Percobaan Cara Menentukan Kalor Jenis dengan Kalorimeter, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Ketika kita mencampurkan segelas air panas dengan segelas air dingin, maka suatu saat akan didapatkan suhu akhir. Suhu akhir ini berada di antara suhu air dingin dan suhu air panas. Demikian pula jika dua buah zat/benda dengan suhu berbeda, dicampurkan suatu saat akan mempunyai suhu yang sama.

Hal ini terjadi karena benda dengan suhu tinggi akan melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan ini akan diserap oleh benda yang bersuhu lebih rendah. Jika kedua benda terisolasi dengan baik, maka jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang diterima. Pernyataan inilah yang disebut sebagai Asas Black.

Asas Black itu Bagaimana?

Asas Black merupakan bentuk lain dari Hukum Kekekalan Energi. Asas Black dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.

QLepas = QTerima ………. Pers. (1)

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Persamaan (1) menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan menggunakan persamaan:

Q = mc∆T ……………… Pers. (2)

besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Dengan menggunakan persamaan (2), maka persamaan (1) dapat dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.

QLepas = QTerima

m1c1∆T1 = m2c2∆T2 ..… Pers. (3)

dengan ∆T1 = T – Takhir dan ∆T2 = Takhir – T maka kita mendapatkan persamaan berikut.

m1c1(T1 – Tc) = m2c2(Tc – T2) ….. Pers. (4)

Keterangan:

m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)

m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)

c1 = kalor jenis benda 1 (J/kgoC)

c2 = kalor jenis benda 2 (J/kgoC)

T1 = suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)

T2 = suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)

Tc = suhu akhir atau suhu campuran (oC atau K)

Dengan menggunakan Asas Black, kita dapat menghitung suhu akhir dari dua buah benda atau zat yang dicampurkan. Selain itu, jika kalor jenis salah satu benda diketahui, kita dapat mencari kalor jenis benda kedua. Alat yang digunakan untuk mencari kalor jenis benda atau zat yang menggunakan Asas Black adalah kalorimeter.

Apa itu Kalorimeter?

Kalorimeter adalah alat yang dapat digunakan untuk mengukur kalor atau kalor jenis suatu bahan. Salah satu bentuk kalorimeter ialah kalorimeter ialah kalorimeter campuran yang secara bagan tampak pada gambar di bawah ini.

Kalorimeter terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut.

□ Sebuah bejana kecil terbuat dari logam tipis yang di gosok mengkilat. Bejana inilah yang dinamakan kalorimeternya.

□ Sebuah bejana yang agak besar, untuk memasukkan kalorimeternya. Di antara kedua bejana itu dipasang isolator yang berfungsi untuk mengurangi kehilangan kalor karena dihantarkan atau dipancarkan sekitarnya.

□ Penutup dari isolator panas yang telah dilengkapi dengan termometer dan pengaduk. Pengaduk biasanya juga terbuat dari logam sejenis.

Percobaan Menentukan Kalor Jenis dengan Kalorimeter

A. Dasar Teori

Kalorimeter terdiri atas sebuah bejana tembaga tipis yang dimasukkan ke dalam bejana serupa yang lebih besar. Di antara keduanya diberi bahan isolator, bisa berupa udara atau gabus. Bejana ini dilengkapi dengan tutup yang dapat menutup sangat rapat yang diberi tempat untuk pengaduk dan termometer.

Pengukuran kalor jenis suatu benda, misalnya logam dilakukan dengan memasukkan logam panas ke dalam kalorimeter berisi air dingin. Ketika benda bercampur dengan air, suatu saat akan didapatkan suhu akhir campuran. Dengan menggunakan Asas Black, kita dapat menentukan kalor jenis suatu zat pada kalorimeter dengan menggunakan persamaan berikut.

mbcb(Tb – Tc) = maca(Tc – Ta) + mkck(Tc – Tk)

cb	=	maca(Tc – Ta) + mkck(Tc – Tk)
		mb(Tb – Tc)

Suhu awal air (Ta) sama dengan suhu awal kalorimeter (Tk) sehingga persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

cb	=	(maca + mkck)(Tc – Ta)
		mb(Tb – Tc)

Keterangan:

mb = massa benda (kg)

ma = massa air (kg)

mk = massa kalorimeter (kg)

cb = kalor jenis benda (J/kgoC)

ca = kalor jenis air (J/kgoC)

ck = kalor jenis bahan kalorimeter (J/kgoC)

Tb = suhu awal benda (oC)

Ta = suhu awal air (oC)

Tk = suhu campuran atau suhu akhir (oC)

B. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, kalian diharapkan mampu:

1. Menggunakan kalorimeter dengan baik dan benar.

2. Menentukan kalor jenis suatu benda.

C. Alat dan Bahan

1. Bejana kalorimeter dan kelengkapannya

2. Termometer 3. Pemanas spritus

4. Logam berbentuk kubus (besi dan kuningan)

5. Gelas beker

6. Air

7. Kaki tiga

D. Langkah Kerja

1. Timbanglah bejana kalorimeter kosong beserta pengaduknya. Isilah bejana tersebut dengan air hingga hampir penuh. Timbang lagi kalorimeter setelah berisi air.

2. Ukurlah suhu air di dalam kalorimeter. Catat sebagai suhu awal air dan suhu awal kalorimeter.

3. Siapkan pembakar spritus, gelas beker yang diisi air, dan logam yang akan diukur. Masukkan logam ke dalam gelas beker, kemudian panaskan. Tunggu hingga air mendidih.

4. Ukurlah suhu air di dalam gelas beker pada saat air mendidih sebagai suhu awal logam (tb).

5. Pindahkan logam secepatnya ke dalam kalorimeter dan tutup rapat-rapat sambil diaduk-aduk.

6. Catatlah suhu akhir campuran.

7. Ulangilah langkah 1 – 5 sebanyak 3 kali. Kemudian ulangilah untuk jenis logam yang lain.

E. Pembahasan

1. Apakah tujuan kalorimeter diaduk?

2. Dengan menggunakan asas Black, hitunglah kalor jenis logam yang kalian ukur. Jangan lupa sertakan pula nilai ketidakpastiannya.

Buatlah laporan hasil eksperimen kalian. Kumpulkan hasilnya kepada guru kalian.

Contoh Soal dan Pembahasan

Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC, berapa suhu akhir minuman tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

mes = 0,5 kg

Tes = -5oC

ces = 2.100 J/kgoC

mair = 1 kg

Tair = 20oC

cair = 4.200 J/kgoC

Ditanyakan: suhu akhir campuran (Tc) = …?

Jawab:

Untuk mencari suhu campuran, gunakan persamaan berikut.

Qair = Qes

≫ mair × cair × ∆Tair = mes × ces× ∆Tes

≫ mair × cair × (Tair – Tc) = mes × ces× (Tc – Tes)

≫ 1 × 4.200 × (20 – Tc) = 0,5 × 2.100 × (Tc – (-5))

≫ 4.200(20 – Tc) = 1.050(Tc + 5)

≫ 420(20 – Tc) = 105(Tc + 5)

≫ 8.400 – 420Tc = 105Tc + 525

≫ 105Tc + 420Tc = 8.400 – 525

≫ 525Tc = 7.875

≫ Tc = 7.875/525

≫ Tc = 15

Jadi, suhu akhir minuman tersebut adalah 15oC.

2. Sebuah logam bermassa 0,2 kg dipanaskan sampai 200oC. Kemudian, logam itu dimasukkan pada 450 g air dengan suhu 25oC yang ditempatkan pada bejana kalorimetere aluminium 200 g. Ditemukan suhu akhir campuran adalah 40oC. Jika kalor jenis air 4.200 J/kgoC dan kalor jenis bahan kalorimeter 900 J/kgoC, hitunglah kalor jenis logam tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

mlog = 0,2 kg

Tlog = 200oC

Tair = Tkal = 25oC

mair = 450 g = 0,45 kg

cair = 4.200 J/kgoC

mkal = 200 g = 0,2 kg

ckal = 900 J/kgoC

Tc = 40oC

Ditanyakan: kalor jenis logam (clog) = …?

Jawab:

Untuk mencari kalor jenis logam, kita gunakan persamaan berikut.

≫ clog	=	(maircair + mkalckal)(Tc – Tair)
		mlog(Tlog – Tc)

≫ clog	=	(0,45 × 4.200 + 0,2 × 900)(40 – 25)
		0,2(200 – 40)

≫ clog	=	(1.890 + 180)(15)
		0,2(160)

≫ clog	=	(2070)(15)
		32

≫ clog	=	31.050
		32

≫ clog

=

970,3125

Dengan demikian, kalor jenis logam tersebut adalah 970,31 J/kgoC.