Laporan Praktikum Kapasitas Kalor Kalorimeter
LAPORAN PRAKTIKUM
KAPASITAS KALOR KALORIMETER
Nama : Rizka Pebrianti
NIM : 19030184001
Kelas : Pendidikan Fisika A
Fakultas : FMIPA
KAPASITAS KALOR KALORIMETER
ABSTRAK
Dalam kehiupan sehari-hari sering ditemui benda yang dapat menghasilkan panas ataupun menyerap panas. Misalkan dalam pembuatan kopi, ketika diberikan air panas suhu dari kopi pun tersa panas, tetapi ketika ditambahkan air biasa suhu yang dihasilkan pun menurun. Lantas yang terjadi dalam kopi tersebut sesuai dengan Azaz Black. Sama halnya dengan kalorimeter yang berfungsi sebagai wadah untuk menerapkan azaz black tersebut. Kalorimeter memiliki suatu nilai kapasitas yang sesuai dengan bahan ynag dipakainya. Oleh karena itu, tujuan dari praktikum kali ini adalah menentukan kapasitas kalor kalorimeter. Untuk mendapatkan nilai tersebut, pertama-tama dilakukan pengukuran meliputi massa dari kalorimeter dan pengaduk dan air biasa, pengukuran suhu awal. Kemudian dilakukan manipulasi terhadap massa dari air panas yakni 60g, 70g, 80g, 90g, dan 100g. Suhu dari air panas tersebut dikontrol sebesar 70 oC. Kemudian semua komponen tersebut dicampur dalam kalorimeter. Yang kemudian didapatkan suhu campuran. Dari data tersebut kemudian dimasuukkan ke dalam azaz black dimana Qmasuk=Qterima. Dari percobaan ini, didapatkan hasil dari lima massa air panas yang berbeda sebagai berikut: 7 kal/oC, 10 kal/oC, 11.36 kal/oC, 12.61 kal/oC, dan 12.5 kal/oC. Sedangkan menurut teori yang ada didapatkan nilai kapasitas kalor dari kalorimeter sebesar 7.13 kal/oC. Jadi nilai dari kapasitas kalor kalorimeter memiliki hasil yang konstan.
Kata Kunci: Kalorimeter, Azaz Black, Kalor. Kapasitas kalor
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Segelas air panas yang dicampurkan dengan segelas air dingin akan terasa hangat. Hal ini disebabkan oleh adanya perpindahan kalor dari air panas ke air dingin. Itulah sebabnya suhu air panas turun dan suhu air dingin naik setelah keduanya bercampur. Pada proses pencampuran tersebut, kalor yang dilepaskan air panas diserap oleh air dingin. Jadi banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang diserap, sesuai dengan Azaz Black.
Hal tersebut sesuai dengan hukum kekealan energi yang menyatakan energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk kebentuk lain. Di alam ini terdapat banyak energi seperti energi kalor, energi listrik, energi bunyi, energi kimia, namun energi kalor hanya dapat dirasakan panasnya, seperti panas air mendidih. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat alat-alat pemanas yang menggunakan energi listrik seperti kompor, teko pemanas, penanak nasi ataupun pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu merubah energi listrik menjadi energi kalor/panas. Energi kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika benda bersentuhan/ bercampur. Alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor dalam suatu perubahan disebut kalorimeter. Kalorimer yang biasa digunakan di laboratorium fisika berbentuk bejana yang terbuat dari logam.
Kapasitas kalor (C) adalah objek bernilai konstan antara panas Q yang diserap atau dilepas objek dan perubahan suhu ΔT yang dihasilkan objek. Kapasitas panas C memiliki satuan unit energi per derajat atau energi per kelvin. Pada praktikum kali ini praktikan dimaksudkan untuk mencari nilai kapasitas kalor suatu kalorimeter.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, adapun rumusan masalah yang didapatkan meliputi:
1. Bagaimana penentuan nilai kapasitas kalor kalorimeter?
C. Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum kali ini adalah:
1. Untuk menentukan nilai kapasitas kalor kalorimeter.
BAB II
DASAR TEORI
Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1 oC. Jumlah energy panas yang dibutuhkan untuk menaikkan tempertur suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperature suatu zat dan massanya (Giancoli, 1997):
Q = m . c . ΔT ………………………………………… (1)
Dengan :
Q = kalor yang diperlukan (Joule atau kalori)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis suatu zat (Joule / kg K)
ΔT = perubahan suhu / temperatur (K)
Dimana c merupakan kalor jenis suatu zat yang memiliki artian bahwa banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu. Berikut merupakan kalor jenis yang dimiliki oleh beberapa zat:
Gambar 1 Kalor Jenis Beberapa Zat
Sumber: Young and Freedman University Physics 13th
Kalor merupakan salah satu bentuk energi, berarti kalor merupakan suatu besaran fisika yang dapat diukur. Alat yang digunakan untuk mengukur kalor disebut kalorimeter. Kalorimeter merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur kalori jenis suatu zat. Salah satu bentuk kalorimeter adalah kalorimeter campuran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan dalam bejana lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat misal gabus atu wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai isolator agar pertukaran kalor dengan sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Suatu calorimeter memiliki kapasitas yang berbeda-beda, bergantung pada bahan yang dimilikinya. Kapasitas kalor dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu. Secara matematis kapasitas kalor dapat dirumuskan dengan persamaan :
……………………………………….(2)
Dimana :
C = kapasitas kalor (J/K)
Q = kalor (J atau kal)
T = perubahan suhu (K atau 0C)
Bila dua benda atau lebih mempunyai suhu yang berbeda-beda dan saling bersinggungan, maka akhirnya kedua benda tersebut akan berada dalam kesetimbangan (mempunyai suhu yang sama). Hal ini terjadi disebabkan karena adanya perpindahan kalor di antara benda-benda tersebut. Benda yang suhunya tinggi melepaskan kalor, sedangkan benda yang suhunya rendah akan menyerap kalor. Jumlah kalor yang dilepas dan diterima telah dinyatakan oleh Joseph Black dalam suatu azas yang disebut "azas black" atau hukum pertukaran panas yang berbunyi “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”. Rumusnya dapat diformulasikan sebagai berikut:
………………………………..(3)
Dengan :
QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)
QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)
Persamaan (1) dan (2) disubstitusikan pada perasamaan (3) diperoleh :
……….………………….(4)
Dimana :
m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)
m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)
c1 = kalor jenis benda 1 (J/kg0C)
c2 = kalor jenis benda 2 (J/kg0C)
C = Kapasitas kalor kalorimeter (J/oC)
T1 = suhu mula-mula benda 1 (0C atau K)
T2 = suhu mula-mula benda 2 (0C atau K)
Tc = suhu akhir atau suhu campuran (0C atau K)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
A. Alat dan Bahan
1. Kalorimeter 1 buah
2. Bunsen 1 buah
3. Kaki tiga dan kasa 1 buah
4. Neraca teknis 1 buah
5. Gelas ukur 1 buah
6. Bejana 1 buah
7. Termometer 1 buah
8. Air secukupnya
B. Gambar Percobaan
Gambar 2 Rancangan Percobaan
Gambar 3 Rancangan Percobaan
C. Variabel Percobaan
1. Variabel kontrol : Massa kalorimeter dan pengaduk, massa air biasa, termometer, suhu air biasa, suhu air panas.
2. Variabel manipulasi : Massa air panas
3. Variabel Respon : Suhu campuran
D. Langkah Percobaan
1. Disiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan
2. Ditimbang kalorimeter (wadah + pengaduk) menggunakan neraca teknis
3. Dimasukkan air biasa kedalam kalorimeter, kemudian mengukur suhu air biasa menggunakan termometer dan menimbang massanya
4. Ditimbang massa air yang akan dipanaskan, kemudian memanaskan air menggunakan heater dengan suhu yang telah ditentukan
5. Dimasukkan air panas kedalam kalorimeter yang telah berisi air biasa
6. Ditutup kalorimeter dan mengaduk sambil menunggu suhu akhir campuran konstan
7. Diulangi percobaan dengan memanipulasi massa air panas sebanyak 5 kali
BAB IV
DATA DAN ANALISIS
A. Data dan Analisis
Pada percobaan kali ini, bertujuan untuk memperoleh kapasitas kalor dari kalorimeter. Untuk mendapatkan data tersebut pertama-tama dilakukan pengukuran massa dari kalorimeter dan pengaduk, air biasa dan air panas. Untuk massa air panas yang digunakan dimanipulasi menjadi lima masa yakni (60±0.05) g, (70±0.05) g, (80±0.05) g, (90±0.05) g, dan (100±0.05) g. Kemudian dilakukan pengukuran suhu awal dari kalorimeter dan air biasa menggunakna termometer. Kemudian dipanaskan air dengan massa tersebut (massa air panas) menggunakan hitter, dimana nantinya suhu dari air panas akan dikontrol sebesar (70±0.5) oC. yang kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter yang sudah berisi air biasa. Kemudian diaduk aduk hingga mendapatkan suhu canpuran yang konstan.
Gambar 4 pengukuran kalorimeter dan air Gambar 5 pengukuran air panas
Gambar 6 Hubungan Massa Panas dengan Suhu Campuran
Berdasarkan data yang telah diperoleh, didapatkan hasil yang tertera pada gambar 6. Pada gambar tersebut didapatkan hubungan antara massa air panas dengan suhu campuran dari sistem tersebut. Didapatkan hasil secara berurutan dengan massa air panas sebesar (60±0.05) g, (70±0.05) g, (80±0.05) g, (90±0.05) g, (100±0.05) g adalah sebagai berikut: (51±0.5) oC, (52±0.5) oC, (53±0.5) oC, (54±0.5) oC, dan (55±0.5) oC. Dari data tersebut hubungan antara massa air panas dengan suhu campuran memiliki hasil berbanding lurus. Hal tersebut berarti semakin besar massa air panas yang digunakan maka akan semakin tinggi suhu campuran yang didapatkan. Pada keadaan tersebut terjadi kesetimbangan termal antara air panas, air biasa, dan kalorimeter. Sesuai dengan hukum ke-0 termodinamika yang berbunyi “Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”. Hukum ke nol termodinamika tersebut berhubungan dengan kesetimbangan termal antara benda benda yang saling bersentuhan. Sehingga suhu campuran yang dihasilkan tersebut merupakan suhu akhir yang merupakan suhu dari ketiga benda tersebut.
Gambar 7 Hubungan Massa Air Panas dengan Kapasitas Kalor Kalorimeter
Pada gambar 7, menjelaskan mengenai hubungan anatar massa air panas dengan kapasitas kalor kalorimeter. Didapatkan hasil kapasitas kalor kalorimeter secara berurutan dengan massa air panas sebesar (60±0.05) g, (70±0.05) g, (80±0.05) g, (90±0.05) g, (100±0.05) g adalah sebagai berikut: 7 kal/oC, 10 kal/oC, 11.36 kal/oC, 12.61 kal/oC, dan 12.5 kal/oC. data tersebut didapatkan berdasarkan azaz black yang memilu maksud “Kalor masuk = kalor ke luar”. Yang dimaksdu kalor yang masuk adalah benda yang memiliki suhu yang tinggi, sedangkan untuk kalor yang ke luar adalah ebnda yang memiliki suhu rendah. Dalam sistem ini yang berfungsi sebagai pemberi kalor adalah air panas, sedangkan untuk penerima kalor adalah air biasa dan kalorimeter. Dalam hal ini kalorimeter memiliki nilai kapasitas kalor. Kapasitas kalor dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu. Dalam hal ini nilai kapasitas kalor kalorimeter dapat pula didefinisikan sebagai hasil kali antara massa kalorimeter dengan kalor jenis kalorimeter. Dalam hal ini kalor jenis kalorimeter sama dengan kalor jenis aluminium, dikarenakan kalorimeter terbuat dari bahan aluminium, sehingga memiliki nilai sebesar 900 J/kg oC atau setara dengan 0.216 kal/g oC. Berdasarkan teori tersebut didapatkan nilai kapasitas kalorimeter (teori) sebesar 7.13 kal/oC. Terdapatnya perbedaan antara percobaan dengan teori yang ada disebebkan karena kurang telitinya praktikan dalam membaca suatu skala yang ada. Selain itu mungkin saja disebabkan karena kurang tepatnya dalam melakukan percobaan, misalnya dalam hal penentuan suhu campuran mungkin saja suhu yang didapatkan itu masih belum konstan atau stabil.
B. Jawaban Pertanyaan
1. Bagaimana cara menentukan besar kapasitas kalor pada suatu kalorimeter?
Kapasitas kalor kalorimeter dapat diukur melalui prinsip azaz black dimana
Qmasuk = Qterima
m1 c1 (T1 – Tc) = m2 c2 (Tc – T2) + C (Tc – T2)
Dimana :
m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)
m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)
c1 = kalor jenis benda 1 (J/kg0C)
c2 = kalor jenis benda 2 (J/kg0C)
C = Kapasitas kalor kalorimeter (J/oC)
T1 = suhu mula-mula benda 1 (0C atau K)
T2 = suhu mula-mula benda 2 (0C atau K)
Tc = suhu akhir atau suhu campuran (0C atau K)
2. Apakah kapasitas kalor pada sebuah kalorimeter dapat berubah?
Kapasitas kalor pada sebuah kalorimeter memiliki nilai yang konstan. Hal tersebut terjadi sesuai dengan bahan yang digunakan pada kalorimeter tersebut. Dimana harga kapasitas kalor kalorimeter itu sendiri dapat dihitung dengan C = mk ckalorimeter.
3. Bagaimana prinsip perpindahan kalor pada kalorimeter yang dikaitkan dengan hukum ke-0 Termodinamika?
Hukum ke-0 termodinamika yang berbunyi “Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain”. Hukum ke-0 termodinamika tersebut berhubungan dengan kesetimbangan termal antara benda benda yang saling bersentuhan. Pada percobaan ini sistem yang pertama yakni suhua air biasa yang kemudian dicampur dengan sistem kedua yaitu air panas yang kemudian menghasilkan kesetimbangan termal dengan sistem ketiga yakni suhu campuran sehingga ketiga sistem tersebut berada dalam suatu kesetimbangan termal.
4. Menentukan faktor koreksi. Apakah ada variabel yang diabaikan dalam percobaan yang anda lakukan? Variabel apa yang anda abaikan?
Iya ada variabel yang diabaikan, yakni variabel kontrol (tetap) meliputi: massa kalorimeter dan pengaduk, massa air biasa, suhu air panas, suhu air biasa, suhu kalorimeter.
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa kapasitas kalor suatu benda dapat diartikan sebagai jumlah kalor atau panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda dalam satuan suhu. Dalam hal ini kapasitas kalor suatu kalorimeter memiliki nilai yang konstan karena setara dengan massa dari benda tersebut dikalikan dengan kalorjenis suatu benda. Besar kapasitas kalor kalorimeter yang didapat pada percobaan ini memiliki hasil yang berbeda-beda, misalnya pada massa air panas sebesar (60±0.05)g memiliki hasil 7 kal/oC. Berdasarkan teori nilai kapasitas kalor kalorimeter meiliki nilai 7.13 kal/oC. Perbedaan yang terjadi tersebut, mungkin saja dikarenakan kesalahan atau kurang telitinya praktikan dalam melakukan praktikum.
B. Saran
Adapun saran yang didapat dari percobaan ini adalah:
1. Dalam melakukan pengukuran, dibutuhkan ketelitian yang lebih. Agar dalam menentukan suatu hasil mendapatkan hasil yang hampir sama atau mendekati dengan teori yang ada.
2. Pemeriksaan terlebih dahulu alat dan bahan yang akan digunakan, dikarenakan dapat memengaruhi hasil atau data yang akan didapat.
3. Praktikan harus teliti dalam memahami langkah-langkah yang ada dalam percobaan ini seperti penentuan suhu campuran, pengontrolan massa air panas agar mendapatkan hasil yang sesuai
DAFTAR PUSTAKA
Halliday, David, dkk. 2010. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta:Erlangga
Hugh, Young; Roger Freedman. 2013. Sears and Zemansky’s University Physics with Modern Physics 13th Edition. United State:Pearson Education.
Mikrajuddin, Abdullah. 2016. Fisika Dasar 1. Kampus Ganesa:Institut Teknologi Bandung
Tim Laboratorium Fisika Dasar. 2018. Buku Panduang Praktikum Fisika Dasar I. Surabaya:Unipress
LAMPIRAN PLAGIASI
LAMPIRAN
No Keterangan Gambar No Keterangan Gambar
1 Pengukuran massa kalorimeter 4 Pengukuran suhu mula-mula
2 Pengukuran massa air panas 5 Pengukuran suhu campuran
3 Pengukuran massa kalorimeter dan air 6 Rancangan percobaan