Anna's Life as a Mom & Chemical Engineer

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

Tujuan percobaan kalorimeter dan kapasitas kalor lebur es adalah mempelajari cara kerja kalorimeter dan menentukan kalor lebur es.

1.2 Latar Belakang

Panas adalah energi yang ditransferi satu benda ke benda lain karena beda temperatur. Pertukaran energi, merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimeter yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor.
Prinsip kerja kalorimeter adalah hukum kekekalan energi yaitu kalor yang hilang sama dengan kalor yang diterima. Teknik yang digunakan dikenal sebagai “metode campuran”, suatu sampel zat dipanaskan sampai temperatur tinggi yang diukur secara akurat, dan dengan cepat ditempatkan pada air dingin kalorimeter. Kalor yang hilang pada sampel tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dan dengan mengukur temperatur akhir campuran tersebut, kalor jenis dapat ditimbang. Jadi, kekekalan energi memiliki peranan penting untuk kita. Kehilangan kalor sebanyak satu bagian sistem sama dengan kalor yang didapat oleh bagian lain.

BAB II
DASAR TEORI

Panas adalah energi yang ditransfer dari suatu benda ke benda karena beda temperatur. Dalam abad ke tujuh belas, Galileo, Newton, dan ilmuwan lain umumnya mendukung teori ahli atom Yunani kuno, yang menganggap bahwa panas sebagai wujud gerakan molekuler. Pada abad berikutnya, metode-metode dikembangkan untuk melakukan pengukuran jumlah panas yang meninggalkan atau masuk ke sebuah benda secara kuantitatif, dan ditemukan bahwa bila dua benda sama dengan jumlah panas yang memasuki benda lain. Penemuan ini mengarah ke perkembangan teori yang tampaknya berhasil tentang panas sebagai zat materi yang kekal –Suatu fluida yang tak tampak yang dinamakan “caloric”- yang tidak diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya mengalir keluar dari benda ke benda lain (Tipler, 1998).
Samapi pada abad pertengahan abad 18, orang masih menyamakan pengertian suhu dan kalor. Baru pada tahun 1760, Joseph Black membedakan pengertian kalor dan suhu. Suhu adalah sesuatu yang diukur melalui termometer, sedangkan kalor adalah sesuatu yang mengalir (fluida) dari benda yang panas ke benda yang dingin dalam rangka mencapai kesetimbangan termal. Thompson kemudian menyimpulkan bahwa kalor bukan fluida, tetapi kalor dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis (misalnya gesekan). Satu kalori (satuan kalor waktu itu) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 10 C (Foster, 2000).
Kalor mengacu pada transfer energi dari satu benda ke benda lainnya karena adanya perbedaan temperatur. Kalor dengan demikian diukur dalam satuan energi, misal : joule. Kalor dan energi dalam kadang kala juga dinyatakan dalam kalori atau kilokalori, di mana 1 kal. = 4, 186 J (Grancoli, 1998).
Kalor jenis (kapasitas kaor spesifik) zat adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan massa zat tersebut sebanyak satu derajat. Sedangkan kapasitas kalor (nilai air) benda ialah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu seluruh benda sebanyak satu derajat (Bucche, 1999).
Bila energi panas ditambah pada suatu zat, maka temperatur zat tersebut biasanya naik (pengecualian selama terjadi perubahan fasa). Jumlah energi panas (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat tersebut :
Q = C.∆T = m . c . ∆T (1)
Dengan C adalah kapasitas panas zat yang didefinisikan sebagai energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat dengan suatu derajat. Panas jenis c adalah kapasitas panas persatuan massa :
(2)
(Tipler, 1998).
Banyaknya kalor yang diserap oleh benda yang dingin (dalam hal ini benda m1) ∆Q1 sama dengan banyaknya kalor yang dilepas oleh benda yang panas (zat cair) ∆Q2 dengan demikian diperoleh bahwa :
Q lepas = Q terima atau ∆Q1 = ∆Q2 (3)
Persamaan ini disebut hukum kekekalan energi kalor, atau asas Black yang menyatakan bahwa kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan. Persamaan bisa ditulis :
M2 . C2 . ∆T2 = M1 . C1 . ∆T1 (4)
M2 . C2 . (T2 – Tf) = M1 . C1 . (Tf – T1) (5)
Hukum ini hanya berlaku untuk sistem tertutup (Foster, 2000).
Bila panas diberikan pada suatu zat pada tekanan kostan, maka biasanya, hasilnya adalah kenaikan temperatur zat. Namun, kadang-kadang zat dapat menyerap panas dalam jumlah besar tanpa mengalami perubahan apapun dalam temperaturnya. Ini terjadi selama perubahan fasa, artinya ketika kondisi fisis zat itu berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Jenis perubahan fasa adalah pembekuan (perubahan cairan menjadi padatan), penguapan (perubahan cairan menjadi uap atau gas), sublimasi (perubahan padatan menjadi gas). Ada juga perubahan fasa lain, seperti bila padatan berubah dari satu bentuk kristalin ke bentuk lain (Tipler, 1998)
Perubahan fasa dapat dimengerti dengan teori molekuler. Kenaikan temperatur zat menggambarkan kenaikan energi kinetik gerakan molekul-molekul. Bila suatu zat berubah dari cairan menjadi bentuk gas, molekul-molekulnya yang dekat dalam bentuk cairan digerakkan saling menjauh. Ini perlu usaha untuk melawan gaya-gaya tarik yang mempertahankan molekul berdekatan, artinya diperlukan energi untuk memisahkan mereka. Energi ini beralih menjadi energi potensial molekul. Karena itu, temperatur zat yang merupakan ukuran energi kinetik rata-rata molekulnya tidak berubah (Tipler, 1998)
Kalor lebur adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur zat persatuan massa pada suhu tetap. Kalor ini sama dengan kalor yang dilepas satu satuan massa lelehan sewaktu membeku pada suhu tetap tadi. Kalor uap cairan adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan satu satuan massa cairan pada suhu tetap. Sedangkan kalor sublimasi adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa padatan menjadi uap pada suhu tetap (Bueche, 1999).
Distribusi temperatur serba beda akan timbul dalam sistem dan perhitungan distribusi ini serta variasinya terhadap waktu, dalam banyak kasus merupakan persoalan matematika yang rumit. Namun selama proses berlangsung, perbedaan antara temperatur sistem dengan lingkungan adalah infinitesimal. Sehingga, temperatur sistem sama diseluruh bagian dan perubahannya sangat lambat (Zemansky, 1986).

BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Fungsi

Alat-alat yang digunakan beserta fungsinya adalah sebagai berikut :
1. Kalorimeter, berfungsi sebagai alat untuk mengukur kapasitas panas suatu zat atau benda.
2. Termometer digital, berfungsi sebagai alat untuk mengukur suhu secara akurat.
3. Hot plate, berfungsi untuk memanaskan air.
4. Gelas piala, berfungsi sebagai tempat air pada saat dididihkan.
5. Timbangan, berfungsi untuk mengukur massa.

3.2 Prosedur Percobaan

3.2.1 Pengukuran Harga Air Kalorimeter
1) Menimbang kalorimeter kosong dan pengaduknya.
2) Mencatat massa air setelah kaloeimeter diisi air ½ bagiannya.
3) Memasukkan kalorimeter yang berisi ke dalam selubung luarnya.
4) Menambahkan air panas sampai ¾ bagiannya (mencatat suhu air panas), kemudian menutup kalorimeter dan mengaduknya.
5) Mencatat suhu kesetimbangan.
6) Menimbang kembali kalorimeter.
3.2.2 Pengukuran Kalor Lebur Es
1) Menimbang kalorimeter kosong dan pengaduknya.
2) Mencatat massa air setelah kaloeimeter diisi air ½ bagiannya.
3) Memasukkan kalorimeter yang berisi ke dalam selubung luarnya dan mencatat suhu kalorimeter mula-mula.
4) Memasukkan potongan es ke dalam kalorimeter kemudian menutup dan mengaduknya.
5) Mencatat suhu kesetimbangan.
6) Menimbang kembali kalorimeter.

BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Hasil percobaan menggunakan air panas
Keterangan Percobaan I Percobaan II Percobaan III
Massa kalori kosong
Massa ½ bagian air
Suhu air biasa
Suhu air panas
Suhu kesetimbangan
Massa total 368,5 gram
443,7 gram
29,0 0C
97,8 0C
52,2 0C
515,5 gram 309,8 gram
461,5 gram
28,0 0C
96,5 0C
45,4 0C
514 garm 308,5 gram
442,5 gram
29,6 0C
94,6 0C
51,8 0C
512,7 gram

Tabel 4.2 Hasil percobaan menggunakan es batu
Keterangan Percobaan I Percobaan II Percobaan III
Massa kalori kosong
Massa ½ bagian air
Suhu es batu
Suhu air
Suhu kesetimbangan
Massa total 368,5 gram
366 gram
0,5 0C
29 0C
3,9 0C
562 gram 309,8 gram
469 gram
0,5 0C
29,2 0C
38 0C
551,45 garm 308,5 gram
473,5 gram
0,6 0C
29,2 0C
3,1 0C
543,5 gram

4.2 Pembahasan

4.2.1 Pengukuran Harga Air Kalorimeter
Kalorimeter merupakan suatu alat untuk mengukur kapasitas panas suatu zat atau benda. Kapasitas panas merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur suatu zat sebesar 1 0C. Kalorimeter juga memilki harga air sendiri yang akan ditentukan melalui percobaan.
Pada saat air panas dimasukkan ke dalam kalorimeter yang telah diisi dengan air biasa, terjadilah asas Black di mana kontak setelah pencampuran air panas dan air dingin akan menyebabkan jumlah kalor yang dilepas oleh air panas akan sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air dingin, sehingga di dalam sistem terjadi kesetimbangan termal dan suhunya disebut dengan suhuh kesetimbangan. Pada percobaan ini, kita juga memperhitungkan kalorimeter maka pada asas Black menjadi : jumlah kalor yang dilepas oleh air panas sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air dingin dan kalorimeter.
Berdasarkan hasil perhitungan (lihat lampiran), diperoleh kapasitas kalor air sebesar 2,34 kal/gram 0C. Sedangkan secara teori kapsitas kalor air adalah sebesar 1 kal/gram 0C. Kesalahan ini dapat disebabkan kurang telitinya praktikan saat mengamati suhu pada termometer digital atau kurang teliti saat melakukan penimbangan.
4.2.2 Pengukuran Kalor Lebur Es
Kalor lebur adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur satu satuan massa zat (dalam percobaan ini adalah es) pada suhu tetap. Peleburan merupakan proses perubahan fasa, jadi suhu zat selama proses peleburan berlangsung akan tetap karena pada perubahan fasa ini molekul-molekul padatan yang rapat akan digerakkan saling menjauh. Proses ini memerlukan emergi, di mana energi ini beralih menjadi energi potensial dari energi kinetik molekul. Oleh karena itu, temperatur zat yang merupakan ukuran energi kinetik rata-rata molekul tidak berubah.
Pada saat potongan es batu dimasukkan ke kalorimeter, maka asa Black kembali berlaku. Di mana jumlah kalor yang dilepaskan mula-mula dan kalorimeter sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh es. Sehingga es akan mencair dan akhirnya tercapai kesetimbangan termal dalam sistem.
Berdasarkan hasil perhitungan (lihat lampiran) diperoleh kalor lebur es sebesar - 0,579 kalori.

BAB V
PENUTUP

Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Prinsip kerja suatu kalorimeter adalah berdasarkan asas Black, yaitu “Kalor yang dilepas suatu benda sama dengan kalor yang diserap oleh suatu benda lainnya pada suatu sistem tertutup”.
2. Kapasitas kalor air dari hasil perhitungan adalah 2,34 kal/gram 0C.
3. Kalor lebur es dari hasil perhitungan adalah – 0,579 kal.

Saran

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka disarankan praktikan lebih teliti dalam membaca suhu pada termometer digital dan membaca skala pada timbangan.

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, Federick J., 1989, “Seri Buku Schaum Teori dan Soal-soal Fisika Edisi Kedelapan”, Erlangga, Jakarta.
Foster, Bob, 2000, “Fisika Jilid 2”, Erlangga, Jakarta.
Grancoli, Dauglas C., 1998, “Physics Fifth Edition”, Erlangga, Jakarta.
Tripler, Paul A., 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1”, Erlangga, Jakarta.
Zemansky, M. W. dan Richard, H. D., 1986, “Kalor dan Termodinamika”, ITB, Bandung.

LAMPIRAN (PERHITUNGAN)

A. Perhitungan Untuk Pengukuran Harga Harga Air Kalorimeter
1. Percobaan I
Diketahui :
M1 (massa air panas) = massa campuran-(m.calorimeter + air dingin)
= 515,5 gram – 443,7 gram
= 71,8 gram
M2 (massa air dingin) = (m.kalorimeter + air dingin)-(m.kalorimeter)
= 443,7 gram –308,5 gram
= 135,2 gram
C1=C2 = 1 k al / 90C
Tp (suhu air panas) = 97,8 0C
Td (suhu air dingin) = 29,0 0C
Tf (suhu kesetimbangan)= 52,5 0C
Ditanya : C ?
Penyelesaian :
Q lepas = Q serap
Q air panas = Q air dingin + kalorimeter
M1 C1 (Tp-Tf) = M2 C2 (Tf-Td) + C (Tf-Td)













2. Percobaan II
Diketahui :
M1 (massa air panas) = massa campuran-(m.calorimeter + air dingin)
= 514 gram – 461,5 gram
= 52,5 gram
M2 (massa air dingin) = (m.kalorimeter + air dingin)-(m.kalorimeter)
= 461,5 gram – 309,8 gram
= 151,2 gram
C1=C2 = 1 k al / 90C
Tp (suhu air panas) = 96,5 0C
Td (suhu air dingin) = 28,0 0C
Tf (suhu kesetimbangan)= 45,4 0C
Ditanya : C ?
Penyelesaian :
Q lepas = Q serap
Q air panas = Q air dingin + kalorimeter
M1 C1 (Tp-Tf) = M2 C2 (Tf-Td) + C (Tf-Td)


















3. Percobaan III
Diketahui :
M1 (massa air panas) = massa campuran-(m.calorimeter + air dingin)
= 512,7 gram – 442,5 gram
= 70,2 gram
M2 (massa air dingin) = (m.kalorimeter + air dingin)-(m.kalorimeter)
= 442,5 gram – 308,5 gram
= 134 gram
C1=C2 = 1 k al / 90C
Tp (suhu air panas) = 94,6 0C
Td (suhu air dingin) = 29,6 0C
Tf (suhu kesetimbangan)= 51,8 0C
Ditanya : C ?
Penyelesaian :
Q lepas = Q serap
Q air panas = Q air dingin + kalorimeter
M1 C1 (Tp-Tf) = M2 C2 (Tf-Td) + C (Tf-Td)











B. Perhitungan untuk Pengukuran Kalor Es
1. Percobaan I
Diketahui :
M es = M campuran – (m. air + m.caklorimeter)
= 562 – 366
= 196 gr
C es = 1 Kal / groC
Tf = 0,5 0 C

Ditanya : Q peleburan ?
Penyelesaian :
C =

=

=

= 2,34 kal/gram 0C

Qrx = - m es.Ces. Tf + C. Tf
= - 196 . 1 . 0,5 + 2,34 . 0,5
= - 98 + 1,17
= - 96,83









2. Percobaan II
Diketahui :
M es = M campuran – (m. air + m.caklorimeter)
= 551 – 469
= 82,45 gr
C es = 1 Kal / groC
Tf = 0,5C

Ditanya : Q peleburan ?
Penyelesaian :
Qrx = - m es.Ces. Tf + C. Tf
= - 82,45 . 1 . 0,5 + 2,34 . 0,5
= - 41,22 + 1,17
= - 40,055










2. Percobaan III
Diketahui :
M es = M campuran – (m. air + m.caklorimeter)
= 543,5 – 473,5
= 70 gr
C es = 1 Kal / groC
Tf = 0,6 0C
Ditanya : Q peleburan ?
Penyelesaian :
Qrx = - m es.Ces. Tf + C. Tf
= - 70 . 1 . 0,6 + 2,34 . 0,6
= - 42 + 1,404
= - 40,596


semoga manfaat