PENENTUAN KALOR JENIS LOGAM
Tujuan :
1. Mahasiswa dapat menentukan kalor jenis dari beberapa logam, seperti besi, aluminium dan seng.
Dasar Teori :
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energi dalam dari suatu bahan. Kalor hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energi dari satu tempat ke yang lain. Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya perbedaan temperatur. sedangkan energi dalam (termis) adalah energi karena temperaturnya. Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5 C. Dalam sistem British, 1 Btu (British Thermal Unit) adalah kalor untuk menaikkan temperatur 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.
1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu
1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu
1 Btu = 1055 J = 252,0 kal
Pada kesetaraan mekanik kalor :
Dari konsep energi mekanik diperoleh bahwa bila gesekan terjadi pada sistem mekanis, ada energi mekanis yang hilang. Dan dari eksperimen diperoleh bahwa energi yang hilang tersebut berubah menjadi energi termal.
Dari eksperimen yang dilakukan oleh Joule (aktif penelitian pada tahun 1837-1847) diperoleh kesetaraan mekanis dari kalor :
1 kal = 4,186 joule
Kapasitas kalor (C) : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co.
Q = C T
Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c :
Kalor jenis, c : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co.
Untuk menaikkan suhu suatu zat dieperlukan kalor. Banyaknya kalor yang diperlukan :
1. Berbanding lurus dengan massa (m) zat yang dipanaskan.
2. Berbanding lurus dengan kenaikan suhu (T)
3. Tergantung pada jenis zat.
Q = m c T
Menentukan salah satu variabel dari rumus kalor
a. menentukan jumlah kalor
b. menentukan massa
c. menentukan kalor jenis zat
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang dilepas/terima (J) atau (kal)
m = massa zat (kg)
ΔT = perubahan/ kenaikan suhu (ºC) atau (K) ---> ΔT = T2-T1 =Tt – To
c = kalor jenis zat (J/kgºC)
Satuan SI : Joule
1 J = 0,24 kal, 1 kal = 4,2 J
Perpindahan kalor :
a. konduksi (hantaran) : tanpa perpindahan partikel (ex. besi dipanaskan)
b. konveksi (aliran) : disertai perpindahan partikel (ex. pd zat cair dan gas)
c. radiasi (pancaran) : tanpa zat perantara (ex. sinar matahari)
Pada kalor laten, suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.
Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah
Q = m L
dimana L adalah kalor laten.
Alat dan Bahan :
1. Tabung Reaksi / Beaker Glass (2 buah)
2. Termometer (1 buah)
3. Kepingan logam alumunium A dan B
4. Timbangan ( 1 buah)
5. Kertas (1 lembar)
6. Tripod ( 1 buah)
7. 1 liter air
8. Lampu Spirtus
Cara Kerja :
1. Massa beaker glass diukur terlebih dahulu.
2. Selanjutnya, diukur massa deaker glass yang telah berisi air.
3. Dihitung massa air. Massa air dihitung dengan cara, massa deaker glass dikurangi yang berisi air dikurangi dengan massa kocong beaker glass.
4. Massa kertas kosong diukur.
5. Massa kertas yang telah berisikan logam diukur.
6. Massa logam dihitung.
7. Suhu awal logam diukur.
8. Air dipanaskan hingga mencapai suhu 80oC.
9. Pada suhu 80oC, logam dimasukkan ke dalam beaker glass. Suhu air diukur pada keadaan suhu air tidak turun lagi. Suhu yang tetap itu dicatat sebagai suhu akhir campuran air dan logam.
10. Percobaan diulangi kembali pada logam yang berbeda.
Hasil dan Pembahasan :
Jenis Logam Massa air
(gram) Suhu awal air (oC) Massa logam (gram) Suhu awal logam (oC) Suhu akhir campuran (oC)
