Percobaan Kalor Jenis

LABORATORIUM FISIKA 2

PERCOBAAN KALOR JENIS

I. Tujuan Percobaan

Tujuan dari dilakukannya percobaan ini adalah :

1. Memahami sifat-sifat pertukaran kalor yang terjadi antara dua benda yang suhu

awalnya berbeda.

2. Menentukan kalor jenis beberapa logam( besi dan aluminium) melalui percobaan

dengan metoda mencampur.

II. Landasan Teori

Kalor jenis(c) adalah sifat khas suatu zat yang menunjukkan kemampuan zat tersebut

dalam menyerap kalor. Kalor jenis didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau

dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan

suhu. Untuk menaikkan suhu suatu benda dari suhu awal (t1) ke suhu akhir(t2) atau suhu

kesetimbangan diperlukan sejumlah kalor. Banyaknya kalor Q yang diperlukan tergantung dari

massa benda (m), kalor jenis (c), serta perubahan suhunya ( ). Secara matematis dapat ditulis :

……………………………………………….………………………………………………………………(1)

atau

.. …………………………….………………………………………………….(2)

Keterangan :

Q adalah kalor yang dilepas atau yang diterima dengan satuan joule(J) atau kalori(kal)

m adalah massa suatu zat (Kg atau gram)

adalah perubahan suhu ( K atau 0C), sedangkan

Tm

Qc

.

4

Q= m.c.


c adalah besaran karakteristik dari zat tersebut yang disebut kalor jenis. Kalor jenis

dinyatakan dalam satuan oC atau oC yang secara fisis merupakan kalor yang diperlukan

untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 K atau 1 oC.

Besarnya kalor jenis berbeda-beda untuk setiap jenis bahan atau zat. Pada umumnya alat

yang digunakan untuk menetukan kalor jenis suatu zat dalam melakukan percobaan adalah

kalorimeter. Beberapa jenis kalorimeter adalah antara lain kalorimeter aluminium, kalorimeter

elektrik, dan kalorimeter bom. Prinsip penentuan kalor jenis dengan kalorimeter adalah dengan

menggunakan teori asas Black .

Setiap benda tentu dicirikan dengan kapasitas kalor. Kapasitas kalor adalah banyaknya

kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1oC. Dimana kapasitas kalor ini tergantung

pada massa dan sifat benda tersebut. Untuk menghilangkan ketergantungan pada massa dan

mendapatkan cirri-ciri yang hanya bergantung pada bahan-bahan tersebut, maka definisi kalor

jenis adalah kapasitas kalor dari satu gram bahan tersebut. Satu kalori adalah kalor yang

diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air pada satu derajad celcius. Jadi kalor jenis air

adalah 1 kal/gram0C. . Kapasitas kalor air dengan massa m dan kalor jenis 1 kal/gram oC adalah

m, sedangkan kapasitas kalor suatu benda dengan massa m dan kalor jenis c kal/gram oC adalah

mc. Karena mc/m= c, maka kalor jenis suatu zat dapat dipandang sebagai perbandingan kapasitas

kalor benda dengan kapasitas kalor air dengan massa yang sama.

Pada tabel 1 di bawah ini merupakan nilai kalor jenis untuk berbagai zat yang diukur

pada tekanan konstan 1 atm dan pada temperature 200 C ( sumber : Giancoli, jilid 1,edisi ke -5).

N0 Zat

Kalor jenis(c)

kkal/kg0C J/kg0C

1 Aluminium 0,22 900

2 Kaca 0,20 840

3 Tembaga 0,093 390

4 Besi/baja 0,11 450

5 Timah Hitam 0,031 130

6 Perak 0,056 230

4


7 Marmer 0,21 860

8 Kayu 0,4 1700

9 Alkohol(ethyl) 0,58 2400

10 Air raksa 0,033 140

11 Air 1,00 4186

12 Es(-50C) 0,50 2100

14 Uap(1100) 0,48 2010

`15 Tubuh manusia(rata-

rata)

0,83 3470

16 Protein 0,4 1700

Tabel 1 : kalor jenis

Pada tabel 1 di atas, dapat kita lihat bahwa air mempunyai kalor jenis yang besar. Hai ini

berarti, untuk kenaikan suhu yang sama, air mampu menyerap kalor dalam jumlah yang lebih

banyak dibandingkan zat yang lainnya. Hal ini menyebabkan air sering digunakan sebagai zat

penyimpan enegi termal yang berasal dari matahari,seperti pada panel energi surya. Selain itu, air

juga digunakan sebagai cairan pendingin pada berbagai jenis mesin atau system pembangkit

energi.

Dalam percobaan ini untuk menentukan besarnya kalor jenis suatu zat yang dilakukan

dengan teknik percampuran suatu zat adalah dengan menggunakan azas Black. Dimana azas ini

mengatakan bahwa “ Apabila dua benda atau zat suhunya berbeda dipertemukan(dicampurkan),

maka benda yang suhunya tinggi akan memberikan kalor kepada benda yang suhunya rendah.

Pada akhir percampuran, suhu kedua benda menjadi sama( kesetimbangan termal)”. Akan

tetapi, pada kenyatannya percampuran antara dua zat yang berbeda suhunya terdapat kalor yang

hilang ke lingkungan, misalnya ke udara. Oleh karena itu, percampuran sebaiknya dilakukan

pada bejana yang terisolasi dengan baik, sehingga kalor tidak mengalir ke lingkungan.

Apabila pada peristiwa pertukaran kalor tidak terdapat kalor yang hilang maka

pernyataan asas Black akan berlaku, yaitu Jumlah kalor yang dilepas = Jumlah kalor yang

diterima. Secara metematis pernyataan dari asas Black dapat ditulis dalam bentuk persamaan :

4


………………..………..……………………………………………..(3)

Kalorimeter yang digunakan untuk menetukan kalor jenis bisa

dalam bentuk cawan agar tidak banyak kalor yang diserap, biasanya cawan yang digunakan

adalah cawan logam tipis yang kapasitas kalornya kecil, mudah

diukur dan diletakkan dalam selubung penyekat untuk mencegah

terjadinya pertukaran kalor keluar. Kalorimeter dirancang

sedemikian sehingga pertukaran kalor yang terjadi antara isi

kalorimeter dengan lingkungan sekitar dapat diabaikan. Untuk

memperkecil kalor yang hilang karena pancaran radiasi seminimal

mungkin, bejana kalorimeter diisolasi baik dalam maupun luar untuk meniadakan kalor yang

hilang karena hantaran konduksi dan konveksi udara sekitar. Kalorimeter ditempatkan dalam

bejana yang lebih besar dan ruang diantara kedua bejana itu diisi dengan bahan penyekat kalor.

Untuk mencegah penguapan cairan yang ada didalam kalorimeter, tutup kalorimeter yang mudah

dibuka dibuat dari bahan penyekat kalor. Agar kesetimbangan suhu dalam waktu pendek dapat

tercapai setelah logam diletakkan dalam air dalam kalorimeter, maka air harus diaduk.

Termometer yang digunakan untuk mengukur suhu kesetimbangan itu juga dapat digunakan

sebagai pengaduk. Thermometer juga menyerap sejumlah kalor sebagai tercapainya suhu

kesetimbangan. Akan tetapi, biasanya kapasitas kalornya sangat kecil sehingga dapat diabaikan.

Dalam menetukan kalor jenis suatu logam secara eksperimental dengan metode mencampur,

logam sampel yang massanya diketahui dan yang telah dipanaskan sampai suhu tertentu

dicelupkan kedalam air yang massa diketahui dengan suhu lebih rendah. Ketika tercapai

kesetimbangan termal, maka air dalam kalorimeter itu mendapat kalor yang dilepas oleh logam.

Dengan persamaan azas Black, maka keadaan ini dinyatakan dengan persamaan:

…………..……………………………………(4)

4

Qlepas = Qterima

Qlepas = Qterima

Mc (T1 - T2) = (m + m1c1) (T2 – T3)

Gambar 1: kalorimeter


Keterangan :

M = massa logam (gram)

T1 = suhu logam sebelum mencapai kesetimbangan (oC)

T2 = suhu kesetimbangan akhir (oC)

T3 = suhu awal air dan kalorimeter (oC)

m = massa air (gram)

m1 = massa cawan kalorimeter (gram)

c = kalor jenis logam ( )

c1 = kalor jenis bahan pembuat cawan ( )

III. Alat/Bahan :

1). Kalorimeter

2). Kompor listrik dan panci

3). Neraca Ohaus (nst 0,01 gram, ssp= 310 gram)

4). Gelas ukur

5). Besi (logam 1)

6). Aluminium (logam 2)

7). Air dingin

8). Statif

9). Benang secukupnya.

10). Termometer (nst 10 C, ssp = 1000 C)

IV. Langkah-Langkah Kerja

Langkah-langkah kerja dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

1.Menyiapkan alat dan bahan yang akan diperlukan dalam pratikum.

2.Mengisi panci dengan air kran secukupnya, kemudian memanaskan air tersebut hingga

mendidih dengan kompor listrik.

4


3. Sambil menunggu airnya mandidih, selanjutnya mengkalibrasi neraca Ohauss.

4.Menimbang massa kalorimeter kosong dengan neraca Ohauss.

5.Menimbang massa besi dan aluminium dengan neraca Ohauss.

6.Memasukkan logam besi kedalam air mendidih menggunakan benang beberapa cm yang

diikatkan pada statif agar logam besi tidak bersentuhan langsung dengan plat

pemanas(panci) . namun lagam besi harus seluruhnya masuk kedalam air tanpa

bersentuhan dengan plat bagian bawah panci. Seperti pada gambar dibawah ini.

7. Memasukkan air dingin( dibawah suhu kamar) ke dalam cawan calorimeter kurang lebih

setengah dari volume cawan kalorimeter, kemudian menimbangnya dengan neraca

Ohauss.

8. Cawan kalorimeter yang berisi air diletakkan ke dalam bungkus isolator, kemudian

mengukur suhu air dingin dengan thermometer.

9. Mengukur suhu air yang mendidih dengan thermometer(0 – 100)0C.

10. Memindahkan dengan cepat logam besi yang telah dipanaskan ke dalam kalorimeter

yang telah dipasangi thermometer. Kemudian mengaduknya.

11. Mengukur suhu campuran menggunakan thermometer.

12. Mengulangi langkah 6-11 untuk logam aluminium.

13. Mencatat hasilnya dalam jurnal hasil percobaan.

4

statif

Kompor listrik

Logam besi

benang


V. Teknik analisi data

Dalam pratikum ini, besaran-besaran seperti massa( massa logam, massa kalorimeter,

massa air dingin) dan temperature atau suhu(Suhu awal air dingin, Suhu air mendidih, Suhu

kesetimbangan) adalah diukur secara tunggal. Sehingga pada pratikum ini menggunakan

penggukuran tunggal, yaitu pengukuran yang dilakukan hanya satu kali. Sehingga teknik analisis

datanya adalah sebagai berikut.

a. Mencari nilai massa logam( besi dan aluminium).

M =

Dimana nilai dari M sama dengan dan M adalah Nst Neraca Ohauss.

b. Mencari massa air dingin.

m =

Dimana nilai dari m sama dengan dan m adalah Nst Neraca Ohauss.

c. Mencari nilai benar massa cawan kalorimeter.

m1 =

Dimana nilai dari sama dengan m1 dan m1 adalah Nst Neraca Ohaus.

d. Mencari suhu awal logam.

T1 =

Dimana nilai dari t1 sama dengan dan T1 adalah Nst Termometer

e. Mencari suhu awal dari air dingin.

T3 =

Dimana nilai dari T3 sama dengan dan t3 adalah Nst dari Termometer

4


f. Mencari suhu kesetimbangan logam.

T2 =

Dimana nilai dari t2 sama dengan dan T2 adalah Nst dari Termometer.

g. Mencari kalor jenis logam.

c =

Dimana nilai c dapat dihitung dengan persamaan 4.

Qlepas = Qterima

Mc (T1 - T2) = (m + m1c1) (T2 – T3)

M (T1 - T2) = (m + m1c1) (T2 – T3)

=

Sedangkan untuk nilai dari c dapat dihitung sebagai berikut.

h. Menghitung kesalahan relatif

Dalam melakukan suatu pengukuran kita tidak bisa terlepas dari suatu kesalahan,

besarnya presentase kesalahan itu bisa dihitung dengan kesalahan relatif, yaitu :

4


……………………………………………..…………………………(5)

Apabila KR < 10%, maka pengukuran itu masih bisa diterima, dan semakin kecil nilai

KR maka semakin teliti pengukuran tersebut.

i. Menghitung keakuratan hasil pengukuran.

……………………………..(6)

VI. Data Hasil Percobaan

Massa Kalorimeter : 110,26 gr

Kalor jenis bahan cawan kalorimeter : 0,22 kal/gr0C (Giancoli jilid,edisi ke 5)

Kalor jenis logam sampel yang digunakan (buku Giancoli jilid,edisi ke 5 ):

1. Untuk logam besi : 0,11 kal/gr 0C

2. Untuk logam Aluminium : 0,22 kal/gr 0C

Tabel 1

Data hasil pengamatan untuk masing-masing logam

Unsur yang dicatatLogam 1

(besi)Logam 2

(aluminium)

Massa Logam10,57 gr 0,58 gr

Massa Kalorimeter dan air dingin150,87 gr 130,54 gr

Massa air dingin40,61 gr 20,28 gr

Suhu awal air dingin15,0 0C 15,0 0C

Suhu air mendidih87,5 0C 84,0 0C

Suhu kesetimbangan25,5 0C 20,0 0C

VII. Hasil Analisis Data

Berdasarkan dari analisis data yang dilakukan maka diperoleh besarnya kalor jenis logam

besi dan logam aluminium, sebagai berikut.

4


1) Logam tembaga

Kalor jenisnya adalah : kal/gram0C, dengan kesalahan relatifnya

sebesar 4,91 % dan keakuratan pratikum sebesar 844,545%.

2)Logam aluminium

Kalor jenisnya adalah : kal/gram0C, dengan kesalahan relatifnya

sebesar10,10 % , dan keakuratan pratikum sebesar 2626,82 %,

VIII. Pembahasan

a. Penyimpangan-penyimpangan yang diperoleh dan dugaan penyebabnya.

Dalam kegiatan pratikum yang dilakukan terdapat penyimpangan-penyimpangan, yaitu

terutama pada penyimpangan hasil yang diperoleh. Hal ini disebabkan karena adanya kesalahan

yang dilakukan ketika melakukan percobaan, kesalahan-kesalahan tersebut adalah sebagai

berikut.

Kesalahan umum(gross-errors)

Kesalahan ini disebabkan karena kesalahan yang dilakukan oleh manusia(personal) itu

sendiri, seperti dalam pembacaan skala alat ukur serta kesalahan dalam penaksiran hasil-

hasil pengukuran . Kesalahan yang kami lakukan yaitu : 1) saat kami melakukan kegiatan

mengukur massa(massa logam, massa kalorimeter, massa air dingin) dengan neraca

Ohaus dan juga pengukuran temperature terdapat kesalahan dalam penaksiran pada skala

alat ukur tersebut. 2) saat mengisi cawan kalorimeter dengan air yang jumlahnya terlalu

banyaknya, sehingga suhu campuran menjadi rendah. 3) kurang cepatnya memindahkan

logam sampel yang telah dipanaskan, hal ini dapat mengakibatkan temperature logam

menjadi berkurang. 4) pengukuran yang kami lakukan dalam melakukan percobaan ini

adalah pengukuran tunggal, sehingga hasil pengukurannya kurang tepat dan akurat.

Kesalahan sistematis(systematic)

Kesalahan ini disebabkan karena alat ukur itu sendiri dan juga disebabkan karena adanya

pengaruh lingkungan terhadap instrument percobaan. Kesalahan sisitematis yang terjadi

4


dalam pratikum yang kami lakukan yaitu :1) terbatasnya thermometer, dimana

thermometer yang ada hanya thermometer yang berskala 00 C sampai 100o C yang

digunakan untuk mengukur suhu air mendidih, akan tetapi semestinya harus ada juga

termometer yang berskala 00C - 50oC untuk mengukur suhu kesetimbangan sehingga

hasilnya lebih mendekati kebenaran(lebih tepat). 2) Pada saat kami melakukan percobaan,

kami mendapatkan temperature air yang mendidih yang diukur dengan thermometer

adalah 87,50 C, akan tetapi suhu air mendidih semestinya 100 oC. hal ini disebabkan

karena dipengaruhi faktor lingkungan, yaitu tekanan Atmosfer di laburatorium Fisika

tersebut kurang dari satu atm( 1 atm).

Kesalahan acak(random errors)

Kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab-penyebab lain yang ada diluar pengamatan dan

mempengaruhi hasil percobaan. Kesalahan acak bersumber dari suatu gejala yang tidak

mungkin bisa diatasi semuanya sekaligus, dan perubahannya terlalu cepat sehingga

pengontrolannya diluar kemampuan pengamat. Saat kami memindahkan logam yang

telah dipanaskan ke dalam kalorimeter, tanpa kami sadari ada sebagian kalor yang

mengalir ke luar( lingkungan). Sehingga kalor yang ada di dalam kalorimeter menjadi

berkurang.

b. Kendala yang dihadapi saat pratikum maupun dalam menganalisis data.

Kendala saat mengukur, dimana ketika mengukur massa cawan calorimeter terdapat

kesalahan, Sehingga kami harus mengulang mengukurnya. Sehingga waktu yang kami

butuhkan menjadi bertambah.

Saat mengukur temperature air mendidih, dengan tidak sengaja tangan kami

menyentuhkan termometer ke dasar panci karena kepanasan. padahal termometer

seharusnya tidak menyentuh dasar panci. Tentu hal ini berpengaruh terhadap hasil

pengukuran.

Kendala saat menganalisis datanya(perhitungannya terlalu rumit ).

IX. Jawaban Pertanyaan

1. Pada percobaan kalor jenis,kita memulainya dengan suhu air lebih rendah dari suhu

kamar dan berakhir diatas suhu kamar. Alasannya adalah supaya dihasilkan perubahan

4


suhu pada keadaan awal sampai pada keadaan setimbang tersebut terdapat rentangan

yang besar. Sesuai dengan persamaan 1 , kita ketahui bahwa massa dari logam tersebut

kecil, jika perubahan suhu yang didapat cukup besar, sehingga kalor yang ditransfer oleh

logam ke kalorimeter itu lebih besar, sehingga kalor jenis yang didapat lebih mendekati

nilai standar( nilai pada buku).

2. Pada langkah percobaan no 6, Logam tidak diperkenankan menyentuh dinding

pemanas(panci) dan tidak diperkenankan pula sebagian logam berada di atas permukaan

air. Hal ini disebabkan agar agar logam yang kita ukur suhu tersebut tidak mendapatkan

pengaruh oleh panas yang berasal dari pemanas tersebut, tetapi suhu logam itu

seharusnya harus sesuai dengan suhu air mendidih. Jika menyentuh dinding atau dasar

panci secara langsung, maka logam tersebut akan mendapat pengaruh panas, sehingga

dapat menyebabkan suhu logam tersebut lebih besar dari suhu air mendidih. Disamping

itu , bagian logam juga harus seluruh tercelup kedalam air yang ada di panci. Agar suhu

logam harus sesuai dengan suhu air mendidih, jika tidak semuanya tercelup kemungkinan

suhu kogam tersebut dipengaruhi oleh suhu lingkungan.

3. Ketika kita memindahkan logam pemanas ke dalam air dikalorimeter tidak

diperkenankan logam tersebut menyentuh air sebelum tercelup, dengan tujuan agar suhu

logam yang dihasilkan setelah dipanaskan pada air mendidih tidak berubah-ubah,

sehingga dengan cepat logam dicelupkan kedalam kalorimeter untuk mendapatkan suhu

kesetimbangan yang baik.

4. Yang menjadi sumber kesalahan (error) terbesar bila kita menggunakan air terlalu banyak

yaitu rentangan suhu dingin maupun suhu logam terhadap suhu kesetimbangan tersebut

sangat kecil sehingga akan mempersulit dalam menghitung kalor jenis logam.

5. Penjumlahan ruas kanan persamaan 4 diperbolehkan, padahal secara dimensi belum

setara. Pada persamaan 4 ditulis : Mc (T1 - T2) = (m + m1c1) (T2 – T3) , persamaan

tersebut sebenarnya adalah : Mc (T1 - T2) = (mcair + m1c1) (T2 – T3). Kita ketahui bahwa

kalor jenis air besarnya adalah 1kal/gr0C. jadi m . cair sama dengan m, dimana m . cair ini

tidak lain adalah kapasitas kalor pada air( Cair). Sehingga bisa ditulis seperti pada

persamaan 4.

4


X. Kesimpulan

a) Sifat-sifat pertukaran kalor yang terjadi antara dua benda yang suhu awalnya berbeda

bahwa Apabila dua benda atau zat suhunya berbeda dipertemukan(dicampurkan), maka

benda yang suhunya tinggi akan memberikan kalor kepada benda yang suhunya rendah.

Pada akhir percampuran, suhu kedua benda menjadi sama( kesetimbangan termal).

b) Nilai kalor jenis logam besi( cbesi) diperoleh berkisar antara 0,988 kal/gram0C sampai

1,09 kal/gram0C dengan kesalahan relatifnya sebesar 4,91 %, dan keakuratan pratikum

sebesar 844,545%.

c) Nilai kalor jenis logam Aluminium berkisar antara 5,393 kal/gram0C sampai 6,605

kal/gram0 dengan kesalahan relatifnya sebesar10,10 % , dan keakuratan pratikum sebesar

2626,82 %,

LAMPIRAN

- Untuk logam besi

a) Nilai massa logam besi

M =

4


Ini berarti massa logam besi besarnya antara 10,565 gram sampai 10,575 gram.

b) Nilai massa air dingin.

Ini berarti massa air dingin besarnya antara 40,605 gram sampai 40,615 gram

c) Nilai massa cawan kalori meter

Ini berarti massa cawan kalorimeter besarnya antara 110,255 gram sampai 110,265 gram

d) Nilai suhu awal logam besi

4


Ini berarti suhu awal logam besarnya antara 87,00C sampai 88,00C

e) Nilai suhu awal air dingin

Ini berarti suhu awal air dingin besarnya antara 14,50C sampai 15,50C

f) Nilai suhu kesetimbangan

Ini berarti suhu kesetimbangan besarnya antara 25,00C sampai 26,00C

g) Nilai kalor jenis besi

4


Nilai kalor jenis logam besi : kal/gram0C

Ini berarti kalor jenis logam besi besarnya antara 0,988 kal/gram0C sampai 1,09

kal/gram0C

h) Nilai kesalahan relatif

4


i) keakuratan hasil pengukuran

- Untuk logam aluminium

a. Nilai massa logam aluminium

M =

Ini berarti massa logam besi besarnya antara 0,575 gram sampai 0,585 gram.

b. Nilai massa air dingin.

Ini berarti massa air dingin besarnya antara 20,275 gram sampai 20,285 gram

c. Nilai massa cawan kalori meter

Ini berarti massa cawan calorimeter besarnya antara 110,255 gram sampai 110,265 gram

4


d. Nilai suhu awal logam aluminium

Ini berarti suhu awal logam besarnya antara 83,5 0C sampai 84,5 0C

e. Nilai suhu awal air dingin

Ini berarti suhu awal air dingin besarnya antara 14,50C sampai 15,50C

f. Nilai suhu kesetimbangan

Ini berarti suhu kesetimbangan besarnya antara 19,50C sampai 20,50C

g. Nilai kalor jenis aluminium

4


Jadi nilai kalor jenis aluminium :

Ini berarti kalor jenis logam aluminium besarnya antara 5,393 kal/gram0C sampai 6,605

kal/gram0C

h. Nilai kesalahan relatif

i. keakuratan hasil pengukuran

4


4

Percobaan Kalor Jenis

Documents

Transcript of Percobaan Kalor Jenis