Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
2/Fisika Dasar/LFD KALOR JENIS ZAT PADAT 1.
TUJUAN 1. Menentukan kapasitas kalor kalorimeter 2. Menentukan kalor jenis zat padat
2.
PENGANTAR
Ketika anda membuat minuman kopi panas atau susu panas dalam cangkir keramik, anda akan merasakan suhu cangkir keramik tidak terlalu panas dibandingkan suhu sendok logam yang anda gunakan untuk mengaduk larutan kopi atau susu tersebut. Apa yang menyebabkan perbedaan suhu cangkir keramik dengan suhu sendok logam tersebut? Setiap zat atau benda memerlukan energi tiap satuan massa yang berbeda untuk mengubah suhunya sebesar 1oC, ukuran ini disebut sebagai kalor jenis zat atau kalor jenis benda. Pada percobaan ini anda akan menentukan kalor jenis suatu zat padat dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter dilindungi oleh sebuah wadah yang terbuat dari bahan isolator panas yang baik yang memungkinkan kesetimbangan termal terjadi antara zat tanpa adanya energi yang hilang ke lingkungan. Prinsipnya adalah apabila dua buah atau lebih benda/zat yang suhunya berbeda digabungkan, maka akan terjadi perpindahan energi (selanjutnya disebut kalor) dari benda/zat yang bersuhu lebih tinggi kepada benda/zat yang bersuhu lebih rendah. Menurut azas Black, jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda/zat yang bersuhu lebih tinggi kepada benda/zat yang bersuhu lebih rendah sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh benda/zat yang bersuhu lebih rendah dari benda/zat yang bersuhu lebih tinggi tersebut. Secara matematis dapat dituliskan Ql = Qm (5.1) dengan Ql adalah jumlah kalor yang dilepas oleh benda/zat yang bertemperatur lebih tinggi dan Qm adalah jumlah kalor yang diterima oleh benda/zat yang bertemperatur lebih rendah. Bila kalor yang diserap atau dilepaskan oleh sebuah benda/zat hanya menyebabkan perubahan suhu benda/zat itu, maka jumlah kalor tersebut adalah Q=mc T (5.2) dimana Q adalah jumlah kalor (joule), m adalah massa benda (kg), c adalah kalor jenis benda/zat (joule/kg oC) dan T adalah perubahan suhu (oC).
Termometer
Pengaduk Tutup Plastik Air
Penyekat Gabus
Gambar 5.1 Penampang irisan vertikal kalorimeter yang diisi air Praktikum Fisika Dasar 1
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
3.
TUGAS AWAL 1. 2.
3.
4.
5.
4.
Jelaskan pengertian istilah kapasitas kalor dan kalor jenis suatu benda/zat! Sebuah cangkir keramik berisi serbuk susu berada pada suhu ruang. Kemudian air panas (suhunya lebih tinggi dari suhu ruang) dimasukkan ke dalam cangkir keramik tersebut lalu diaduk menggunakan sendok logam dan setelah beberapa saat dicapai keadaan kesetimbangan. Jelaskan apa yang dimaksud dengan keadaan kesetimbangan tersebut? Benda-benda/zat yang terdapat pada soal nomor dua berikut: cangkir keramik, serbuk susu, air panas dan sendok logam, manakah benda/zat yang melepaskan kalor dan benda/zat mana yang menerima kalor? Tuliskanlah persamaan (5.1) dalam bentuk persamaan (5.2) untuk sistem fisis yang digambarkan pada soal nomor dua. Anggap kapasitas kalor keramik Ck, kapasitas kalor logam Cl, massa serbuk susu mb dan massa air ma. Pada percobaan untuk menentukan kalor jenis zat padat ini, anda memerlukan informasi tentang kalor jenis air (H2O). Berapakah kalor jenis air dan beberapa logam (almunium, perak, besi, tembaga, timah dan lain-lain) menurut literatur.
ALAT DAN BAHAN 1. Neraca [Ohauss, triple beam, 311 gram, 0,01 gram] 2. Kalorimeter [bejana, pengaduk, tutup dan jaket] 3. Termometer [0 – 100] oC 4. Beker glas 500 ml 5. Pemanas bunsen 6. Kasa 7. Loop 8. Statip kaki tiga dengan capit buaya 9. Ketel aluminium 10. Benang untuk mengikat secukupnya 11. Sendok capit 12. Bahan-bahan [zat padat dan air]
5.
1 buah 1 buah 2 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 set 1 buah 1 buah
PROSEDUR PERCOBAAN Percobaan 1: Menentukan kalor jenis kalorimeter a. Catat temperatur, tekanan dan kelembaban laboratorium sebelum melakukan percobaan. b. Perhatikan ketika setiap akan melakukan penimbangan, harga skala pada alat ukur yang akan dipergunakan harus menunjukkan angka nol atau indikator penunjuk kesetimbangan berada pada posisi setimbang. Gunakan loop agar pengamatan anda lebih teliti. Timbang massa kalorimeter dan pengaduknya tanpa pegangan dan tutupnya (m1). c. Isi kalorimeter dengan air sekitar 1/3 volumenya (± 100 ml), timbang kalorimeter dengan air tersebut (m2). d. Ukur dan catat suhu kalorimeter beserta air di dalamnya (T1). e. Panaskan air (± 100 ml) dalam ketel aluminium (jangan sampai mendidih) lalu ukur dan catat suhu air panas itu (T2). Mintalah bantuan dosen/asisten untuk menyalakan pembakar Bunsen. f. Masukkan air panas tersebut ke dalam kalorimeter.
Praktikum Fisika Dasar
2
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
g. Tutup kalorimeter yang rapat kemudian aduk pelan-pelan dan perhatikan kenaikan suhu dalam kalorimeter, jika dalam selang waktu yang cukup lama tidak terdapat lagi kenaikan suhu, catat suhu dalam keadaan ini (Ta). h. Timbang kalorimeter kembali beserta semua isinya (m3). i. Bersihkan semua alat yang telah dipergunakan. Apabila anda masih merasa kurang yakin dengan pengambilan data sesuai dengan prosedur di atas, anda dapat mengulangi prosedur di atas sampai anda merasa yakin. Catatan: Dari data yang anda peroleh pada kegiatan di atas, anda akan dapat mementukan harga kapasitas kalor kaloraimeter ini, dan harga ini akan digunakan pada pengolahan data percobaan selanjutnya. Percobaan 2: Menentukan kalor jenis zat padat a. Timbang massa kalorimeter dan pengaduknya tanpa pegangan dan tutupnya (m1). b. Isi kalorimeter dengan air sekitar 1/3 volumenya (± 100 ml), timbang kalorimeter dengan air tersebut (m2). c. Ukur dan catat suhu kalorimeter beserta air di dalamnya (T1). d. Timbang potongan-potongan zat padat yang tersedia (m3) dan tentukan jenis zat padat tersebut. e. Masukkan potongan-potongan zat padat tersebut dalam ketel aluminium yang berisi air ± 100 ml. f. Panaskan ketel almunium tersebut dan pastikan termometer menempel pada potongan-potongan zat padat. Kemudian ukur dan catat suhu potongan-potongan zat padat tersebut (T2), usahakan harganya di atas 70oC. g. Angkat potongan-potongan zat padat dari ketel almunium dengan menggunakan benang yang telah diikat, kemudian masukkan ke dalam kalorimeter yang telah berisi air. h. Tutup kalorimeter yang rapat kemudian aduk pelan-pelan dan perhatikan kenaikan suhu dalam kalorimrter, jika dalam selang waktu yang cukup lama tidak terdapat kenaikan suhu, catat suhu dalam keadaan ini, kita namakan sebagai suhu keseimbangann (Ta). j. Bersihkan semua alat yang telah dipergunakan. Apabila anda masih merasa kurang yakin dengan pengambilan data sesuai dengan prosedur di atas, anda dapat mengulangi prosedur di atas sampai anda merasa yakin. 6.
TUGAS AKHIR a. Berdasarkan data percobaan 1, hitunglah kapasitas kalor kalorimeter yang digunakan! b. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh pada soal a di atas, terbuat dari bahan apakah kalorimeter tersebut?. c. Berdasarkan data percobaan 2 dan harga kapasitas kalor kalorimeter yang telah diketahui dari percobaan 1, hitunglah kalor jenis zat padat berdasarkan percobaan yang anda lakukan!
Praktikum Fisika Dasar
3
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
LEMBAR KEGIATAN PRAKTIKUM
A. Identitas Paraf Dosen sebelum praktikum
Praktikan : Nama NIM Tanda tangan
: ………………… : ………..........….. : ………..........….
Partner : Nama NIM Tanda tangan Tanggal praktikum Judul praktikum
: 1……………… / 2. .................. : ……………......./ ..................... : ………….........../ ......................
Paraf Dosen sesudah praktikum
: ………….………. : …………………. …………...............
B. Data Percobaan 1. Kondisi laboratorium Sebelum praktikum
Sesudah praktikum
Tekanan
:
..................................
..................................
Temperatur
:
..................................
..................................
Kelembaban
:
..................................
..................................
2. Percobaan 1 Tabel 1.a : Data percobaan massa . No. 1
Benda Kalorimeter, tanpa termometer dan tutupnya. (m1)
2
Kalorimeter dan air ± 100 ml. (m2)
3
Kalorimeter dan air ± 200 ml. (m3)
Praktikum Fisika Dasar
Massa (kg)
4
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
Tabel 1.b : Data percobaan suhu . No. 1 2 3
Suhu (oC)
Benda Kalorimeter dan air ± 100 ml. (T1) Air panas (± 100 ml) dalam ketel aluminium. (T2) Kalorimeter dan air ± 200 ml. (Suhu kesetimbangan Ta)
3. Percobaan 2 Tabel 2.a : Data percobaan massa . No. 1
Benda Kalorimeter, tanpa termometer dan tutupnya. (m1)
Massa (kg)
2
Kalorimeter dan air ± 100 ml. (m2)
3
Potongan-potongan zat padat (m3) Jenis zat padat adalah ……………………
Tabel 2.b : Data percobaan suhu . No. 1 2 3
Suhu (oC)
Benda Kalorimeter dan air ± 100 ml. (T1) Potongan-potongan zat padat dalam ketel aluminium. (T2) Kalorimeter, air ± 100 ml dan potonganpotongan zat padat (Ta)
C. Pengolahan Data Berdasarkan tabel data 1.a dan 1.b, tentukanlah kapasitas kalor kalorimeter. Harga kalor jenis air dapat anda lihat di literatur. .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .........................................................................................................................................
Praktikum Fisika Dasar
5
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
Berdasarkan tabel data 2.a dan 2.b serta harga kapasitas kalor kalorimeter yang telah diperoleh dari percobaan 1, tentukanlah kalor jenis zat padat berdasarkan percobaan yang telah anda lakukan. .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... Bandingkan hasilnya dengan harga kalor jenis zat padat menurut literatur. Apabila ada perbedaan, jelaskan mengapa hal ini bisa terjadi. Sebutkan pula faktor-faktor kesalahan yang mungkin muncul pada percobaan ini. .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................
Praktikum Fisika Dasar
6
