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)