KALORIMETER

KALORIMETER I dan II

TUJUAN

1. Memahami azas Black dan kekekalan energi
2. Menentukan kapasitas kalor bahan dengan menggunakan calorimeter
3. Membuktikan nilai 1 kalori adalah setara dengan 4,186 Joule

I. TEORI PENGANTAR

Kalorimeter I
Kalorimeter berarti “mengukur panas”. Ketika aliran panas terjadi antara dua benda yang terisolasi dari lingkungannya, jumlah panas yang hilang dari satu benda harus setara dengan jumlah benda lainnya.
Panas adalah yang berpindah, jadi prinsipnya adalah prinsip kekekalan energi.Kuantitas panas yang ditambahkan pada suatu benda sebagai positif dan pada kuantitas yang meninggalkan benda sebagai negative.Ketika sejumlah benda berinteraksi, jumlah aljabar dari setiap kuantitas panas yang dipindahkan pada semua benda harus sama dengan nol.Ini adalah Azas Black yang dasarnya adalah kekekalan energi.
Kalor selalu berkaitan dengan dua hal yaitu proses pemanasan atau proses pendinginan yang melibatkan perubahan suhu dan proses perubahan wujud zat yang terjadi pada suhu yang tetap.
Proses pemanasan dan pendinginan digunakan persamaan :

Q = m . c . ∆T

Dimana : Q = kalor yang dilepaskan atau diterima ( Joule )
m = massa bahan ( kg )
c = kapasitas panas spesifik bahan ( J/kgoC )
∆T = perubahan suhu ( oC )

Proses perubahan wujud zat, digunakan persamaan :

Q = m . Lv

Dengan : Q = kalor yang dilepaskan atau diterima ( Joule )
m = massa bahan ( kg )
Lv = kalor laten peleburan/pembekuan ( J/kg)


Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kapasitas kalor suatu benda kapasitas kalor spesifik suatu bahan.
Di dalam kalorimeter terdapat pengaduk yang terbuat dari bahan yang sama dengan bejana kalorimeter ( P ). Tutup kalorimeter ( T ) terbuat dari bahan isolator yang berlubang di tengah untuk memasang termometer.
Pada teknik yang dikenal dengan teknik pencampuran, satu sampel zat dipanaskan sampai temperature tinggi yang diukur dengan akurat dan dengan cepat ditempatkan pada air dingin dalam kalorimeter.
Kalor yang hilang dari sampel tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter (bejana dan pengaduk ). Thermometer digunakan untuk mengukur temperature awal air dan calorimeter serta temperature akhir campuran.
Temperatur awal bejana, pengaduk, dan air diukur setelah seluruh bagian calorimeter dan air tersebut berada dalam keseimbangan termal yang berarti memiliki suhu yang sama.
Setelah dicamapur, suhu akhir diukur setelah dicapai keseimbangan termal antara air, sample bejana calorimeter, dan pengaduk.

Kalorimeter II

Telah dibuktikan oleh banyak ilmuwan dan eksperimen bahwa ketika 1 kalori kalor dikonversikan ke kerja mekanik atau kerja listrik maka 4,186 Joule kerja akan dihasilkan.
1 cal = 4,18 J
Elemen panas dalam sebuah calorimeter yang dihubungkan dengan sumber daya untuk tenggang waktu tertentu selama itu kerja listrik meningkatkan suhu zat cair
Untuk menghitung energi yang diberikan pada calorimeter, persamaan daya digunakan :
P = W / t atau W = P . t
Sedangkan daya listrik dinyatakan P = V . I, maka persamaan di atas yang memberikan konsumsi energi listrik menjadi ( persamaan 1 ) :
W = V . I . t
Di sisi lain, dengan mengukur tegangan yang diberikan V, arus efektif I dan waktu t, energi listrik yang diberikan pada calorimeter dapat dihitung dengan persamaan di atas. Dengan mengukur suhu awal dan akhir calorimeter, yaitu air, bejana aluminium dan elemen pemanas, maka energi yang dihasilkan dapat dihitung. Tentu saja kapasitas kalor spesifik air, aluminium serta elemen pemanas harus ditentukan dari literature fisika.
Panas yang diserap calorimeter :

Q total = Q air + Q bejana + Q pengaduk + Q elemen

Sebagai catatan elemen pemanas sendiri memiliki massa yang kecil dan massa tersebut dapat ditambahkan pada massa kaki logam elemen tersebut. Asumsikan elemen dan kaki logamnya memiliki jenis yang sama ( umumnya adalah brass ).
Q total = Q air + Q bejana + Q pengaduk + Q elemen

Qtotal = mair.cair.∆T + mAl.cAl.∆T + maduk.caduk.∆T + melemen.celemen. ∆T

Atau : ( persamaan 2 )

Qtotal = (mair.cair + mAl.cAl + mAduk.cAduk + melemen.celemen ) ∆T
Persamaan ini menghitung total panas yang dihasilkan dari kalor sebagai hasil kerja dari listrik dalam elemen pemanas dalam Joule. Kedua nilai dapat dihitung untuk menentukan berapa joule dapat dihasilkan darisuatu kalori atau sebaliknya.


II. ALAT DAN BAHAN

1. Kalorimeter lengkap dengan pengaduknya 1 buah
2. Thermometer alkohol 1 buah
3. Neraca ohauss 1 buah
4. Gelas ukur 5 ml 1 buah
5. Oven pemanas 1 buah
6. Air
7. Bahan/sample zat 1 buah
8. Power supply 1 buah
9. Multimeter 1 buah
10. Stopwatch 1 buah
11. Kabel penghubung 3 buah

III. CARA KERJA
Percobaan 1:
Menentukan kapasitas panas spesifik suatu bahan :
1. Ukurlah massa sample dengan neraca ohauss.
2. Timbanglah bejana dan pengaduk calorimeter sekaligus ( bila bahanmya sama), atau masing-masing bila bahan berbeda, bila pada gagang pengaduk terdapat bahan isolator maka dilepas terlebih dahulu.
3. Bahan calorimeter yang digunakan adalah aluminium.
4. Masukkan air ke dalam bejana calorimeter hingga kira-kira lebih sedikit dari setengahnya.
5. Pasang pengaduk dan timbanglah calorimeter berisi air dan pengaduknya.
6. Masukkan calorimeter ke dalam bejana pelindungnya ( plastik ) dan tutuplah calorimeter.
7. Pasang thermometer sedemikian rupa agar hanya bagian bola/ujung saja yang tercelup dalam air.
8. Amati perubahan suhu, tunggu hingga suhu yang ditunjukkan thermometer tidak bergerak lagi, dengan kata lain telah dicapai keseimbangan termal.
9. Catat suhu yang terbaca pada termometer pada suhu awal air, bejana dan pengaduk.
10. Panaskan bahan sample dengan memasukkan ke dalam oven kurang lebih 15 menit lalu baca temperature oven ( dianggap sama dengan suhu sample)
11. Lalu ambillah bahan dari oven masukkan dalam calorimeter yang berisi air tadi, tutup kembali dan pasang thermometer kembali dengan hati-hati.
12. Aduk perlahan sambil dibaca dan dicatat suhu yang dicapai setiap setengah menit dan hentikan pembacaan setelah 3 kali dibacanya suhunya tetap.
13. Setelah suhu tidak naik lagi, angkatlah thermometer dengan gabus secara hati-hati, perhatikan batas bagian thermometer yang tercelup dalam air, masukkan thermometer ke dalam gelas ukur yang yang berisi air untuk menentukan volume thermometer yang tercelup air.
14. Bukalah kalorimeter perlahan-lahan hingga tidak ada yang tercecer. Timbang kembali kalorimeter, pengaduk, air dan bahan.

Percobaan 2 :
Menentukan kapasitas panas spesifik suatu bahan :
1. Timbanglah bejana dan pengaduk calorimeter sekaligus ( bila bahannya sama ), atau masing-masing bila bahannya berbeda, bila pada gagang pengaduk terdapat bahan isolator maka dilepas terlebih dahulu.
2. Bahan calorimeter yang digunakan adalah aluminium.
3. Ukur pula massa elemen pemanas dan kakinya.
4. Masukkan air ke dalam bejana calorimeter hingga kira-kira setengahnya.
5. Pasang pengaduk dan timbanglah calorimeter berisi air dan pengaduknya hingga dapat diperoleh massa air.
6. Masukkan calorimeter ke dalam bejana pelindungnya ( plastic ) dan tutuplah calorimeter.
7. Pasang thermometer sedemikian rupa agar hanya bagian bola/ujung saja yang tercelup dalam air.
8. Amati perubahan suhu, tunggu hingga suhu yang ditunjukkan thermometer tidak bergerak lagi, dengan kata lain telah dicapai keseimbangan termal.
9. Catat suhu yang terbaca pada thermometer sebagai suhu awal air, bejana dan pengaduk.
10. Rangkailah elemen pemanas dengan power supply sebagaimana pada gambar dengan memasang pula kedua multimeter sebagai amperemeter dan sebagai voltmeter. ( Ingat posisi saklar masih dalam keadaan off ).
11. Set switch tegangan pada power supply pada angka 6 volt.
12. Siapkan stopwatch untuk mengukur waktu.
13. Hidupkan power supply dengan menekan tombol power.
14. Ukur dan catalah nilai arus dan tegangan yang terbaca pada multimeter. Ukurlah setiap 20 detik.
15. Tetaplah menjaga distribusi air yang merata dengan mengaduk atau mengocoknya dengan “gently”yaitu dengan stirring.
16. Setelah 2 menit matikan power supply, dan tunggu hingga temperature mencapai maksimum.
17. Catat temperature maksimum sebagai Tf.

IV. HASIL PENGAMATAN

Percobaan Kalorimeter 1 :
Keadaan/data limgkungan :
Suhu udara ruangan : 29 oC
Tekanan udara : Pa

Data Percobaan :
Massa calorimeter kosong : 36,7 gram
Massa pengaduk : 31,4 gram
Massa calorimeter, pengaduk dan air : 152,2 gram
Massa air : 84,1 gram
Temperatur awal air dan calorimeter : 29 oC
Temperatur oven/awal bahan sample : 114 oC
Pengukuran temperature air
½ menit ke-1 : 31 oC
½ menit ke-2 : 31,5 oC
½ menit ke-3 : 32 oC
½ menit ke-4 : 32 oC
½ menit ke-5 : 32 oC
½ menit ke-6 : 32 oC
½ menit ke-7 : 32 oC
½ menit ke-8 : 32 oC
Temperatur akhir campuran : oC
Volume thermometer yang tercelup : cm3
Massa calorimeter air dan bahan : gram

Data literature :
Kapasitas panas spesifik air : 4186 J/kg oC
Kapasitas panas spesifik aluminium : 900 J/kg oC
Kapasitas panas spesifik kaca : 840 J/kg oC


Percobaan Kalorimeter 2 :
Keadaan/data lingkungan :
Suhu udara ruangan : 29 oC
Tekanan udara : Pa
Kelembaban udara :


Data percobaan :
Massa calorimeter kosong : 106 gram
Massa pengaduk : 24,05 gram
Massa calorimeter, pengaduk dan air : 182,45 gram
Massa air : 25,7 gram
Massa elemen pemanas dan kaki : 8,2 gram
Temperatur awal air dan calorimeter : 30 oC
Hasil pengamatan :


t ( sekon ) V ( volt ) T (oC )
20 9,37 V 32,5
40 9,37 V 32,5
60 9,37 V 33
80 9,37 V 33,5
100 9,37 V 34
120 9,37 V 34,5
140 9,37 V 35
160 9,37 V 35,5
180 9,37 V 36
200 9,37 V 36,5
220 9,37 V 37
240 9,37 V 37,5

Temperatur maksimum : 37,5 oC