Laporan Praktikum Kalorimeter Widhya

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR Kalorimeter Disusun oleh : Nama

: Widhya Pratiwi Rachman

NPM

: 240110120020

Kelompok/Shift

: 6/A1

Hari dan Tanggal

: Selasa, 4 Desember 2012

Waktu

: 08.00 - 10.00

Asisten

: Rijalul Fikri Rusyda Sofyan

LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN 2012

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kita mengetahui bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian juga menghasilkan panas. Pada peralatan–peralatan yang menggunakan arus listrik sebagai sumber energinya, apabila kita aktifkan dalam jangka waktu tertentu,

maka

akan timbul

panas pada bagian rangkaian

listrik

yang

merupakan tempat/pusat aktifitas arus listrik. Kenyataan tersebut perlu dikaji lebih lanjut mengingat panas yang ditimbulkan tergantung oleh beda potensial, arus listrik serta waktu yang diperlukan. Hukum kekekalan energi menyatakan energi didak dapat dimusnahkan dan dapat diciptakan melainkan hanya dapt diubah dari satu bentuk kebentuk lain. Di alam ini bnayak terdapat energi seperti energi listri, energi kalor,energi bunyi, namum energi kalor hanya dapat dirasakan seperti panas matahari. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat alat-alat pemanas yang menggunakan energi listrik seperti teko pemanas, penanak nasi, kompor listrik ataupun pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu merubah energi listrik yang mengalir pada kumparan kawat menjadi energi kalor/panas. Sama halnya dengan kalorimeter yaitu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan. Besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor berikut: 1. massa zat 2. jenis zat (kalor jenis) 3. perubahan suhu 1.2 Tujuan Setelah menyelesaikan modul ini diharapkan mampu : 1.2.1 Mahasiswa mampu memahami sistem kerja kalorimeter 1.2.2 Arti fisis tara panas listrik BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kalorimeter

Gambar 2.1 Kalorimeter Energi mekanik akibat gerakan partikel materi dan dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lain disebut kalor. (Syukri S, 1999).Pengukuran jumlah kalor reaksi yang diserap atau dilepaskan pada suatu reaksi kimia dengan eksperimen disebut kalorimetri. Sedangkan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskanadalah

kalorimeter.

Dengan

menggunakan hukum Hess, kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar, energi ikatan dan secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter berlangsung secara adiabatik, yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter. (Petrucci,1987). Kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu kalorimeter sebesar 1 0C pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimetri (Petrucci,1987). Dalam proses ini berlaku azas Black yaitu: q lepas = q terima q air panas = q air dingin + q kalorimeter m1 c (Tp – Tc) = m2 c (Tc – Td) + C(Tc – Td) keterangan: m1 = massa air panasm2 = massa air dingin c = kalor jenis air C = kapasitas kalorimeter Tp = suhu air panas Tc = suhu air campuran Td = suhu air dingin

Sedang hubungan kuantitatif antara kalor dan bentuk lain energi disebut termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan (Keenan, 1980). Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem (Petrucci, 1987).Hukum kedua termodinamika yaitu membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan. Proses spontan yaitu reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar. Sedangakan reaksi tidak spontan tidak terjadi tanpa bantuan luar. Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi dari kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak ialah nol. Kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak menunjukkan keteraturan tertinggi yang dimungkinkan dalam sistem termodinamika. Jika suhu ditingkatkan sedikit diatas 0 0K, entropi meningkat. Entropi mutlak selalu mempunyai nilai positif (Petrucci, 1987). Kalor reaksi dapat diperoleh dari hubungan massa zat (m), kalor jenis zat (c) dan perubahan suhu (∆T), yang dinyatakan dengan persamaan berikut : q = m . c . ∆T (Petrucci, 1987). Keterangan : q = jumlah kalor (Joule) m = massa zat (gram) Δt = perubahan suhu (takhir - tawal) c = kalor jenis 2.2 Kalorimetri Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan kalorimeter. Kata kalorimetri berasal dari bahasa Latin yaitu calor, yang berarti panas. Kalorimetri tidak langsung (indirect calorimetry) menghitung panas pada makhluk hidup yang memproduksi karbondioksida dan buangan nitrogen (ammonia, untuk organisme perairan, urea, untuk organisme darat) atau konsumsi oksigen. Lavosier (1780) mengatakan bahwa produksi panas dapat diperkirakan dari konsumsi oksigen

dengan menggunakan regresi acak. Hal itu membenarkan teori energi dinamik. Pengeluaran panas oleh makhluk hidup juga dapat dihitung oleh perhitungan kalorimetri langsung (direct calorymetry), dimana makhluk hidup ditempatkan didalam kalorimeter untuk dilakukan pengukuran. Jika benda atau sistem diisolasi dari alam, maka temperatur harus tetap konstan. Jika energi masuk atau keluar, temperatur akan berubah. Energi akan berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya yang disebut dengan panas dan kalorimetri mengukur perubahan suhu tersebut, bersamaan dengan kapasitas panasnya, untuk menghitung perpindahan panas. Kalorimetri adalah pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. Kalorimeter adalah alat untuk mengukur panas dari reaksi yang dikeluarkan. Berikut adalah gambar kalorimeter yang kompleks dan yang sederhana. Kalorimetri adalah pengukuran kuantitas perubahan panas. Sebagai contoh, jika energi dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan. Kalorimeter digunakan untuk menghitung energi dari makanan dengan membakar makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter. Bahan yang masuk kedalam kalorimetri digambarkan sebagai volume air, sumber panas yang dicirikan sebagai massa air dan wadah atau kalorimeter dengan massanya dan panas spesifik. Keseimbangan panas diasumsikan setelah percobaan perubahan suhu digunakan untuk menghitung energi tercapai. 2.3 Jenis-Jenis Kalorimeter Beberapa jenis kalorimeter : 1) Kalorimeter Bom Merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom (tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.

Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom. Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka : qreaksi = – (qair + qbom) Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus : qair = m x c x DT dengan : m = massa air dalam kalorimeter (g) c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J/g.oC) atau (J/g. K) DT = perubahan suhu (oC atau K) Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat dihitung dengan rumus : qbom = Cbom x DT dengan : Cbom = kapasitas kalor bom (J/oC) atau (J/K) DT = perubahan suhu (oC atau K) Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (DV = nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya. DE = q + w dimana w = - P. DV (jika DV = nol maka w = nol) Maka : DE = qv 2) Kalorimeter Sederhana Pengukuran kalor reaksi; selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi asam–basa/netralisasi, pelarutan dan pengendapan). Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap/dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan; diabaikan. qreaksi = – (qlarutan + qkalorimeter)

qkalorimeter = Ckalorimeter x DT dengan : Ckalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter (J/oC) atau (J/K) DT = perubahan suhu (oC atau K) Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil; maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter. qreaksi = – qlarutan qlarutan = m x c x DT dengan : m = massa larutan dalam kalorimeter (g) c = kalor jenis larutan dalam kalorimeter (J/g.oC) atau (J/g. K) DT = perubahan suhu (oC atau K) Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (DP = nol) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan entalpinya. DH = qp

BAB III METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat 1. Kalorimeter yang dilengkapi dengan kumparan pemanas dan pengaduk 2. Termometer 3. Voltmeter 4. Amperemeter 5. Gelas ukur 6. Stopwatch 7. 5 kabel penghubung 3.1 Bahan 1. Air 3.2 Prosedur 1. Dengan menggunakan gelas ukur yang tersedia, isilah kalorimeter dengan air suling sebanyak 100 gram 2. Rangkai alat- alat percobaan.

3.

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Hubungkan arus dalam waktu yang singkat dan atur arusnya sebesar

5.

0,3 A, kemudian sumber tegangan DC dimatikan lagi. Aduklah air, dan catatlah suhu sebagai suhu awal T1 Alirkan kembali arus listrik (sumber tegangan DC diaktifkan), catat

6.

tegangan yang terukur pada voltmeter. Catatlah suhu pada waktu 3 menit, 6 menit, 9 menit, 12 menit, dan 15

4.

menit, isikan 7.

8. 9.

10. 11.

sebagai suhu akhir T2. Setelah 15 menit , matikan

sumber tegangan DC Gantilah air di dalam calorimeter dan ulangi percobaan di atas dengan besar arus 0,5 A. Tulis hasil pada data tabel yang tersedia. Hitunglah tara panas listrik untuk masing-masing percobaan dan hitung rata-ratanya. Hitung hambatan dan daya listrik kumparan. Hitung ketelitian percobaan dengan literatur (1 kalori = 4,2 Joule)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.2 Hasil 

Data Massa air suling = 100 gram = 0,1 kg c = 4,2

a=

Tabel Data I (A)

V(V)

0,3

0,2

0,5

0,3

t (s) 180 360 540 720 900 180 360 540 720 900

Perhitungan :

a= a1 =

kJ/kg

a2 =

kJ/kg

a3 =

kJ/kg

a4 =

kJ/kg

a5 =

kJ/kg

a6 =

kJ/kg

a7 =

kJ/kg

T1 (oC)

29

33

T2 (oC) 30 35 35 35 36 36 37 38 38,25 39,75

∆T (oC) 1 6 6 6 7 3 4 5 5,25 6,75

a 0,038 0,116 0,077 0,058 0,054 0,046 0,031 0,025 0,020 0,021

arata-rata

0,0686

0,0286

a8 =

kJ/kg

a9 =

kJ/kg

a10 =

kJ/kg

R= R1 =

R2=

ohm

ohm

P=V.I P1 = 0,2 . 0,3 = 0,06 P2 = 0,3 . 0,5 = 0,15 Q = a . I2 . R . T Q1 = 0,038 . (0,3)2 . 0,66 . 180 = 0,406 kJ Q2 = 0,116 . (0,3)2 . 0,66 . 360 = 2,480 kJ Q3 = 0,077 . (0,3)2 . 0,66 . 540 = 2,469 kJ Q4 = 0,058 . (0,3)2 . 0,66 . 720 = 2,480 kJ Q5 = 0,054 . (0,3)2 . 0,66 . 900 = 2,886 kJ Q6 = 0,046 . (0,5)2 . 0,6 . 180 = 1,242 kJ Q7 = 0,031 . (0,5)2 . 0,6 . 360 = 1,674 kJ Q8 = 0,025 . (0,5)2 . 0,6 . 540 = 2,025 kJ Q9 = 0,020 . (0,5)2 . 0,6 . 720 = 2,16 kJ Q10 = 0,021 . (0,5)2 . 0,6 . 900 = 2,835 kJ KR = 100% -

KR1 = 100% -

= 100% - 71,7% = 28,9%

KR2 = 100% -

= 100% - 87,9% = 12,1%

KP =

KP1 = = 71,1% KP2 = = 87,9% 4.2 Pembahasan Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor. Kalorimetri adalah pengukuran kalor yang menggunakan alat kalorimeter. Kalorimetri adalah pengukuran kuantitas perubahan panas. Sebagai contoh, jika energi dari reaksi kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah panas yang ditambahkan. Prinsip dari kalorimeter adalah memanfaatkan perubahan fase dari sifat fisik suatu zat untuk membandingkan kapasitas penerimaan kalor dari zat-zat yang berbeda. Prinsip pengukuran pada percobaan ini disebut kalorimetri. Alat pengukur kalor jenis zat berdasarkan prinsip kalorimetri disebut kalorimeter. Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas Black. Teori yang dikemukakan oleh Joseph Black atau lebih dikenal dengan azas Balck. Yaitu, apabila dua benda yang suhunya berbeda dan dicampur, maka benda yang lebih panas melepas kalor kepada benda yang lebih dingin sampai suhu keduanya sama. Banyaknya kalor yang dilepas benda yang lebih panas sama dengan banyaknya kalor yang diterima benda yang lebih dingin. Sebuah benda untuk menurunkan ΔT akan melepaskan kalor yang sama besarnya dengan

banyaknya kalor yang dibutuhkan benda itu untuk menaikkan suhunya sebesar ΔT juga. Teorinya adalah Qlepas=Qterima, m1 c1 (T1-Ta)= m2 c2 (Ta-T2) Ada beberapa jenis kalorimeter. Pertama adalah kalorimeter bom. Merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom (tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas. Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom. Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka: Qreaksi= (-Qair+ Qbom) Jumlah kalor yang diserap oleh air dapat dihitung dengan rumus Qair= m.Cp.ΔT. jumlah kalor yang diserap oelh bom dapat dihitung dengan rumus Qbom= Cbom.ΔT. reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (ΔV=nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem= perubahan energi dalamnya. Fungsi dari kalorimeter bom adalah untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran. Jenis kedua adalah kalorimeter sederhana. Pengukuran kalor reaksi, selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam. Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan (misalnya reaksi netralisasi asam-basa/netralisasi, pelarutan dan pengendapan). Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap/dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan. Qreaksi = (Qlarutan+Qkalorimeter). Qkalorimeter.Ckalorimeter.ΔT. dengan: Ckalorimeter = kapasitas kalor kalorimeter (J/oC) atau (J/K). jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil, maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter. Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekana

tetap (Δp=nol) sehingga

perubahan kalor yang terjadi dalam sistem=perubahan entalpinya. Fungsi dari kalorimeter sederhana adalah dalam pengukuran kalor reaksi. Pada rumus a =

dimana a adalah tara panas.

Pada rumus R =

dimana R adalah rambatan, V adalah tegangan, sementara I

adalah arus. Pada rumus Q = a . I2 . R . T dimana Q adalah muatan kalor. Pada rumus KR

= 100% -

dimana KR adalah kesalahan

relatif. Pada rumus KP

=

dimana KP adalah ketelitian percobaan.

BAB V KESIMPULAN Dalam praktikum kalorimeter ini dapat di ambil kesimpulan bahwa : 1. Kalori meter adalah alat untuk mengukur kalor jenis suatu zat. 2. Kalorimeter berfungsi dalam pengukuran panas secara kuantitatif yang masuk selama proses kimia. 3. Dalam kalorimeter hubungan asas Black terhadap kalorimeter yaitu kalor pada sistem arah konstan apabila sistem terisolasi sehingga Q masuk sama dengan Q keluar. 4. Jenis kalorimeter ada dua yaitu, kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana 5. Prinsip dari kalorimeter adalah memanfaatkan perubahan fase dari sifat fisik suatu zat untuk membandingkan kapasitas penerimaan kalor dari zat-zat yang berbeda. 6. Sifat-sifat kalorimeter adalah menjaga suhu suatu zat dan tidak terpengaruh oleh lingkungan, sifatnya dalam proses adalah secara adiabatic yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar ke dalam kalorimeter

DAFTAR PUSTAKA Novanurfauziawati.2012.Modul 8 Kalorimeter.Terdapat pada : http://novanurfauziawati.files.wordpress.com/2012/01/modul-8-kalorimeter.pdf (Diakses, 07-12-2012 pukul 19.00 WIB) Loophee.2011.Kalor Jenis 9.Terdapat pada : http://loophee.files.wordpress.com/2011/02/kalor-jenis9.pdf (Diakses, 07-12-2012 pukul 19.15 WIB) Diannovitasari.2011.Jenis-Jenis Kalorimeter.Terdapat pada : http://diannovitasari.wordpress.com/jenis-jenis-kalorimeter/ (Diakses, 09-12-2012 pukul 18.00 WIB)