KALORIMETER

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1
PERCOBAAN KALORIMETER
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 11 April 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
April 2012
PERCOBAAN KALORIMETER
A. TUJUAN PERCOBAAN
Dalam percobaan kalorimeter, tujuan percobaan secara khusus adalah sebagai beruikut:
1. Mahasiswa memperoleh penguatan pemahaman tentang kalor, kapasitas kalor zat, dan kalor jenis zat.
2. Mahasiswa mencoba menentukan kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis zat padat.
3. Mahasiswa terampil menggunakan set kalorimeter.
4. Mahasiswa terampil menggunakan teori ralat dan mengetahui ralat alat.
5. Mahasiswa terampil menggunakan termometer.
B. DASAR TEORI
Kalor adalah energi yang ditransfer dari suatu objek kepada objek lain yang hanya disebabkan oleh perbedaan temperatur. Kalor mengalir dari sistem bertemperatur tinggi menuju sistem yang bertemperatur lebih rendah.
Setiap zat memiliki perbedaan dalam jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur pada jumlah massa yang dimiliki oleh zat itu. Perbandingan banyaknya kalor yang diperlukan benda sehingga temperaturnya naik sebesar ΔT dinamakan Kapasitas Kalor C dari benda itu, yaitu:
Berdasarkan persamaan 1, maka kapasitas kalor bermakna tenaga dalam bentuk kalor yang diberikan pada benda sehingga temperatur benda naik sebesar 1˚C.
Hal yang lebih khusus mengarah pada karakteristik bahan pembentuk dinyatakan sebagai Kalor Jenis Zat. Kalor jenis C adalah kapasitas kalor persatuan massa benda, yaitu:
Kalor yang harus diberikan kepada benda bermassa m yang memiliki kalor jenis C, untuk menaikkan temperatur benda dari T1 menjadi T2 dimana T1 > T2 adalah: ∫
Pada interval temperatur biasa kalor jenis bahan relatif konstan terhadap temperatur sehingga persamaan 3 dapat dinyatakan dengan:
Ketika dua bagian berbeda temperatur dicampur dalam suatu sistem terisolasi, maka terjadi serah terima kalor.kalor mengalir dari bagian bertemperatur tinggi menuju bagian yang bertemperatur lebih rendah. Jika berada dalam keadaan terisolasi sempurna, tidak terjadi aliran energi dan lingkungan menuju sistem dan sebaliknya, bersandar pada Hukum Kekekalan Energi, kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih rendah. Ungakapan azas Black menyatakan: Kalor yang dilepas = Kalor yang disearap
Bila kapasitas dan kalorimeter diketahui, maka kalorimeter dapat digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Metode yang digunakan dikenal dengan metode pencampuran, yaitu benda yang ingin diketahui kalor jenisnya dipanasi sampai temperatur t2, kemudian dimasukkan dalam kalorimeter berisi air yang berada dalam kesetimbangan temperatur t1. Pencampuran dua sistem bertemperatur berbeda tersebut akan menghasilkan kesetimbangan temperatur t3.
Faktor terpenting yang harus diperhitungkan dalam percobaan menggunakan kalorimeter adalah semaksimal mungkin sistem kalorimeter berada dalam kondisi terisolasi dengan lingkungannya (tidak terjadi pertukaran kalor antara kalorimeter dengan lingkungannya). Dengan demikian kalor yang dilepas benda sama dengan kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air dingin.
Dalam praktikum ini kita akan melakukan dua set percobaan, yaitu menentukan kapasitas dan mencari kalor jenis zat padat. Secara garis besar prosedur percobaannya adalah sebagai berikut.
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ck)
Pada percobaan 1 ini, mula-mula air dingin bermassa m, dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga terjadi kesetimbangan termal antara air dan kalorimeter pada temperatur t1. Tambahkan air pada yang bertemperatur t2 > t1, sehingga terjadi perpindahan kalor zat yang bersuhu tinggi (air panas) menuju zat bersuhu rendah (air dingin dan kalorimeter). Pernyataan azas Black ntuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas air panas sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalorimeter.
Jika kalor jenis air untuk kisaran suhu inni diasumsikan konstan Cair = 1 kal/g˚C, maka persamaan eksplisit kapasitas kalor kalorimeter (Ckal) adalah :
Jelas bahwa besaran-besaran yang harus kita ukur untuk menentukan Ck adalah massa air dingin (mad), massa air panas (map), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan air panas dalam kalorimeter t3.
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
Dari percobaan 1, dapat ditentukan kapasitas kalor kalorimeter yang digunakan untuk menentukan panas jenis suatu zat padat pada percobaan dua berikut ini. Mula-mula sejumlah (mad) air dingin bertemperatur lebih rendah dari temperatur kamar yang dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga mencapai kesetimbangan termal dengan kalorimeter pada temperatur t1, kemudian zat padat mermasa mb yang telah dipanaskan sampai bertemperatur t3 (t3 > t1) dimasukkan ke dalam kalorimeter. Pertnyataan azas Balck untuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas benda padat sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalor yang diserap oleh kalorimeter.
Dengan demikian persamaan eksplisit kalor jenis benda (Cb) adalah
Dengan nilai kalor jenis air kisaran suhu ini diasumsikan konstan sebesar Cair = 1 kal/g˚C.
Jelas bahwa besaran-besarn yang harus kita hitung untuk menentukan Cb adalah massa air dingin (mad), massa benda padat (mb), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu benda padat tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan benda padat panas dalam kalorimeter (t3), sementara data kapasitas kalor kalorometer diperoleh berdasarkan hasil percobaan 1.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat-alat yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Set kalorimeter lengkap dengan tutup, pengaduk, termometer, dan bejana pelindung.
2. Gelas kaca 100 ml/ beaker glass
3. Termometer batang
4. Pemanas bunsen
5. Kaki tiga dan kasa pembakar
6. Timbangan digital
7. Bejana pemanas
8. Gelas ukur
9. Penjepit zat padat
Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Air
2. Zat padat
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan 1 ( Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter)
a. Menyiapkan alat dan bahan, kemudian menyusun percobaan.
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia.
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil 50 gr air yang telah dipanaskan dari langkah (b) kurang lebih 50 ˚C (diukur dengan termometer lain) dan memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter. Mencatat suhunya sebagai t2.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan panas sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
2. Percobaan 2 ( Menentukan Kalor Jenis Zat Padat)
a. Menyiapkan alat dan bahan (zat padat).
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia kemudian memasukkan zat padat yang sudah ditimbang (mencatat massa zat padat sebagai mb).
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil zat padat yang dipanaskan dalam air dari langkah (b) dengan suhu 80˚C (mengukur dengan termometer lain) dan mencatat suhu tersebut sebagai t2. Kemudian memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan zat padat tersebut sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali. Serta mengulangi langkah (b) karena massa zat padat yang berbeda.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
E. DATA PENGAMATAN
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter
No
mad (gram)
map (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,72
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54
3
50,01
50
25
50
40
-16,67
4
50
50
27
50
40
-11,53
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
map = massa air panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan air panas
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat
No
mad (gram)
mb (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Cb
1
50,02
100,06
26
55
32
0,097
2
50,01
100,32
26
55
33
0,11
3
50,01
100,12
25
64
34
0,03
4
50
100,35
25
59
32
0,13
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
mb = massa benda panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu benda padat panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan benda padat panas
F. ANALISA DATA
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ckal)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50,02
50,03
25
50
39
2
50,01
50,01
27
50
40
3
50,01
50
25
50
40
4
50
50
27
50
40
Praktikum kalorimeter merupakan salah satu tipe model eksperimen eksplisit yang dilakukan secara numerik dengan menerapkan analisis ralat rambat. Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter merupakan pengukuran tidak langsung, sehingga pengukuran Ckal dipengaruhi oleh pengukuran mad, map, t1, t2, t3 dan percobaan ini variabel bebasnya diukur satu kali, sehingga ralatnya ditentukan oleh ralat-ralat:
Untuk :
Persamaan Ckal yang digunakan adalah:
Untuk

