2/FISIKA DASAR/LFD KALORIMETRI

Transkripsi

1 2/FISIKA DASAR/LFD KALORIMETRI I. TUJUAN 1. Menentukan kapasitas kalor kalorimeter 2. Menentukan kalor jenis zat padat II. PENGANTAR Ketika anda membuat minuman kopi panas atau susu panas dalam cangkir keramik, anda dapat merasakan bahwa suhu sendok logam yang anda gunakan untuk mengaduk larutan kopi atau susu tersebut lebih tinggi dari suhu cangkir keramik. Apa yang menyebabkan perbedaan suhu tersebut? Setiap satu satuan massa zat atau benda yang berbeda memerlukan jumlah energi yang berbeda untuk mengubah suhunya sebesar 1 o C, ukuran ini disebut sebagai kalor jenis zat atau kalor jenis benda. Pada percobaan ini anda akan menentukan kalor jenis suatu zat padat dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter dilindungi oleh sebuah jaket yang terbuat dari bahan isolator panas yang baik untuk mencegah pertukaran kalor antara kalorimeter beserta isinya dengan lingkungannya. Termometer Pengaduk Tutup Plastik Air Jaket Stayrofoam Gambar 1 Penampang irisan vertikal kalorimeter yang diisi air Prinsip perobaan ini adalah apabila dua buah atau lebih benda/zat yang suhunya berbeda digabungkan, maka terjadi perpindahan energi (selanjutnya disebut kalor) dari benda/zat yang bersuhu lebih tinggi kepada benda/zat yang bersuhu lebih rendah sampai keduanya mencapai suhu yang sama yang disebut keadaan kesetimbangan termal. Menurut azas Black, jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda/zat yang bersuhu lebih tinggi kepada benda/zat yang bersuhu lebih rendah sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh benda/zat yang bersuhu lebih rendah dari benda/zat yang bersuhu lebih tinggi sampai keduanya mencapai kastimbangan termal. Secara matematis dapat dituliskan Q l = Q m (1) dengan Q l adalah jumlah kalor yang dilepas oleh benda/zat yang bertemperatur lebih tinggi dan Q m adalah jumlah kalor yang diterima oleh benda/zat yang bertemperatur lebih rendah. Bila kalor yang diserap atau dilepaskan oleh sebuah benda/zat hanya menyebabkan perubahan suhu benda/zat itu, maka jumlah kalor tersebut adalah Praktikum Fisika Dasar 1

2 Q = m c T (2) dengan Q adalah jumlah kalor (joule), m adalah massa benda (kg), c adalah kalor jenis benda/zat (joule/kg o C) dan T adalah perubahan suhu ( o C). III. TUGAS AWAL 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kapasitas kalor dan kalor jenis? 2. Sebuah cangkir keramik berisi serbuk susu berada pada suhu ruang. Kemudian air panas (suhunya lebih tinggi dari suhu ruang) dimasukkan ke dalam cangkir keramik tersebut lalu diaduk menggunakan sendok logam dan setelah beberapa saat dicapai keadaan kesetimbangan termal. Jelaskan apa yang dimaksud dengan keadaan kesetimbangan termal itu? 3. Di antara benda-benda/zat-sat yang terdapat pada soal nomor dua di atas, yaitu cangkir keramik, serbuk susu, air panas dan sendok logam, benda/zat manakah yang melepaskan kalor dan benda/zat manakah yang menerima kalor? 4. Tuliskanlah persamaan (1) dalam bentuk persamaan (2) untuk sistem fisis yang digambarkan pada soal nomor dua. Anggap kapasitas kalor keramik C k, kapasitas kalor logam C l, massa serbuk susu m b dan massa air m a. 5. Pada percobaan untuk menentukan kalor jenis zat padat ini, anda memerlukan informasi tentang kalor jenis air (H 2 O). Berapakah kalor jenis air dan beberapa logam (almunium, perak, besi, tembaga, timah dan lain-lain) menurut literatur. 4. ALAT DAN BAHAN 1. Neraca [Ohauss, triple beam, 311 gram, 0,01 gram] 1 buah 2. Kalorimeter [bejana, pengaduk, tutup dan jaket] 1 buah 3. Termometer [0 100] o C 2 buah 4. Beker glas 500 ml 1 buah 5. Pemanas bunsen 1 buah 6. Kasa 1 buah 7. Loop 1 buah 8. Statip kaki tiga dengan capit buaya 1 set 9. Ketel aluminium 1 buah 10. Benang untuk mengikat secukupnya 11. Sendok capit 1 buah 12. Bahan-bahan [zat padat dan air] 5. PROSEDUR PERCOBAAN Percobaan 1: Menentukan kalor jenis kalorimeter 1. Catat temperatur, tekanan dan kelembaban laboratorium sebelum melakukan percobaan. 2. Periksa dan tepatkan titik nol neraca yang akan digunakan. 3. Timbang massa kalorimeter dan pengaduknya tanpa pegangan dan tutupnya (m 1 ). 4. Isi kalorimeter dengan air sekitar 1/3 volumenya (± 100 ml), timbang kalorimeter berisi air tersebut (m 2 ). 5. Ukur dan catat suhu kalorimeter beserta air di dalamnya (T 1 ). Praktikum Fisika Dasar 2

3 6. Panaskan air (± 100 ml) dalam ketel aluminium (jangan sampai mendidih) lalu ukur dan catat suhu air panas itu (T 2 ). Mintalah bantuan dosen/asisten untuk menyalakan pembakar Bunsen. 7. Masukkan air panas tersebut ke dalam kalorimeter. 8. Tutup kalorimeter rapat-rapat kemudian aduk pelan-pelan dan perhatikan kenaikan suhu dalam kalorimeter, jika tidak terjadi lagi kenaikan suhu dalam selang waktu yang cukup lama, catat suhu dalam keadaan ini (T a ). 9. Timbang kembali kalorimeter beserta semua isinya (m 3 ). 10. Bersihkan semua alat yang telah dipergunakan. 11. Apabila anda masih merasa kurang yakin dengan pengambilan data sesuai dengan prosedur di atas, anda dapat mengulangi prosedur di atas sampai anda merasa yakin. Catatan: Dari data yang anda peroleh pada kegiatan di atas, anda akan dapat mementukan harga kapasitas kalor kaloraimeter ini, dan harga ini akan digunakan pada pengolahan data percobaan selanjutnya. Percobaan 2: Menentukan kalor jenis zat padat 1. Timbang massa kalorimeter dan pengaduknya tanpa pegangan dan tutupnya (m 1 ). 2. Isi kalorimeter dengan air sekitar 1/3 volumenya (± 100 ml), timbang kalorimeter dengan air tersebut (m 2 ). 3. Ukur dan catat suhu kalorimeter beserta air di dalamnya (T 1 ). 4. Timbang potongan-potongan zat padat yang tersedia (m 3 ) dan tentukan jenis zat padat tersebut. 5. Masukkan potongan-potongan zat padat yang diikat dengan benang ke dalam ketel aluminium yang berisi air ± 100 ml. 6. Panaskan ketel almunium tersebut dan pastikan termometer menempel pada potongan-potongan zat padat. Kemudian ukur dan catat suhu potongan-potongan zat padat tersebut (T 2 ), usahakan harganya di atas 70 o C. 7. Angkat potongan-potongan zat padat dari ketel almunium dan segera masukkan ke dalam kalorimeter yang telah berisi air. 8. Tutup kalorimeter rapat-rapat kemudian aduk pelan-pelan dan perhatikan kenaikan suhu dalam kalorimrter, jika tidak terjadi lagi kenaikan suhu dalam selang waktu yang cukup lama, catat suhu dalam keadaan ini, kita namakan sebagai suhu keseimbangann termal (T a ). 9. Bersihkan semua alat yang telah dipergunakan. 10. Apabila anda masih merasa kurang yakin dengan pengambilan data sesuai dengan prosedur di atas, anda dapat mengulangi prosedur di atas sampai anda merasa yakin. 6. TUGAS AKHIR 1. Berdasarkan data percobaan 1, hitunglah kapasitas kalor kalorimeter yang anda gunakan! 2. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh sebagai jawaban soal no 1 di atas, terbuat dari bahan apakah kalorimeter tersebut? 3. Berdasarkan data percobaan 2 dan harga kapasitas kalor kalorimeter yang telah diketahui dari percobaan 1, hitunglah kalor jenis zat padat berdasarkan percobaan yang anda lakukan! Praktikum Fisika Dasar 3

4 TUGAS AWAL Kelompok :... Praktikan : Nama :... NIM :... Tanda tangan :... Tanggal praktikum :... Nomor :... Judul : Kapasitas kalor adalah... Kalor jenis adalah Yang dimaksud dengan keadaan kesetimbangan termal adalah Di antara benda-benda/zat-sat yang terdapat pada soal nomor dua di atas, yaitu cangkir keramik, serbuk susu, air panas dan sendok logam, benda/zat yang melepaskan kalor adalah... dan benda/zat menerima kalor adalah Persamaan (1) dalam bentuk persamaan (2) untuk sistem fisis yang digambarkan pada soal nomor dua dengan menganggap kapasitas kalor keramik C k, kapasitas kalor logam C l, massa serbuk susu m b dan massa air m a adalah 5. Data kalor jenis beberapa zat menurut literatur : No Zat Kalor jenis Praktikum Fisika Dasar 4

5 LEMBAR PRAKTIKUM Kelompok :... Praktikan : Nama :... NIM :... Tanda tangan :... Tanggal praktikum :... Nomor :... Judul : Paraf dosen sebelum praktikum Paraf dosen setelah praktikum A. Data Percobaan 1. Kondisi laboratorium Sebelum praktikum Sesudah praktikum Tekanan udara : Temperatur udara : Kelembaban udara : Percobaan 1 Tabel 1 : Data untuk menentukan kapasitas kalor kalorimeter No. Benda Massa (kg) Suhu ( o C) 1 Kalorimeter dan pengaduk, tanpa termometer dan tutupnya : m 1 2 Kalorimeter dan air (± 100 ml) : m 2 ; T 1 3 Air panas (± 100 ml) : T 2 4 Kalorimeter dan air (± 200 ml) : m 3 ; T a 3. Percobaan 2 Tabel 2 : Data untuk menentukan kalor jenis No. Benda Massa (kg) Suhu ( o C) 1 Kalorimeter, tanpa termometer dan tutupnya : m 1 2 Kalorimeter dan air ± 100 ml : (m 2 ) ; T Potongan-potongan zat padat : m 3 ; T 2 Jenis zat padat adalah Kalorimeter, air ± 100 ml dan potonganpotongan zat padat : T a Praktikum Fisika Dasar 5

6 B. Pengolahan Data dan Jawaban Tugas Akhir Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI 1. Berdasarkan data percobaan 1, kapasitas kalor kalorimeter yang digunakan dapat dihitung sebagai berikut ini 2. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh sebagai jawaban soal no 1 di atas, bahan pembuat kalorimeter tersebut adalah Berdasarkan data percobaan 2 dan harga kapasitas kalor kalorimeter yang telah diketahui dari percobaan 1, perhitungan kalor jenis zat padat berdasarkan percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut : Praktikum Fisika Dasar 6