Aluminium 34,843g 80oC 21,45g 28oC 68oC
Aluminium 25,05g 80oC 14,65g 28oC 64oC
I. a. Massa air.
Massa gelas kosong = 101,73g
Massa campuran = 136,579g
Massa air = massa campuran – massa gelas kosong
= 136,57g – 101,73g
= 34,843g
b. Massa Logam
Massa kertas kosong = 2,85g
Massa campuran = 24,30g
Massa logam = massa campuran – massa kertas kosong
= 24,30g – 2,85g
= 21,45 g
c. Suhu
Suhu benda = 28oC
Suhu awal air = 80oC
Suhu akhir campuran = 68oC
II. a. Massa gelas kosong = 101,22g
Massa campuran = 126,27g
Massa air = massa campuran – massa gelas kosong
= 126,27g – 101,22g
= 25,05g
b. Massa Logam
Massa kertas kosong = 2,28g
Massa campuran = 16,93g
Massa logam = massa campuran – massa kertas kosong
= 16,93g – 2,28g
= 14,65 g
c. Suhu
Suhu benda = 28oC
Suhu awal air = 80oC
Suhu akhir campuran = 64oC
a b
PI : mair . cair . ( t1 – t ) = mlogam . clogam . ( t – t2 ) + x
PII : mair . cair . ( t1 – t ) = mlogam . clogam . ( t – t2 ) + x
x = y
a b
PI : 34,843g . 1g . ( 80oC – 68oC ) = 21,45g . clogam . (68oC – 28oC ) + x
PII : 25,05g . 1g . ( 80oC – 64oC ) = 14,65g. clogam . (64oC – 28oC ) + x
X = y
a = 418,116g
b = 858g . clogam
x = 400,8g
y = 527,4g. clogam
rumus : a = b
x = y
PI : 418,116g = 858g . clogam
PII : 400,8g = 527,4g. clogam
18,108g = 330,6g. clogam
18,108 g = clogam
330,6 g
clogam = 0,05 kalori/gramoC
PEMBAHASAN
Pengertian tentang panas mencakup juga pengertian tentang suhu dan kalor. Jumlah kalor atau jumlah panas adalah satuan yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu bahan atau juga yang dihilangkan untuk menurunkan suhu suatu bahan. Satuan jumlah kalor adalah kalori atau biasanya disebut gram kalori. Satu kalori adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air setinggi 1 derajat Celsius; 1 gram kalori = 1/1000 kg kalori.
Kalor jenis merupakan zat yang lain tidak memerlukan jumlah kalor yang sama dengan jumlah kalor air untuk menaikkan suhu bahan tersebut sama seperti pada kenaikan suhu air. Pada keadaan pemanasan yang sama, maka kenaikan suhu suatu benda mungkin lebih cepat atau lebih lambat dari pada kenaikan suhu air. Hal ini dipengaruhi oleh kalor jenis benda tersebut. Kalor jenis suatu benda adalah bilangan yang menunjukkan berapa kalori yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram benda tersebut setinggi 1 derajat Celcius (ºC). Dengan demikian kalor jenis air adalah Satu.
Selanjutnya, untuk memberi ukuran pada suhu itu, maka terlebih dahulu harus ditetapkan skala alat pengukur yang kita namakan “skala termometer”. Dalam hubungan ini, dari pengamatan gejala pemanasan terhadap benda dapat ditunjukkan bahwa pada umumnya setiap benda mengalami perubahan akibat pemanasan. Dengan demikian setiap benda dapat dijadikan sebagai alat pengukur suhu dengan memperhatikan hubungan antara perubahan keadaan benda dengan kepanasan benda. Akan tetapi setiap pilihan benda yang berbeda akan memberikan skala suhu yang berbeda-beda. Ini akibat penunjukkan termometer dengan termometer lain yang memakai skala suhu lain atas suhu bahan tertentu akan memberikan reaksi hasil pengukuran suhu yang berbeda terhadap suatu benda dengan panas yang sama. Untuk mengatasi kesulitan tersebut maka harus dibuat suatu perjanjian berupa adanya bahan tertentu yang akan dijadikan sebagai standar penetapan skala suhu terhadap semua termometer yang akan ditera.
Kalor merupakan energi yang berpindah. Jika dua buah benda disentuhkan atau dicampurkan, kalor secara alamiah selalu berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Kalor berhenti mengalir ketika suhu kedua benda sudah sama. Salah satu contohnya adalah jika secangkir air panas dibiarkan di atas meja maka lama kelamaan air panas itu mendingin dengan sendirinya. Hal ini karena kalor mengalir dari air panas dalam cangkir (suhu lebih tinggi) ke lingkungan sekitarnya (suhu lebih rendah). Kalor berhenti mengalir ketika suhu air panas sama dengan suhu lingkungan sekitarnya. Kalor dapat mengubah suhu dan wujud zat. Hal ini dapat dibuktikan ketika kita memanaskan sejumlah es (wujud zat padat). Suhu es batu terus meningkat sampai mencapai titik leburnya, kira-kira 0oC pada tekanan normal 1 atm. Ketika es (wujud padat) melebur menjadi air (wujud cair), suhu tetap 0oC sampai semua es telah berubah menjadi air. Jika kalor terus diberikan, suhu air terus meningkat sampai air mencapai titik didihnya, kira-kira 100oC pada tekanan normal 1 atm. Ketika air (wujud cair) mendidih menjadi uap air (wujud gas), suhu tetap 100oC.
Semakin besar massa zat yang dipanaskan, maka semakin besar pula kalor yang diberikan pada zat tersebut. Sehingga dapat dikatakan bahwa massa sebanding dengan banyaknya kalorBesi atau logam lain seperti gagang pintu terbuat dari logam memiliki sifat yang mudah sekali menyerap panas (kalor jenis kecil) dan konduktivitas panas yang besar. sedangkan tubuh manusia cenderung (pada keadaan normal) memiliki suhu yang lebih tinggi dari lingkungan sekitar, karena suhu logam menyesuaikan dengan suhu lingkungan maka suhu logam pun menjadi lebih rendah dari suhu tubuh manusia. Saat bagian tubuh kita menyentuh logam maka panas akan berpindah dari bagian tubuh ke logam, sehingga tubuh kita (yang mengeluarkan panas) akan terasa dingin.
Semakin besar perubahan suhu suatu zat saat dipanaskan, maka semakin besar pula kalor yang diberikan pada zat tersebut. Sehingga dapat dikatakan bahwa perubahan suhu sebanding dengan banyaknya kalor.
Semakin besar kalor jenis suatu zat yang dipanaskan, maka semakin besar pula kalor diperlukan. Sehingga dapat dikatakan bahwa kalor jenis zat sebanding dengan banyaknya kalor.Banyak kalor (Q) yang diperlukan untuk meningkatkan suhu zat adalah:
- sebanding dengan massa zat (m)
- sebanding dengan kalor jenis zat (c)
- sebanding dengan perubahan suhu zat (T)
Secara matematis hubungan antara massa zat, kalor jenis zat, dan kenaikan suhu zat adalah t Q = m c
Menghitung banyaknya kalor dengan persamaan Q = m c
Rumus kalor karena perubahan suhu adalah : TQ = m c
1 kal = 4,2 Jouledimana Q adalah banyaknya kalor (satuan J atau kalori)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis benda (J/kg oC)
T adalah perubahan suhu zat (oC atau K) kalor itu sebanding dengan massa zat, kalor jenis zat, dan perubahan suhu zat ketika dipanaskan.
Kalor jenis mempunyai 2 satuan, yaitu J/kgoC atau kkal/kgoC sementara untuk kalor juga mempunyai 2 satuan, yaitu Joule dan Kalori dimana 1 kalori sama dengan 4,2 Joule dan 1 Joule = 0,24 kalori. Persamaan Q = m c ∆T untuk menyelesaikan masalah sederhana. Dalam perhitungan harus mengubah satuan masing-masing besaran ke dalam satuan SI, misalnya jika diketahui massa zat mempunyai satuan gram harus diubah menjadi kilogram. Agar mudah untuk menentukan satuan kalor dalam perhitungan, maka disesuaikan dengan satuan dari kalor jenis, jika kalor jenisnya mempunyai satuan J/kgoC maka satuan kalornya adalah Joule.
Rumus :
a. menentukan jumlah kalor
b. menentukan massa
c. menentukan kalor jenis zat
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang dilepas/terima (J) atau (kal)
m = massa zat (kg)
ΔT = perubahan/ kenaikan suhu (ºC) atau (K) ---> ΔT = T2-T1 =Tt – To
c = kalor jenis zat (J/kgºC)
Satuan SI : Joule
1 J = 0,24 kal, 1 kal = 4,2 J
Perpindahan kalor merupakan suatu kejadian bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas.
T2 T1 T1
Aliran kalor
A
x
Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan mantap/tunak (stedy state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan perbedaan temperatur T dan berbanding terbalik dengan lebar bidang x
Kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).
Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).
c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
# viscositas fluida
# kecepatan fluida
# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
# kapasitas panas fluida
# rapat massa fluida
# bentuk permukaan kontak
Pada proses radiasi, energi termis diubah menjadi energi radiasi. Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm - 100 m). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi radiasi berubah menjadi energi termal.
Dari percobaan diatas dapat simpulkan bahwa zat cair dapat diserap kalornya oleh alumunium, sebab alumunium merupakan konduktor yang baik, yaitu dengan ditandainya perubahan suhu pada saat kepingan alumunium dimasukkan kedalam air di dalam beaker glass yang bersuhu 80oC dapat secara cepat berubah menjadi 68oC. Dengan hal ini dapat disimpulkan bahwa logam memiliki sifat yang mudah sekali menyerap panas (kalor jenis kecil) dan konduktivitas panas yang besar. sedangkan air cenderung (pada keadaan normal) memiliki suhu yang tergantung dari lingkungan sekitar, karena suhu logam menyesuaikan dengan suhu air maka suhu logam pun menjadi lebih tinggi dari sebelum dimasukkan ke dalam air yang bersuhu 80oC, hal ini ditandai dengan suhu awal logam 28oC berubah menjadi 68oC. Saat logam menyentuh air panas maka panas akan berpindah dari air ke logam, sehingga air (yang mengeluarkan panas) akan menjadi rendah suhunya.
JAWABAN SOAL
1. Logam manakah yang paling mudah dipanaskan ? Jelaskan.
Alumunium, sebab alumunium merupakan konduktor yang baik daripada tembaga. Hal ini dapat dibuktikan pada suhu campuran pada saat benda dikenai kalor.
2. Faktor apakah yang anda abaikan dalam percobaan ini ?
Faktor yang diabaikan dalam percobaan ini adalah suhu air sebelum dikenai kalor yang akan digunakan sebagai media perantara untuk mengukur logam berjarak dekat dengan lampu pijar spritus sehingga terjadi perpindahan kalor melalui udara ke air sehingga suhu air terpengaruh meskipun tanpa dikenai kalor, suhu lingkungan sekitar yang memperngaruhinya. Selanjutnya logam dimasukkan kedalam air tersebut sehingga hasil yang didapat suhunya lebih tinggi daripada air yang dijauhkan dari lampu pijar spirtus. Suhu air mempengaruhi logam.
3. Kalau faktor tersebut tidak diabaikan, kalor jenis logam seharusnya lebih besar atau lebih kecil dari hasil percobaan anda ?
Kalor jenis logam akan menjadi lebih kecil.
KESIMPULAN
1. Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya perbedaan temperatur. Kalor merupakan energi yang berpindah. Jika dua buah benda disentuhkan atau dicampurkan, kalor secara alamiah selalu berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Kalor berhenti mengalir ketika suhu kedua benda sudah sama. Untuk menentukan kalor jenis dari beberapa logam dapat dilakukan percobaan konveksi. Konveksi yaitu perpindahan panas dengan zat perantaranya ikut berpindah (dari air ke logam).
DAFTAR PUSTAKA
Andiny Firda. 2002. FISIKA ILMU KESEHATAN. Surabaya : Adil Utama
Claunous Rudi. 2003. ILMU PENGETAHUAN ALAM DASAR. Jakarta : Marlintang Jaya
Hany Ahmad Ruslan, Riwidikdo Handoko. 2007. FISIKA KESEHATAN. Jogyakarta : Mitra Cendika
Wijaya Adit.2005. INTISARI FISIKA SMA. Surabaya : Adil Utama
http: // www.kalor jenis .com. detail/124. (diaskes hari selasa tanggal 16 Juni 2009, jam 15:27 WIB)
http : // www. kalor.com. (diakses hari selasa, 16 Juni 2009, jam 15.27 WIB)
http : // www. Indeks kalor.com. (diakses hari selasa, 16 Juni 2009, jam 15.27 WIB)
http : // www. thermodinamika.com. (diakses hari selasa, 16 Juni 2009, jam 15.27 WIB)
http : // www. Penentu massa jenis.com. (diakses hari selasa, 16 Juni 2009, jam 15.27 WIB)
http : // www. Perpindahan kalor.com. (diakses hari selasa, 16 Juni 2009, jam 15.27 WIB)
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar