kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat padat

untuk mengubah wujudnya menjadi zat cair pada titik leburnya.

Kenyataan ini tidak lain adalah konsep Hukum Kekekalan Energi Kalor

Kebanyakan kalorimetri modern adalah alat listrik. Beda suhu yang diperlukan

untuk pengaliran panas diberikan oleh arus listrik I yang mengalir dalam suatu

kumparan kawat tahanan (pemanas) yang biasanya dililitkan pada benda yang

ingin diteliti. Termometer yang biasanya dipakai adalah termometer tahanan atau

termokopel. Jika beda potensial antara ujung – ujung pemanas itu V dan arus

listrik I tetap mengalir pada waktu Δτ, panas yang pindah ke contoh bahan adalah

VI Δτ. Oleh karena itu panas molar ialah :

XLIX. C = VI Δτ / n Δt = VI Δτ ΔT

Di sini C harus dinyatakan dalam joule per mole derajat apabila I dinyatakan

dalam ampere, V dalam volt, τ dalam sekon, dan ΔT merupakan perubahan suhu.

Bentuk, ukuran, dan konstruksi kalorimeter, kumparan panas dan termometer

bargantung pada daerah sifat alami bahan yang diteliti pada daerah ukuran suhu

yang dikehendaki. Variasi suhu kapasitas panas jenis atau kapasitas panas molar

memberikan pendekatan langsung yang paling dekat dan paling banyak untuk

memahami energi – energi dan partikel zat.

Kapasitas kalor bisa negatif, nol, positif atau tak berhingga bergantung proses

yang dialami sistem selama pemindahan kalor. Kapasitas kalor mempunyai harga

tertentu. Dalam hal sistem hidrostatik, hasil bagi dQ dan dθ memiliki harga yang

unik bila tekanan dijaga tetap. Dalam kondisi ini C disebut kapasitas kalor pada

tekanan tetap dan diberi lambang Cp dengan rumus :

L. Cp = (dQdθ )

Pada umumnya Cp adalah fungsi dari P dan θ demikian juga dengan kapasitas

kalor pada volume tetap ialah

LI. Cv = (dQdθ )

Dan kuantitas ini bergantung dari V dan θ. Pada umunya nilai Cv dan Cp tidak

sama besarnya. Setiap sistem sederhana memilki kapasitas kalor sendiri. Harga

rata – rata kapasitas panas jenis dan kapasitas panas molar ditunjukkan dengan

tabel di bawah ini :

:

Grafik di bawah ini merupakan beberapa cara kapasitas panas molar berubah sesuai suhu

pada suhu rendah yang menunjukkan beberapa sifat keatoman yang sangat berlainan.

LII. ALAT DAN BAHAN

1. 1 kalorimeter

2. 1 butiran tembaga

3. 2 termometer -10 ~ 100C

4. 1 steam generator

5. 1 pemanas

6. 1 beaker glass

7. 1 statif

8. 1 timbangan

Logam (Jenis) cp kal 0C-1

g-1

Daerah suhu

(0C)

M (gram/mol) (Molar) Cp = M

cp kal.0C-1 mol-1

Aluminium 0, 217 17 - 100 27,0 5,86

Berilium 0, 470 20 – 100 9,01 4, 24

Besi 0, 113 18 - 100 55,9 6,31

Perak 0.056 15 - 100 108 6,05

Raksa 0.033 0 - 100 201 6,64

Tembaga 0,093 15 - 100 63,5 5,90

Timbal 0,031 20 - 100 207 6,42

Gambar 3.1

Susunan peralatan untuk menentukan :

a. Kalor lebur es b. Kapasitas jenis panas logam

LIII. PROSEDUR PERCOBAAN

LIII.1 Penentuan Harga Air Kalorimeter

1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduknya.

2. Catat massa air setelah kalorimeter diisi air kira-kira setengah bagian.

3. Masukkan kalorimeter yang berisi air ke dalam selubung luarnya.

4. Tambahkan air mendidih sampai kira-kira 3/4 bagian (catat suhu air mendidih).

5. Catat suhu kesetimbangan.

6. Timbanglah kembali kalorimeter.

LIII.2 Pengukuran Kalor Lebur Es

1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduknya.

2. Isi kalorimeter dengan air setengah bagian, kemudian timbang lagi.

3. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya dan catat suhu kalorimeter

mula-mula.

4. Masukkan potongan es ke dalam kalorimeter kemudian tutup serta aduk.

5. Catat suhu kesetimbangan.

6. Timbang kembali kalorimeter tersebut.

LIII.3 Pengukuran Kapasitas Kalor Jenis Logam

1. Keping-keping logam yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam rongga

bunsen dan panaskan.

2. Timbang kalorimeter serta pengaduknya.

3. Timbang kalorimeter serta pengaduknya setelah diisi air kira-kira 3/5 bagian.

4. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya dan catat suhunya.

5. Catat suhu keping-keping logam.

6. Masukkan keping-keping logam tadi ke dalam kalorimeter dan catat suhu

setimbangnya.

7. Ulangi langkah 1 s/d 6 tersebut untuk logam yang lain.

LIV. DATA PENGAMATAN

LIV.1 Pengukuran Harga Air Kalorimeter

PercobaanBerat Kalorimeter

(gram)

Massa Air 1/2 Bagian

(gram)

Berat Setelah Percobaan

(gram)

I 222,8 363,7 415,6

II 222,7 364,0 415,7

III 222,6 363,9 415,5

IV 222,5 363,8 415,5

V 222,5 363,7 415,6

Suhu air mendidih = 74℃Suhu kesetimbangan = 39℃

LIV.2 Pengukuran Kalor Lebur Es


(gram)

Massa Air 1/2 Bagian

(gram)

Berat Setelah Percobaan

(gram)

I 242,0 375,1 400,0

II 241,7 375,3 399,9

III 241,9 375,2 399,9

IV 242,0 375,2 400,0

V 242,1 375,3 400,0

Suhu mula-mula = 29℃Suhu kesetimbangan = 16℃

LIV.3 Pengukuran Kapasitor Kalor Jenis Logam


(gram)

Kalorimeter Setelah

Diisi 3/4 Air (gram)

Berat Keping Logam

(gram)

I 240,9 310,4 14,3

II 240,8 310,5 14,3

III 240,8 310,4 14,3

IV 240,7 310,4 14,3

V 240,7 310,5 14,3

Suhu keeping logam = 77℃Suhu kesetimbangan = 30℃

LV. PERHITUNGAN

LV.1 Pengukuran harga air kalorimeter

LV.1.1 Berat kalorimeter

LV.1.2 Berat kalorimeter + massa air 12 bagian

LV.1.3 Berat kalorimeter + massa air 12 bagian + massa air mendidih

34 bagian

LV.1.4 Massa air mendidih

LV.1.5 Temperatur

LV.1.6

LV.2 Pengukuran kalor lebur es


LV.2.2 Berat kalorimeter + massa air 12 bagian

LV.2.3 Berat kalorimeter + massa air 12 bagian + potongan es

LV.2.4 Massa es

LV.2.5 Temperatur

LV.2.6

LV.3 Pengukuran kapasitas kalor jenis logam


LV.3.2 Berat kalorimeter + 34 air

LV.3.3 Berat keeping logam

LV.3.4 Temperatur

LV.3.5

LVI. RALAT KERAGUAN

LVI.1 Pengukuran harga air kalorimeter

LVI.1.1 Ralat berat kalorimeter

Percobaan m(gr ) m(¿ gr )¿ (m−m)(gr ) (m−m)2(gr )

1 222,8 222,62 0,18 0,0324

2 222,7 222,62 0,08 0,0064

3 222,6 222,62 -0,02 0,0004

4 222,5 222,62 -0,12 0,0144

5 222,5 222,62 -0,12 0,0144

∑ (m−m )2=0,1976

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 19,76 x 10−2

5 (5−1)

= √9,88 x10−3

= 0,09939819( 0,099) gr

m ± ∆ m = (222,62±0,099)gr

Ralat nisbi = 100% −( ∆ mm

×100 %)

= 100% −( 0,099222,62

× 100 %)= 100% −( 4,447 ×10−4× 100 %)

= 100% −0,04447 %

= 99,95553 %

LVI.1.2 Ralat berat kalorimeter + massa air 12 bagian


1 363,7 363,82 -0,12 0,0144

2 364,0 363,82 0,18 0,0324

3 363,9 363,82 0,08 0,0064

4 363,8 363,82 -0,02 0,0004

5 363,7 363,82 -0,12 0,0144

∑ (m−m )2=0,068

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 6,8 x 10−2

5 (5−1)

= √3,4 x10−4

= 0,05830952( 0,058) gr

m ± ∆ m = (363,82±0,058)gr


×100 %)

= 100% −( 0,058363,82

× 100 %)= 100% −(1,5942 ×10−4× 100 %)

= 100% −0,015942 %

= 99,984058 %

LVI.1.3 Ralat berat kalorimeter + massa air 12 bagian + massa air mendidih

34

bagian


1 415,6 415,58 0,02 0,0004

2 415,7 415,58 0,12 0,0144

3 415,5 415,58 -0,08 0,0064

4 415,5 415,58 -0,08 0,0064

5 415,6 415,58 0,02 0,0004

∑ (m−m )2=0,028

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 2,8 x 10−2

5 (5−1)

= √1,4 x10−4

= 0,03741657( 0,037) gr

m ± ∆ m = (451,58±0,037)gr


×100 %)= 100% −( 0,037

415,58×100 %)

= 100% −(8,903 ×10−4 ×100 % )

= 100% −0,008903 %

= 99,991097 %

LVI.1.4 Massa air mendidih

LVI.1.5

LVI.2 Pengukuran kalor lebur es



1 242,0 241,94 0,06 0,0036

2 241,7 241,94 -0,24 0,0576

3 241,9 241,94 -0,04 0,0016

4 242,0 241,94 0,06 0,0036

5 242,1 241,94 0,16 0,0256

∑ (m−m )2=0,092

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 9,2 x 10−2

5 (5−1)

= √4,6 x10−3

= 0,0678233( 0,068) gr

m ± ∆ m = (241,94±0,068)gr


×100 %)= 100% −( 0,068

241,94×100 %)

= 100% −(2,8106 ×10−4 ×100 % )

= 100% −0,028106 %

= 99,971894 %

LVI.2.2 Ralat berat kalorimeter + massa air 12 bagian


1 375,1 375,22 -0,12 0,0144

2 375,3 375,22 0,08 0,0064

3 375,2 375,22 -0,02 0,0004

4 375,2 375,22 -0,02 0.0004

5 375,3 375,22 0,08 0,0064

∑ (m−m )2=0,028

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 2,8 x 10−2

5 (5−1)

= √1,4 x10−3

= 0,03741657( 0,037) gr

m ± ∆ m = (375,22±0,037)gr


×100 %)= 100% −( 0,037

375,22× 100 %)

= 100% −(9,861 ×10−5× 100 %)

= 100% −0,009861 %

= 99,990139 %

LVI.2.3 Ralat berat kalorimeter + massa air 12 bagian + potongan es


1 400 399,96 0,04 0,0016

2 399,9 399,96 -0,06 0,0036

3 399,9 399,96 -0,06 0,0036

4 400 399,96 0,04 0,0016

5 400 399,96 0,04 0,0016

∑ (m−m )2=0,012

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 1,2 x10−2

5(5−1)

= √6 x10−4

= 0,0244949( 0,024) gr

m ± ∆ m = (399,96±0,012)gr


×100 %)= 100% −( 0,012

399,96×100 %)

= 100% −(3×10−5× 100 %)

= 100% −0,003 %

= 99,997 %

LVI.2.4 Ralat massa es

LVI.2.5

LVI.3 Pengukuran kapasitas kalor jenis logam



1 240,9 399,96 0,04 0,0016

2 240,8 399,96 -0,06 0,0036

3 240,8 399,96 -0,06 0,0036

4 240,7 399,96 0,04 0,0016

5 240,7 399,96 0,04 0,0016

∑ (m−m )2=0,012

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 1,2 x10−2

5(5−1)

= √6 x10−4

= 0,0244949( 0,024) gr

m ± ∆ m = (399,96±0,012)gr


×100 %)= 100% −( 0,012

399,96×100 %)

= 100% −(3×10−5× 100 %)

= 100% −0,003 %

= 99,997 %

LVI.3.2 Ralat berat kalorimeter + 34 air


1 310,4 310,44 -0,04 0,0016

2 310,5 310,44 0,06 0,0036

3 310,4 310,44 -0,04 0,0016

4 310,4 310,44 -0,04 0,0016

5 310,5 310,44 0,06 0,0036

∑ (m−m )2=0,012

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 1,2 x10−2

5(5−1)

= √6 x10−4

= 0,0244949( 0,024) gr

m ± ∆ m = (310,44±0,012)gr


×100 %)= 100% −( 0,012

310,44×100 %)

= 100% −(3,865 ×10−5× 100 %)

= 100% −0,003865 %

= 99,996135 %

LVI.3.3 Ralat berat keeping logam


1 14,3 14,3 0 0

2 14,3 14,3 0 0

3 14,3 14,3 0 0

4 14,3 14,3 0 0

5 14,3 14,3 0 0

∑ (m−m )2=0

∆m = √∑ (m−m)2

n (n−1)

= √ 05 (5−1)

= √0

= 0 gr

m ± ∆ m = (14,3±0)gr


×100 %)= 100% −( 0

14,3×100 %)

= 100% −(0×100 % )

= 100% −0%

= 100 %

LVII. PEMBAHASAN

LVIII. KESIMPULAN

DAFTAR ISI

Pengukuran Harga Air Kalorimeter

Documents

Transcript of Pengukuran Harga Air Kalorimeter