Berikut tabel hasil perhitungan Ckal :
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,71071429
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54076923
3
50,01
50
25
50
40
-16,67666667
4
50
50
27
50
40
-11,53846154
Persamaan untuk menghitung ralat mutlak: √| | | | | | | | | |
Turunan dari rumus tersebut adalah :
Percobaan 1:




  misal :
( ) [ [ √| | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Ck dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Ck ΔCk) dimana:
Untuk mengetahui nilai Ck rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ | | ̅̅̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(3 angka penting)
(Ck ΔCkal)
( 1,7) kal/g˚C dengan ralat relatif %
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50
100,1
26
55
32
2
50
100,3
26
55
33
3
50
100,1
25
64
34
4
50
100,4
25
59
32
Rumus yang digunakan untuk menghitung ralat pada penukuran kalor jenis zat padat adalah ralat alat:
̅̅̅̅ Σ √Σ ̅̅̅̅̅
√
Rumus untuk mencari kalor jenis zat padat (Cb):
Berikut tabel hasil perhitungan kalor jenis zat padat (Cb):
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Cb
(Kal/g˚C)
1
50
100,1
26
55
32
0,164220366
2
50
100,3
26
55
33
0,199779966
3
50
100,1
25
64
34
0,188740245
4
50
100,4
25
59
32
0,162735012
Untuk menentukan ralat mutlak digunakan persamaan sebagai berikut: √| | | | | | | | | | | |
Dari persamaan diatas diperoleh turunan sebagai berikut:




 [ [
[ [

√| | | | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Cb dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Cb ΔCb) dimana:
Untuk mengetahui nilai Cb rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(4 angka penting)
( Δ )
( 0,005) kal/g˚C dengan ralat relatif %
G. PEMBAHASAN
Saat membahas tentang kalorimeter, tentu tidak lepas dari istilah kalor, temperatur, kalor jenis dan kapasitas kalor zat. Berikut ini merupakan penjelasan dari masing-masing istilah tersebut :
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Jika suatu benda menerima atau melepas kalor, maka temperatur benda itu akan naik atau turun dan dapat juga wujudnya berubah. Kalor adalah suatu bentuk energi yang dapat dipindahkan, tetapi tidak dapat dihilangkan. Kalor merupakan suatu kuantitas baik yang diserap maupun diterima suatu benda. Dan saat suhu campuran sama itulah saat dimana kalor mencapai keseimbangan termal.
Temperatur itu sendiri adalah besaran yang menyatakan derajat panas dinginnya suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur temperatur adalah termometer. Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat cenderung menggunakan indera peraba untuk mengukur temperatur. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka terciptalah termometer untuk mengukur temperatur yang lebih valid.
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C (satuan kalori/g˚C). Sedangkan kapasitas kalor kalorimeter adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh untuk menaikkan suhunya 1˚C atau per satuan perubahan suhu (satuan kal/˚C). Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter dapat dilakukan berdasarkan Azas Black, yang berbunyi kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.
Dalam percobaan ini dilakukan pengukuran kapasitas kalor kalorimeter bukan kalor jenis kalorimeter karena tidak mungkin menaikkan massa dari kalorimeter tersebut, yang dapat dinaikkan hanya suhunya bersarkan persamaan. Jika menggunakan zat lain maka yang dihitung adalah kalor jenisnya.
Percobaan kalorimeter ini dilakukan untuk mencari kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis suatu zat. Yang pertama, percobaan kapasitas kalor kalorimeter dilakukan dengan mencampurkan air panas dan air dingin sehingga diperoleh keseimbangan termal
(suhu campuran). Harus diusahan bahwa saat pencampuran, cairan benar-benar terisolasi (tidak ada kalor yang terbebas keluar atau masuk).
Pada percobaan pertama yaitu menentukan kapasitas kalor kalorimeter diperoleh ralat sebesar 12,91%. Sedangkan pada percobaan kedua yaitu menentukan kalor jenis zat padat, diperoleh ralat sebesar 0,026%. Ada beberapa faktor penyebab ralat:
a. Kesalahan paralaks, yaitu kesalahan cara memandang pada saat membaca alat ukur.
b. Pada saat pencampuran kemungkinan terjadi kontak antara sistem dengan lingkungan.
H. JAWABAN PERTANYAAN
 Jawaban Tugas Sebelum Praktikum
1. Penurunan persamaan (5) berdasarkan Azas black :
Cad = Cap
2. Penurunan persamaan (6) berdasarkan Azas Black :
Cad = 1
3. Kesetimbangan termal adalah kesetimbangan antara suhu yang berada di luar dan suhu yang berada di luar bejana atau dapat diartikan sebagai keseimbangan antara suhu air panas dengan suhu air dingin ditambah suhu kalorimeter.
 Jawaban Tugas Setelah Praktikum
1. Apabila air pada kalorimeter jumlahnya lebih banyak atau terlalu banyak maka nantinya air dingin lebih dominan (t1 tinggi) maka nantinya akan mempengaruhi suhu campuran. Berdasarkan Azas Black : kalor lepas = kalor terima, apabila kelebihan air dingin maka teori tersebut dikhawatirkan tidak berlaku akibat air dingin (t1) yang berlebih, sehingga tidak terjadi keseimbangan termal yang sempurna.
2. Diket :
mb : 100 gr
ma : 400 gr
t1 : 0˚C
t2 : 10,1 ˚C
cb : 0,040 kal/ gr˚C
Ditanya:
t2 =...??
Jawab: ( )
I. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan dari percobaan kalorimeter ini adalah :
1. Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.
2. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh zat untuk menaikkan suhu 1˚C atau per satuan perubahan suhu.
3. Kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C/ per satuan perubahan waktu.
4. Termometer digunakan dalam pengukuran temperatur (derajat panas dinginnya suatu benda)
5. Berdasarkan hasil perhitungan didapat:
Saran yang dapat diberikan dalam percobaan kalorimeter:
1. Sebaiknya saat memasukkan air panas atau benda panas sesegera mungkin agar kalor yang ada tidak terlepas ke lingkungan.
2. Kalorimeter diusahakan sebersih mungkin.
3. Saat pembacaan termometer harus lebih teliti dan ditunggu (pembacaan t3) sampai benar-benar terjadi keseimbangan termal.
J. DAFTAR PUSTAKA
Halliday, David.1992. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.