KALORIMETER

A’an, Abdul, Adi, Adik, Agung.P, Agung.S, Ahmad, Arif, Aris, A.Maya, Beta, Rifa

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta

Abstract

Simple calorimeter experiments have been conducted with the aim of determining the amount of electrical energy released in the calorimeter, determining the amount of heat energy received in the calorimeter and determining the value of equality between heat and electricity that occurred. Experimental method was based on two laws, namely the law of conservation of energy, principle black. This experiment was implemented by using different water masses and also the length of time the electricity that is different. This experiment also used ammeters arranged in series and voltage arranged in parallel and the existence of barriers to conducting electricity in the calorimeter. The results of experimental data was obtained by electric current, electric voltage, mass, temperature, and time so that was retrieved heat energy,

electrical energy and the value of equality between calor and electricity.

Keywords: The electrical energy, heat energy, the value of equality between calor and electricity, principle Black and the law of conservation of energy

1. Pendahuluan

            Di era globalisasi saat ini, banyak sekali pemanfaatan alat yang menerapkan pengonversian energi. Salah satunya yaitu pengonversian energi listrik menjadi energi panas (kalor). Istilah kalor dapat diartikan sebagai energi yang ditransfer dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

            Dalam kehidupan sehari-hari, ada banyak alat yang menggunakan prinsip perubahan energi, diantaranya yaitu seterika listrik. Untuk menghasilkan kalor, energi listrik yang diterima oleh seterika diubah menjadi energi kalor. Contoh lain yaitu rice cooker, solder listrik dan masih banyak lagi alat dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip pengubahan energi listrik menjadi energi kalor.

Proses pengubahan energi tersebut sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Konsep perubahan energi ini dapat dibuktikan melalui alat yang disebut kalorimeter.

Percobaan dilakukan dengan tujuan untuk dapat menentukan nilai kesetaraan antara energi listrik dan energi kalor, dapat menentukan besarnya energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter dan untuk menentukaan besarnya energi kalor yang diterima oleh kalorimeter. Hal ini sesuai dengan azas Black yang menyatakan bahwa kalor yang dilepas oleh suatu sistem sama dengan kalor yang diterima oleh sistem tersebut. Dalam percobaan ini, energi listrik yang dilepaskan akan diterima dalam kalorimeter sehingga akan terjadi perubahan panas pada sistem kalorimeter.

Dalam percobaan ini, ada beberapa landasan teori yang harus diperhatikan. Diantaranya yaitu hukum kekekalan energi yang telah dijelaskan sebelumnya. Dalam pengubahannya, dapat terjadi pembebasan dan penerimaan kalor. Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya karena perbedaan suhu. Jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh suatu zat dapat ditentukan melalui percobaan, yaitu dengan mengukur perubahan suhu yang terjadi. Apabila massa dan kalor jenis zat sistem diketahui maka jumlah kalor dapat dihitung dengan persamaan,

Q= m x c x  Δt

dengan                        Q         : Jumlah kalor( Joule )                         m         : massa (gram)

            c          : kalor jenis ( J/gr⁰C)                           Δt        : perubahan suhu (⁰C)

            Kalor reaksi dapat ditentukan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi ( tidak ada perpindahan materi maupun energi) dengan lingkungan di luar kalorimeter. Dengan mengukur perubahan temperatur di dalam kalorimeter, dapat ditentukan jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan oleh larutan serta perangkat kalorimeter berdasarkan persamaan yang telah ditulis sebelumnya.

            Percobaan ini berhubungan dengan dua bentuk energi yaitu energi kalor dan energi listrik. Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu resistor dinyatakan dengan persamaan,

W= V x I x t

dimana        W            : energy listrik (Joule)                 I                    : arus listrik (Ampere)

                     V         : tegangan listrik (Volt )             t                 : waktu ( sekon )

            Dalam percobaan ini, energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dan kalorimeter. Berdasarkan  azas Black bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan kalorimeter.

            Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor-listrik dapat dinyatakan dengan persamaan,

dimana

           : kesetaraan kalor listrik

V         : tegangan listrik (Volt)

I           : arus listrik (ampere)  

t           : waktu (sekon)

ck         : kalor jenis kalorimeter (J/Kg  K)      

ma        : massa air dalam kalorimeter  (Kg)

ca         : kalor jenis air (J/Kg K)

ta          : suhu akhir zat (K)

t           : suhu mula-mula (K)             

mk        : massa kalorimeter kosong          dan pengaduk (Kg)

2. Metode Eksperimen

            Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret dengan suhu ruangan sebesar 27˚C. Pengambilan data dilakukan pada bulan November 2011. Alat yang digunakan adalah kalorimeter untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Adapun metode yang digunakan adalah metode pengambilan data dari eksperimen. Tahap-tahap penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut,

a.       Tahap Persiapan

Tahap ini meliputi pengalibrasian dan perangkaian alat percobaan yang meliputi catu daya, satu set kalorimeter, dan 4 alat ukur yaitu voltmeter, ampermeter, termometer serta neraca.

b.      Tahap Pengambilan dan Pengolahan Data

 Pengambilan data dilakukan dengan mengukur massa kalorimeter dan air menggunakan neraca dan mengukur suhu awal air. Kemudian kuat arus diukur menggunakan ampermeter, tegangan diukur menggunakan voltmeter serta perubahan suhu diukur dengan termometer setiap 2 menit. Pengambilan data dilakukan sebanyak lima kali. Pengolahan data awal yaitu mengonversi nilai skala ke Satuan Internasional. Selanjutnya, energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter dihitung dengan persamaan W = V x I x t. Dan besarnya energi kalor yang diterima oleh sistem kalorimeter dihitung dengan persamaan Qtotal = mair cair Δt +  mkalorimeter ckalorimeter Δt. Serta nilai kesetaraan kalor listrik ditentukan dengan persamaan

Ɣ = 

3. Hasil dan Pembahasan

1. Percobaan I

No.	V (volt)	I (ampere)	T (sekon)	Mk(kg)	Ma(kg)	T(°C)	Ta (°C)
1	11	1,1	120	0,14	0,122	27	28
2	11	1,1	120	0,14	0,122	28	29
3	11	1,1	120	0,14	0,122	29	31
4	11	1,1	120	0,14	0,122	31	33
5	11	1,1	120	0,14	0,122	33	35

2.   Percobaan II

No	V (volt)	I (ampere)	T (sekon)	Mk(kg)	Ma(kg)	T(°C)	Ta (°C)
1	11	1,1	120	0,14	0,142	27	28
2	11	1,1	120	0,14	0,142	28	30
3	11	1,1	120	0,14	0,142	30	32
4	11	1,1	120	0,14	0,142	32	33
5	11	1,1	120	0,14	0,142	33	35

Kalor merupakan bentuk energi sehingga dapat diubah dari bentuk satu kebentuk lainnya. Dalam percobaan ini, berdasarkan pada prinsip pengonversian energi dari suatu bentuk energi kebentuk energi lain. Prinsip kerja dari kalorimeter ini adalah proses pengubahan energi listrik menjadi energi kalor sesuai dengan hukum kekekalan energi. Adapun energi listrik pada percobaan ini diperoleh dari catu daya DC yang dihubungkan dengan kalorimeter sehingga ion-ion air dalam kalorimeter saling bertumbukan dengan muatan-muatan listrik yang dialirkan. Hal tersebut menyebabkan terjadinya kenaikan suhu pada air dalam kalorimeter karena panas atau kalor yang dihasilkan dari energi listrik diserap oleh air dan kalorimeter.

            Selain hukum kekekalan energi, percobaan ini berdasarkan pada azas Black yang menyatakan bahwa jika dua buah benda suhunya berbeda maka benda yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor dan benda yang suhunya rendah akan menyerap kalor sehingga jumlah kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.

            Dalam percobaan kali ini alat dan bahan digunakan sebagai berikut, kalorimeter: sebagai alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam reaksi. Dalam rangkaian kalorimeter ini, terdapat resistor yang berfungsi menghasilkan panas yang kemudian diserap oleh air dan kalorimeter sehingga terjadi perubahan bentuk energi dari energi listrik menjadi energi panas. Termometer untuk mengukur perubahan suhu pada sistem. Neraca untuk menimbang massa air dan kalorimeter. Catu daya listrik DC sebagai sumber tegangan listrik DC. Amperemeter untuk mengukur kuat arus listrik. Voltmeter untuk mengukur tegangan listrik. Kabel penghubung sebagai penghubung antar komponen. Stopwatch untuk menghitung waktu. Air sebagai medium perambatan panas. Pengaduk yang berfungsi untuk meratakan temperatur air dalam kalorimeter.

Sebelum percobaan kalorimeter dilakukan, semua alat dan bahan disiapkan dan diperiksa kembali. Langkah awal yang dilakukan yaitu menimbang kalorimeter yang kosong beserta pengaduknya. Setelah itu, calorimeter diisi dengan air dengan massa tertentu hingga resistor yang ada pada penutup kalorimeter terendam. Hal ini dilakukan agar keseluruhan panas yang dihasilkan oleh resistor dapat diserap oleh air.

Setelah kalorimeter terisi air kemudian mengukur suhu air dan kalorimeter  tersebut dengan termometer sehingga didapat suhu awal sebelum proses pemanasan. Setelah mengukur suhu, kemudian menghubungkan voltmeter, ampermeter, serta catu daya ke stop kontak . Kemudian memilih tegangan yang akan digunakan yaitu sebesar 12 volt.Karena jika nilai tegangan yang dipilih kurang dari 12 volt maka energi yang dihasilkan terlalu kecil, sehingga proses pemanasan berlangsung sangat lama. Setelah semuanya siap kemudian menghidupkan saklar pada catu daya yang dibarengi dengan mulainya stopwatch untuk mencatat waktu. Selama proses pemanasan,dilakukan pengadukan tabung kalorimeter menggunakan pengaduk secara perlahan agar kalor yang dihasilkan dari catu daya menuju kalorimeter mengalir  secara merata. Pengadukan dilakukan secara perlahan supaya tidak mengenai resistor, karena dapat menyebabkan voltemeter dan ampermeter error, sehingga tegangan dan arus yang mengalir tidak dapat ditentukan. Kemudian mencatat tegangan dan arus yang terbaca dalam selang waktu 2 menit. Dilakukan pengambilan data sebanyak 5 kali.

Rangkaian alat percobaan yang digunakan, memiliki alur rangkaian yang terdiri dari kalorimeter, voltmeter, ampermeter dan catu daya. Voltmeter dan sumber tegangan (catu daya) tersusun secara paralel, sedangkan ampermeter dengan yang lainnya tersusun secara seri. Menghubungkan kabel-kabel yang ada dengan komposisi sebagai berikut :

            Catu daya kutub positif dihubungkan dengan kalorimeter kutub positif, kemudian kalorimeter kutub positif dihubungkan dengan ampermeter kutub positif. Sedangkan ampermeter kutub positif dihubungkan dengan kalorimeter kutub negatif. Pada voltmeter kutub negatif dihubungkan dengan catu daya kutub negatif sedangkan voltmeter kutub positif dihubungkan dengan catu daya kutub positif.

Pada percobaan calorimeter ini , dilakukan dua variasi massa air yaitu 0,142 kg dan 0,122 kg. Hasil yang diperoleh pada percobaan I ( massa air = 0,142 kg) adalah :

Qa  =  954,24 joule     W   =   1452 joule

Qk  =  201,6 joule       ϒ   =   1,407

Sedangkan hasil yang diperoleh pada percobaan II (massa air = 0,122 kg) adalah :

Qa  =  819,84 joule     W   =   1452 joule

Qk  =  201,6 joule       ϒ   =   1,592

Menurut teori azas Black ,jika  nilai kesetaraan kalor listrik (ϒ) samadengan 1, itu artinya kalor yang dilepaskan samadengan kalor yang diserap. Sedangkan pada percobaan ini, ϒ>1 yang artimya panas atau kalor yang dilepas berupa energy listrik (W) lebih besar dari kalor yang diserap (Q) , hal ini dimungkinkan terjadi karena kalor yang berasal dari energy listrik (catu daya) tidak semuanya diserap oleh air dan calorimeter , karena rangkaiannya merupakan system terbuka (tidak tertutup penuh) sehingga sebagian kalor yang dihasilkan keluarke lingkungan .

Pada percobaan I dan ll , nilai energi listrik (W) adalah sama. Hal tersebut terjadi karena nilai tegangan listrik adalah sama (12 volt) dan kuat arus juga sama yaitu 1,1 amperemeter. Nilai Qa pada masing-masing percobaan adalah berbeda , sedangkan nilai Qk tetap. Sehingga dapat disimpulkan bahwa massa suatu benda berpengaruh pada nilai kalor yang diperlukan (Q). Semakin besar massa suatu benda, maka semakin besar pula jumlah kalor yang diperlukan atau diserap (Q). Sedangkan Qk bernilai tetap, hal tersebut terjadi karena massa kalorimeter tetap yaitu (0,14 kg).

Percobaan kalorimeter ini, tidak lepas dari adanya kendala atau kesalahan. Baik kesalahan paralaks maupun kesalahan system, diantaranya :

·         Suhu lingkungan mempengaruhi suhu dalam sistem kalorimeter, misalnya : Termometer yang dipegang tangan praktikum, sehingga suhu badan praktikan ikut terukur.

·         Voltmeter atau amperemeter tidak dikalibrasi secara tepat. Kesalahan ini dinamakan kesalahan sistem ( kesalahan yang melekat pada alat percobaan )

·         Waktu saat menyalakan stopwatch dan melihat skala pada masing-masing alat ukur (voltmeter, amperemeter, termometer) tidak bisa bersamaan , sehingga menyebabkan data yang diperoleh tidak akurat. 

·         Pada saat pengadukan selama proses praktikum, adukan mengenai resistor. Sehingga alat ukur tegangan (voltmeter) dan arus (ampermeter) sedikit error.

·         Posisi tutup kalorimeter yang kurang pas, sehinga sebagian kalor yang terbentuk dapat keluar kelingkungan.

4.Kesimpulan

1.      Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu reaksi. Sedangkan kalor merupakan sesuatu yang dipindahkan di antara sebuah sistem dan sekelilingnya sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur.

2.      Pada percobaan kalorimeter ini diperoleh hasil sebagai berikut:

Pada percobaan 1 ( massa air: 0,142 kg)

Qa  =  954,24 joule     W   =   1452 joule

Qk  =  201,6 joule       ϒ   =   1,407

Pada percobaan 2 ( massa air : 0,122 kg )

Qa  =  819,84 joule     W   =   1452 joule

Qk  =  201,6 joule       ϒ   =   1,592

5. Daftar Pustaka

Purba, Michael. 2006. Kimia untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Ruswardiatmo, dkk. 2002. Fisika SLTP Kelas 1. Jakarta: Sinar Grafika.

Tim Fisika Dasar 1. 2011. Modul Praktikum Fisika Dasar 1. Surakarta: Laboratorium Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret.