I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mempelajari cara kerja kalorimeter 2. Menentukan kalor lebur es 3. Menentukan kalor jenis berbagai logam

Transkripsi

1 I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mempelajari cara kerja kalorimeter 2. Menentukan kalor lebur es 3. Menentukan kalor jenis berbagai logam II. DASAR TEORI III. Kalor itu sendiri sering kita identikkan dengan panas, suhu maupun temperatur. Perlu diketahui, energi itu sendiri tidak dapat dikatakan panas apabila ia sendiri belum mengalir atau pergi / menghilang. Kalor pertama kali diamati oleh A. Laouvisier yang kemudian menyatakan Teori Kalorik. Teori kalorik ini menyatakan bahwa Setiap zat/benda mempunyai zat alir yang berfungsi untuk mentransfer panas. IV. Jadi, Laouvisier menyatakan bahwa pada saat dua benda / zat berbeda suhu bersentuhan, maka akan terdapat zat alir yang memindahkan panas dan menyebabkan perubahan suhu pada kedua benda tersebut. V. Selain itu, menurut Sir James Presscout Joule ( ), menyatakan tentang kesetaraan antara usaha dan panas serta aliran panas tidak lain adalah perpindahan panas yang semata mata terjadi karena perbedaan suhu. VI. Satuan kalor adalah kalori (kal) yang sampai saat ini masih dipakai. Satuan kalori ini didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur 1 gram air sebesar 1 0 C (derajat celcius). Dalam setiap percobaan atau dalam suatu perhitungan yang berhubungan tentang kalor satuan yang paling sering digunakan adalah kilokalori. 1 kkal didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar 1 0 C. Di dalam sistem satuan British, kalor diukur dalam satuan thermal british (British thermal unit / Btu). 1 Btu didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air 1 lb sebesar 1 0 F. 1 Btu setara dengan 0,252 kkal dan setara pula dengan 1055 Joule. VII. Jika sepotong kawat tahanan terendam dalam zat cair atau terbalut dalam zat padat dan dimasukkan sebagai bagian sistem, timbulnya beda potensial V dan arus konstan I dalam kawat itu membangkitkan suatu aliran energi yang sering disebut dengan pengerjaan usaha. Jika usaha ini berlangsung terus selama τ, jumlah usaha yang dilakukan adalah W, di mana VIII. W = V / τ

2 IX. XI. XIII. XIV. XV. dan ini merupakan jumlah energi yang ditambahkan kepada sistem. Jika sekiranya tahanan ini bukan bagian dari sistem, perpindahan energi dinamakan pengaliran panas dan selama waktu τ jumlah energi yang berpindah disebut kuantitas panas Q, di mana X. Q = V / τ Kuantitas panas ΔQ yang diserap atau dilepaskan suatu benda dapat dipanaskan atau didinginkan sebanding dengan XII. ΔQ = m. c. Δt Faktor konstanta c adalah kalor jenis yang bergantung pada jenis dari benda pada bahan material tersebut. Nama Zat Tabel kalor jenis beberapa zat (pada tekanan konstan 1 atm dan 20 C) Kalor Jenis Nama Kalor Jenis Kkal/kg. C J/kg. C Zat Kkal/kg. C J/kg. C Aluminium Alcohol Tembaga Air raksa Kaca Air 0 0 Besi / baja Es (-5 C) Timah hitam Cair (15 C) Marmer Uap (110 C) Perak Tubuh manusia Kayu Protein XVI. XVII. Kata panas lebih cocok digunakan jika berkaitan dengan metode perpindahan energi dan bila perpindahan itu selesai, menyebutkan jumlah energi yang berpindah ini. Pada abad ke 18 kuantitas panas (kalor) didefinisikan sebagai kuantitas panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air dalam satu skala derajat celcius atau kelvin. XVIII. Jika sistem mengalami perubahan suhu dt, kapasitas jenis c sistem didefinisikan sebagai perbandingan panas dq terhadap hasil kali massa m dan perubahan suhu dt jadi : XIX. c = dq m. dt

3 XX. Kapasitas panas jenis air dapat dianggap sama dengan 1 kal g -1 ( 0 C) -1 atau Btu lb - 1 ( 0 F) -1 XXI. Hasil kali m.c disebut kapasitas panas mol dan dilambangkan dengan C XXIII. berdasarkan definisi : XXII. C = m. c = dq n. dt Kapasitas panas mol air praktis adalah 18 kal mol -1 0 C -1 XXIV. Kuantitas panas Q yang harus diberikan ke benda bermassa m untuk mengubah XXVII. suhunya dari T 1 menjadi T 2 adalah : XXV. Q = m. c. dt XXVI. Kapasitas jenis tiap bahan berubah akibat suhu dan sudah tentu c harus dinyatakan sebagai fungsi t supaya integrasi itu dapat dihitung. Dalam daerah suhu di mana c dapat dianggap konstan sehingga persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut : XXVIII. Q = mc (T 2 T 1 ) XXIX. Kapasitas jenis panas menengah (mean) dalam sembarang daerah suhu didefinisikan sebagai harga konstan c yang akan menimbulkan perpindahan panas yang sama besarnya. Jadi untuk daerah suhu dari T 1 ke T 2. XXX. Kapasitas panas jenis atau kapasitas kalor molar suatu zat bukanlah satu satunya sifat fisis yang dapat ditentukan dengan eksperimen memerlukan suatu pengukuran kuantitas panas. Konduktivitas panas, panas peleburan, panas penguapan, panas larut, dan panas reaksi. Semua yang disebut sifat fisi materi disebut sifat termal materi. Pengukuran sifat sifat termal ini dinamakan kalorimetri. Alat yang dipakai dalam pengukuran ini disebut kalorimeter. Kalorimeter yang sering digunakan adalah kalorimeter campuran, yaitu terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana bagian luar yang lebih besar. Keduanya dipisahkan oleh bahan penyekat gabus atau wol. XXXI. Fungsi dari bejana luar adalah sebagai mantel / jaket, yaitu pelindung agar pertukaran kalor di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Di samping itu, kalorimeter dilengkapi dengan batang pengaduk yaitu untuk mencampurkan zat di

4 dalam kalorimeter, agar diperoleh suhu yang merata akibat pencampuran dua zat yang bersuhu berbeda. XXXII. Sehingga kalorimeter yang ideal memiliki ciri-ciri sebagai berikut: XXXIII. 1. Mempunyai kemampuan menerima dan melepas kalor yang baik. XXXIV. 2. Mempunyai dinding diaterm atau sekat. XXXV. Kalorimeter bekerja berdasarkan asas Black, yang secara garis besar menyatakan bahwa Kalor yang dilepaskan atau diberikan oleh benda yang bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima atau diserap oleh benda yang bersuhu rendah. XXXVI. Banyaknya kalor yang dlepaskan oleh suatu benda dengan massa m 1 dan kapasitas kalor jenis zat c 1 adalah : Q m c T T XXXVII (1) XXXVIII. sebanding dengan banyaknya kalor yang diserap oleh air dengan dengan massa m 2 : Q XXXIX (2) XL. T s adalah suhu setimbang setelah terjadinya pencampuran. XLI. Bila kapasita kalor jenis air c 2 diketahu, suhu T 1 sama dengan suhu uap, kapasitas kalor jenis c 1 dapat dihitung dengan mengukur besaran T 2, T s, dan m 2 : XLII. c 1 c 2 s m2 Ts T2 m T T (3) XLIII. Tabung kalorimeter juga menyerap panas yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi. Untuk itu, kapasitas kalor kalorimeter : XLIV. c k = c. 2 N A... (4) XLV. N A adalah nilai air kalorimeter sehingga kuantitas kalor yang diserap dari persamaan (2) dapat ditulis sebagai : XLVI. Q m N c T 2 2 A 2 s T2 XLVII. dan persamaan (3) menjadi :... (5) c XLVIII (6) 1 2 m2 c2 Ts c K m m N 1 A T 1

5 Kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat padat untuk mengubah wujudnya menjadi zat cair pada titik leburnya. Kenyataan ini tidak lain adalah konsep Hukum Kekekalan Energi Kalor Kebanyakan kalorimetri modern adalah alat listrik. Beda suhu yang diperlukan untuk pengaliran panas diberikan oleh arus listrik I yang mengalir dalam suatu kumparan kawat tahanan (pemanas) yang biasanya dililitkan pada benda yang ingin diteliti. Termometer yang biasanya dipakai adalah termometer tahanan atau termokopel. Jika beda potensial antara ujung ujung pemanas itu V dan arus listrik I tetap mengalir pada waktu Δτ, panas yang pindah ke contoh bahan adalah VI Δτ. Oleh karena itu panas molar ialah : XLIX. C = VI Δτ / n Δt = VI Δτ ΔT Di sini C harus dinyatakan dalam joule per mole derajat apabila I dinyatakan dalam ampere, V dalam volt, τ dalam sekon, dan ΔT merupakan perubahan suhu. Bentuk, ukuran, dan konstruksi kalorimeter, kumparan panas dan termometer bargantung pada daerah sifat alami bahan yang diteliti pada daerah ukuran suhu yang dikehendaki. Variasi suhu kapasitas panas jenis atau kapasitas panas molar memberikan pendekatan langsung yang paling dekat dan paling banyak untuk memahami energi energi dan partikel zat. Kapasitas kalor bisa negatif, nol, positif atau tak berhingga bergantung proses yang dialami sistem selama pemindahan kalor. Kapasitas kalor mempunyai harga tertentu. Dalam hal sistem hidrostatik, hasil bagi dq dan dθ memiliki harga yang unik bila tekanan dijaga tetap. Dalam kondisi ini C disebut kapasitas kalor pada tekanan tetap dan diberi lambang Cp dengan rumus : dq L. Cp = d Pada umumnya Cp adalah fungsi dari P dan θ demikian juga dengan kapasitas kalor pada volume tetap ialah dq LI. Cv = d Dan kuantitas ini bergantung dari V dan θ. Pada umunya nilai Cv dan Cp tidak sama besarnya. Setiap sistem sederhana memilki kapasitas kalor sendiri. Harga rata rata kapasitas panas jenis dan kapasitas panas molar ditunjukkan dengan tabel di bawah ini :

6 Logam (Jenis) cp kal 0 C -1 Daerah suhu M (gram/mol) (Molar) Cp = M g -1 (0C) cp kal. 0 C -1 mol -1 Aluminium 0, ,0 5,86 Berilium 0, ,01 4, 24 Besi 0, ,9 6,31 Perak ,05 Raksa ,64 Tembaga 0, ,5 5,90 Timbal 0, ,42 : Grafik di bawah ini merupakan beberapa cara kapasitas panas molar berubah sesuai suhu pada suhu rendah yang menunjukkan beberapa sifat keatoman yang sangat berlainan. LII. ALAT DAN BAHAN 1. 1 kalorimeter 2. 1 butiran tembaga 3. 2 termometer -10 ~ 100C 4. 1 steam generator 5. 1 pemanas 6. 1 beaker glass

7 7. 1 statif 8. 1 timbangan Gambar 3.1 Susunan peralatan untuk menentukan : a. Kalor lebur es b. Kapasitas jenis panas logam LIII. PROSEDUR PERCOBAAN 53.1 Penentuan Harga Air Kalorimeter 1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduknya. 2. Catat massa air setelah kalorimeter diisi air kira-kira setengah bagian. 3. Masukkan kalorimeter yang berisi air ke dalam selubung luarnya. 4. Tambahkan air mendidih sampai kira-kira 3 / 4 bagian (catat suhu air mendidih). 5. Catat suhu kesetimbangan. 6. Timbanglah kembali kalorimeter Pengukuran Kalor Lebur Es 1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduknya. 2. Isi kalorimeter dengan air setengah bagian, kemudian timbang lagi. 3. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya dan catat suhu kalorimeter mula-mula.

8 4. Masukkan potongan es ke dalam kalorimeter kemudian tutup serta aduk. 5. Catat suhu kesetimbangan. 6. Timbang kembali kalorimeter tersebut Pengukuran Kapasitas Kalor Jenis Logam 1. Keping-keping logam yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam rongga bunsen dan panaskan. 2. Timbang kalorimeter serta pengaduknya. 3. Timbang kalorimeter serta pengaduknya setelah diisi air kira-kira 3 / 5 bagian. 4. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya dan catat suhunya. 5. Catat suhu keping-keping logam. 6. Masukkan keping-keping logam tadi ke dalam kalorimeter dan catat suhu setimbangnya. 7. Ulangi langkah 1 s/d 6 tersebut untuk logam yang lain. LIV. DATA PENGAMATAN 54.1 Pengukuran Harga Air Kalorimeter Percobaan Berat Kalorimeter Massa Air 1 / 2 Bagian Berat Setelah Percobaan (gram) (gram) (gram) I 222,8 363,7 415,6 II 222,7 364,0 415,7 III 222,6 363,9 415,5 IV 222,5 363,8 415,5 V 222,5 363,7 415,6 Suhu air mendidih = Suhu kesetimbangan = 54.2 Pengukuran Kalor Lebur Es

9 Percobaan Berat Kalorimeter Massa Air 1 / 2 Bagian Berat Setelah Percobaan (gram) (gram) (gram) I 242,0 375,1 400,0 II 241,7 375,3 399,9 III 241,9 375,2 399,9 IV 242,0 375,2 400,0 V 242,1 375,3 400,0 Suhu mula-mula = Suhu kesetimbangan = 54.3 Pengukuran Kapasitor Kalor Jenis Logam Percobaan Berat Kalorimeter Kalorimeter Setelah Berat Keping Logam (gram) Diisi 3 / 4 Air (gram) (gram) I 240,9 310,4 14,3 II 240,8 310,5 14,3 III 240,8 310,4 14,3 IV 240,7 310,4 14,3 V 240,7 310,5 14,3 Suhu keeping logam = Suhu kesetimbangan = LV. PERHITUNGAN 55.1 Pengukuran harga air kalorimeter Berat kalorimeter Berat kalorimeter + massa air bagian Berat kalorimeter + massa air bagian + massa air mendidih bagian Massa air mendidih Temperatur Pengukuran kalor lebur es Berat kalorimeter Berat kalorimeter + massa air bagian

10 Berat kalorimeter + massa air bagian + potongan es Massa es Temperatur Pengukuran kapasitas kalor jenis logam Berat kalorimeter Berat kalorimeter + air Berat keeping logam Temperatur LVI. RALAT KERAGUAN 56.1 Pengukuran harga air kalorimeter Ralat berat kalorimeter Percobaan 1 222,8 222,62 0,18 0, ,7 222,62 0,08 0, ,6 222,62-0,02 0, ,5 222,62-0,12 0, ,5 222,62-0,12 0,0144 m =

11 = = = 0, ( 0,099) gr = (222,62 0,099)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99,95553 % Ralat berat kalorimeter + massa air bagian Percobaan 1 363,7 363,82-0,12 0, ,0 363,82 0,18 0, ,9 363,82 0,08 0, ,8 363,82-0,02 0, ,7 363,82-0,12 0,0144 m = =

12 = = 0, ( 0,058) gr = (363,82 0,058)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99, % Ralat berat kalorimeter + massa air bagian + massa air mendidih bagian Percobaan 1 415,6 415,58 0,02 0, ,7 415,58 0,12 0, ,5 415,58-0,08 0, ,5 415,58-0,08 0, ,6 415,58 0,02 0,0004 m = = =

13 = 0, ( 0,037) gr = (451,58 0,037)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99, % Massa air mendidih Pengukuran kalor lebur es Ralat berat kalorimeter Percobaan 1 242,0 241,94 0,06 0, ,7 241,94-0,24 0, ,9 241,94-0,04 0, ,0 241,94 0,06 0, ,1 241,94 0,16 0,0256 m = =

14 = = 0, ( 0,068) gr = (241,94 0,068)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99, % Ralat berat kalorimeter + massa air bagian Percobaan 1 375,1 375,22-0,12 0, ,3 375,22 0,08 0, ,2 375,22-0,02 0, ,2 375,22-0, ,3 375,22 0,08 0,0064 m = = = = 0, ( 0,037) gr = (375,22 0,037)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99, % Ralat berat kalorimeter + massa air bagian + potongan es

15 Percobaan ,96 0,04 0, ,9 399,96-0,06 0, ,9 399,96-0,06 0, ,96 0,04 0, ,96 0,04 0,0016 m = = = = 0, ( 0,024) gr = (399,96 0,012)gr Ralat nisbi ( ) ( ) = 99,997 % Ralat massa es Pengukuran kapasitas kalor jenis logam Ralat berat kalorimeter Percobaan ,9 399,96 0,04 0, ,8 399,96-0,06 0, ,8 399,96-0,06 0, ,7 399,96 0,04 0, ,7 399,96 0,04 0,0016

16 m = 2 1 = = = 0, ( 0,024) gr = (399,96 0,012)gr Ralat nisbi ( 100 ) ( ) ( ) = 99,997 % Ralat berat kalorimeter air Percobaan ,4 310,44-0,04 0, ,5 310,44 0,06 0, ,4 310,44-0,04 0, ,4 310,44-0,04 0, ,5 310,44 0,06 0,0036 m = 2 1 = = = 0, ( 0,024) gr

17 = (310,44 0,012)gr Ralat nisbi ( 100 ) ( ) ( ) = 99, % Ralat berat keeping logam Percobaan ,3 14, ,3 14, ,3 14, ,3 14, ,3 14,3 0 0 m = 2 = = 0 = 0 gr = (14,3 0)gr Ralat nisbi ( 100 ) ( = 100 % 100 ) LVII. PEMBAHASAN LVIII. KESIMPULAN

18 DAFTAR ISI