LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR I

KALORIMETER DAN KAPASITAS KALOR JENIS

Nama : Putu Yuliantari

NIM : 1108105040

Kelompok : V

Dosen : Ida Bagus Alit Paramarta, S.Si., M.Si

Asisten Dosen : Ni made Indah Suwandewi 0908205006

I Gede Astina 0908205008

Declarossy Natalia Sinaga 0908205012

Gelys Annisa Nindri 0908205019

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

2011

I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mempelajari cara kerja calorimeter

2. Menentukan alor lebur es

3. Menentukan kalor jenis berbagai logam

II. DASAR TEORI

Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau perubahan

fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan calorimeter. 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 system 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 calorimeter 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.

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum

untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur

suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat

besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan

suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor : massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan

suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis

Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang

digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah

kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu

kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg

zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis

adalah kalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang

lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi

energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam

pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor.

Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik,

pemanas listrik, dll.

Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang

dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.

W = Q

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t

Keterangan :

W adalah energi listrik (J)

P adalah daya listrik (W)

t adalah waktu yang diperlukan (s)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh

persamaan ;

P.t = m.c.(t2 – t1)

Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan

soal.

Kalor jenis (c) = banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T)

satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Secara matematis, kalor jenis

dinyatakan melalui persamaan di bawah :

Keterangan :

c = kalor jenis

Q = kalor (J)

m = massa benda (Kg)

delta T = perubahan suhu = suhu akhir (T2) – suhu awal (T1). Satuannya K

(J = Joule, K = Kelvin)

Satuan kalor jenis benda (c)

Kita bisa menurunkan satuan Kalor Jenis dengan mengoprek persamaan kalor jenis

: Satuan Sistem Internasional untuk kalor jenis benda adalah J/Kg.K

Kapasitas kalor (C) = banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu

seluruh benda sebesar satu derajat. Dengan demikian, benda yang mempunyai massa m

dan kalor jenis c mempunyai kapasitas kalor sebesar:

C = mc

Keterangan :

C = kapasitas kalor

m = massa benda (Kg)

c = kalor jenis (J/Kg.K)

Untuk menurunkan satuan kapasitas kalor (C), kita oprek saja persamaan kapasitas

kalor (C) di atas :

Satuan Sistem Internasional untuk kapasitas kalor benda = J/K (J = Joule, K =

Kelvin)

Catatan :

Pertama, skala celcius dan skala Kelvin mempunyai interval yang sama. Karenanya

selain menggunakan Co, kita juga bisa menggunakan K. Mengenai hal ini sudah

gurumuda jelaskan pada pokok bahasan Termometer dan Skala suhu (bagian terakhir).

Kedua, kkal bisa diubah menjadi Joule menggunakan tara kalor mekanik (tuh di

atas)

Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi

potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik ditimbulkan

karena atom – atom dan molekul molekul dalam zat bergerak secara acak. Jumlah total

dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H) . Entalpi akan tetap konstan selama tidak

ada energi yang masuk atau keluar dari zat. .Misalnya entalpi untuk air dapat ditulis H

H20 (l) dan untuk es ditulis H H20 (s).

Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua bentuk energi yang

dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan kalor atau entalpi yang terjadi

selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan ” perubahan

entalpi (ΔH) ” . Misalnya pada perubahan es menjadi air, maka dapat ditulis sebagai

berikut:

Δ H = H H20 (l) -H H20 (s)

Harga entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi ΔH dapat

ditentukan dengan cara mengukur jumlah kalor yang diserap sistem. Misalnya pada

perubahan es menjadi air, yaitu 89 kalori/gram. Pada perubahan es menjadi air, ΔH

adalah positif, karena entalpi hasil perubahan, entalpi air lebih besar dari pada entalpi es.

Termokimia merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajariyang menyertai

suatu reaksi. Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan

entalpi adalah sama besar dengan selisih antara entalpi hasil reaksi dam jumlah entalpi

pereaksi. Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH

positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil,

sehingga ΔH negatif. Perubahan entalpi pada suatu reaksi disebut kalor reaksi. Kalor

reaksi untuk reaksi-reaksi yang khas disebut dengan nama yang khas pula, misalnya kalor

pembentukan,kalor penguraian, kalor pembakaran, kalor pelarutan dan sebagainya.

Suatu reaksi kimia dapat dipandang sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua

bagian yang berbeda, yaitu pereaksi dan hasil reaksi atau produk. Perhatikan suatu reaksi

yang berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap (ΔV = 0), maka sistem tidak

melakukan kerja, w = 0. Jika kalor reaksi pada volume tetap dinyatakan dengan qv , maka

persamaan hukum termodinamika dapat ditulis:

ΔU = qv + 0 = qv = q reaksi

q reaksi disebut sebagai kalor reaksi. Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi

yang menyertai reaksi akan muncul sebagai kalor. Misal: suatu reaksi eksoterm

mempunyai perubahan energi dalam sebesar 100 kJ. Jika reaksi itu berlangsung dengan

volume tetap, maka jumlah kalor yang dibebaskan adalah 100 kJ.

Kebanyakan reaksi kimia berlangsung dalam sistem terbuka dengan tekanan tetap

(tekanan atmosfir). Maka sistem mungkin melakukan atau menerima kerja tekanan –

volume, w = 0). Oleh karena itu kalor reaksi pada tekanan tetap dinyatakan dengan qp ,

maka hukum I termodinamika dapat ditulis sebagai berikut:

ΔU = qp + w atau qp = ΔU – w = q reaksi

Untuk menyatakan kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap, para ahli

mendefinisikan suatu besaran termodinamika yaitu entalpi (heat content) dengan

lambang “H”. Entalpi didefinisikan sebagai jumlah energi dalam dengan perkalian

tekanan dan volume sistem, yang dapat dinyatakan:

H = U + P V

Reaksi kimia termasuk proses isotermal, dan bila dilakukan di udara terbuka maka

kalor reaksi dapat dinyatakan sebagai:

qp = Δ H

Jadi, kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap sama dengan perubahan

entalpi. Oleh karena sebagian besar reaksi berlangsung pada tekanan tetap, yaitu tekanan

atmosfir, maka kalor reaksi selalu dinyatakan sebagai perubahan entalpi (ΔH).

Akibatnya, kalor dapat dihitung dari perubahan entalpi reaksi, dan perubahan

entalpi reaksi yang menyertai suatu reaksi hanya ditentukan oleh keadaan awal (reaktan)

dan keadaan akhir (produk).

q = ΔH reaksi = Hp-Hr

Contoh:

Suatu reaksi berlangsung pada volume tetap disertai penyerapan kalor sebanyak 200

kJ. Tentukan nilai Δ U , Δ H, q dan w reaksi itu

Jawab:

Sistem menyerap kalor sebanyak 200 kJ , berarti q = + 200 kJ

Reaksi berlangsung pada volume tetap , maka w = 0 kJ.

ΔU = q + w

= + 200 kJ + 0 kJ = 200 kJ Δ H = q = + 200 kJ

Entalpi = H = Kalor reaksi pada tekanan tetap = Qp

Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimia

pada tekanan tetap.

a. Pemutusan ikatan membutuhkan energi (= endoterm)

Contoh: H2 ® 2H - a kJ ; DH= +akJ

b. Pembentukan ikatan memberikan energi (= eksoterm)

Contoh: 2H ® H2 + a kJ ; DH = -a kJ

Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian

disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi

menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi

keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :

Q lepas = Q terima

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor

adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan

diperoleh :

Q lepas = Q terima

m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda

yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan

(ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada

soal yang dikerjakan.

Asas ini menjabarkan:

Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas

memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas

benda panas

Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang

diserap bila dipanaskan

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih

tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"

Secara umum rumus Asas Black adalah

Qlepas = Qterima

Keterangan:

Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat

Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat

dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :

(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)

Keterangan :

M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah