NIM : M0312004
KALORIMETER
I.
Tujuan
1.
Menentukan
besarnya energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter.
2.
Menentukan
besarnya energi kalor yang diterima kalorimeter.
3.
Menentukan
nilai kesetaraan kalor-listrik.
II.
Dasar
Teori
Kalor
adalah jumlah energi yang didpindahkan antar benda yang awalnya memiliki suhu
yang berbeda. Secara spontan kalor
mengalir dari suatu benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Satuan umum
untuk kalor adalah (kal), dan dapat
didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu setiap
1 gram air sebesar 1°C, misal dari suhu 14,5°C menjadi 15,5°C. Perbedaan suhu
khusus ini adalah spesifik kalor karena kalor yang dibutuhkan sangat sedikit. Satuan
kilokalori lebih sering digunakan dibnadingkan satuan kalori dengan 2 kkal –
1000 kal. Maka 1 kkal adalah kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg
airsebesar 1°C dari 14,5°C sampai 15,5°C. Secarakuantitatif 4,186 Joule
ditetapkan sama dengan 1 kalori, ini dikenalsebagai kesetaraaan kalor mekanik. Besarnya
kalor yang diserap atau dilepaskan oleh suatu benda berbanding lurus dengan
masaa benda, kalorjenis benda, dan perubahan suhu. Jadi besarnya kalor dapat
dirumuskan :
Q = m . C . ∆T
Keterangan
:
Q
= jumlah kalor (kalori)
m =
massa zat (gram)
C
= kalor jenis zat (kal/gr°C)
∆T
= perubahan suhu (°C)
Dalam satuan SI, satuan
kalor adalah Joule. Satuan kalor yang lain adalah kalori. Sedangkan kesetaraan
Joule dan kalori adalah sebgai berikut :
1
Joule = 0,24 kalori
1
Kalori = 4,184 Joule
Satu kalori adalah
banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1°C air murni yang
massanya 1 gram. (Sears and Zemansky, 2002)
Karena
kalor jenis air bernilai konstan pada interval suhu yang lebar, kalor jenis
benda lain dapat ditentukan dengan mudah dengan memanfaatkan fakta tersebut.
Hal ini dapat dilakukan dengan cara memanaskan benda itu sampai suhu tertentu
kemudian benda itu dicelupkan ke dalam wadah berisi air yang massa dan suhunya
diketahui. Setelah mencapai kesetimbangan termal, suhu akhir system diukur.
Jika seluruh system terisolasi dari lingkungannya, panas yang dilepaskan benda
sama dengan panas yang diterima oleh air dan wadahnya. Prosedur ini dinamakan
kalorimetri dan wadah yang terisolasi tersebut dinamakan kalorimeter. (Bambang
Ruwanto, 2007)
Pengukuran
jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan
eksperimen juga disebut kalorimeter. Dengan menggunakan Hukum Hess, kalor reaksi kima dapat ditentukan
berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan
secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter bersifata adiabatik, yaitu tidak
ada energi yang lepas atau yang masuk dari luar ke dalam kalorimeter.
(Petrucci, 1987)
Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter
sebesar 1°C pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimeter. (Keenan,
1980)
Dalam proses ini berlaku Asas Black
yaitu :
Qkeluar = m . C . (Tio - Tf)
dengan :
m = massa benda
C = kalor jenis
Tio
= temperature awal
Tf =
temperature akhir benda dalam bejana air
dengan cara sama :
Qmasuk = ma . Ca . (Tf - Tia)
+ mw . Cw . (Tf - Tia)
yaitu :
Tia = temperature awal air dan wadahnya
Tf = temperature akhirnya ( temperature akhir benda dan air
adalah sama )
ma = massa air
Ca = 4,18 kJ/kg.K
mw= massa wadah
Cw = kalor jenis wadah
Qkeluar = Qmasuk
m . C . (Tio - Tf) = ma
. Ca . (Tf - Tia) + mw
. Cw . (Tf - Tia)
(Paul
A. Tipler, 1998)
Jenis-jenis
kalorimeter antara lain :
1.
Kalorimeter
Bom
Kalorimeter bom ini digunakan untuk mengukur kalor yang
dilepaskan bila zat terbakar. Penggunaan pentingnya adalah pembakaran makanan
untuk menetukan kadar kalori mereka dan pembakaran biji-bijian dan bahan lain
untuk kadar energi mereka. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom akan
menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom.
2.
Kalorimeter
sederhana
Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor
reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan. Pada kalorimeter ini,
kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap / dilepaskan larutan sedangkan yang
diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan.
(Douglas
C. Giancoli, 2001)
Energi listrik yang
dihasilkan catu daya pada suaturesistor dinyatakan dengan persamaan :
W = V . i . t
dimana :
W = energi listrik (joule)
V = tegangan listrik (volt)
i = arus listrik (ampere)
t = lama aliran listrik (sekon)
Jumlah kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu zat dinyatakan dengan persamaan :
Q = m . C . (
ta
– to
)
dimana
:
Q = jumlah kalor yang dibutuhkan
(kalori)
m = massa
zat (gram)
c = kalor jenis zat (kal/gr°C)
ta = suhu akhir zat (°C)
to = suhu mula-mula (°C)
Energi listrik yang dilepaskan akan
diterima oleh air dalam kalorimeter. Berdasarkan Azas Black bahwa kalor yang
dilepas sama dengan kalor yang diterima, maka energi listrik yang dilepaskan
akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri., sehingga
akan terjadi perubahan panas pada air dan calorimeter. Adapun besarnya nilai
kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan persamaan :
γ = V . i . t / ( mk . Ck + ma . Ca ) ( ta – t )
Keterangan:
γ = kesetaraan kalor
ma = massa air dalam calorimeter (gram)
Ca = kalor jenis air (kal/gr °C)
mk = massa calorimeter (gram)
Ck = kalor jenis calorimeter (kal/gr °C)
ta = suhu akhir (°C)
t = suhu awal (°C)
(Tim
Praktikum Fisika Dasar, 2012)
Aplikasi kalorimeter dalam kehidupan
sehari-hari antara lain termos air, water heater, setrika listrik, kompor
listrik, teko listrik, dispenser dan magic jar.
III. Metodologi
Penelitian
1. Alat
dan Bahan
a.
Kalori
listrik 1
buah
b.
Termometer 1 buah
c.
Neraca
1
buah
d.
Catu
Daya listrik DC 1
buah
e.
Voltmeter 1 buah
f.
Ampermeter 1 buah
g.
Air secukupnya
h.
Kabel
Penghubung 1 set
i.
Pengaduk 1 buah
j.
Stopwatch 1 buah
2. Cara
Kerja
Memasang rangkaian listrik
|
↓
Mengukur /
menimbang kalorimeter kosong dan pengaduk
|
↓
Mencatat massa kalorimeter kosong
|
↓
Mengisi air secukupnya pada kalorimeter
sampai pengaduk tercelup 2/3 bagian
|
↓
Menimbang kalorimeter
kembali sehingga massa air diketahui
|
↓
Mencatat massa air dalam kalorimeter
|
↓
Memasang kalorimeter yang telah
diisi air
|
↓
Mengukur suhu air dan kalorimeter
kemudian mencatat hasil pengukuran
|
↓
Menyalakan catu daya dan stopwatch
|
↓
Mencatat tegangan dan arus listrik
setiap 2 menit dan mengaduk terus air dalam kalorimeter dengan pengaduk
|
↓
Menghentikan
aliran listrik setelah suhu mencapai 50oC
|
↓
Mencatat
tegangan, arus listrik, suhu, dan waktu
|
3. Gambar
Rangkaian
