percobaan kalor dan jenis logam

I. Judul Percobaan Kalor Jenis

II. Tujuan Percobaan

1. Memahami sifat-sifat pertukaran kalor yang terjadi antara dua buah benda yang suhu awalnya berbeda.

2. Menentukan kalor jenis beberapa logam melalui percobaan dengan metoda mencampur.

III. Landasan Teori

Untuk menaikkan suhu suatu benda dari suhu awal t1 sampai suhu akhir t2 diperlukan sejumlah kalor. Banyaknya kalor yang diperlukan tergantung pada massa benda, kalor jenis bahan benda tersebut, dan selisih suhunya. Kesederhanaan ini dapat dinyatakan dalam persamaan:

Q=mc ∆ t

Kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu.Semakin besarkenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆t) jika massa (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterimasemakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurusatau sebanding dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆t) dan kalor jenis zat (c) tetap.

Semakin besar kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterimasemakin banyak. Semakin kecil kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kalor jenis zat (c) jika kenaikan suhu (∆t) dan massa zat (m) tetap.

Sesuai dengan Azas Black yaitu jika dua macam benda atau zat yang berbeda suhunya dicampur atau disentuhkan maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan panas yang sama banyaknya dengan panas yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah.

Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Q

_lepas

=

Q

_terima

Setiap benda tertentu dicirikan oleh kapasitas kalor, yaitu jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda itu satu derajat celcius. Jelaslah kapasitas kalor itu tergantung pada massa dan sifat benda tersebut. Untuk menghilangkan ketergantungan pada massa dan mendapatkan cirri-ciri yang hanya bergantung pada bahan-bahan tersebut, maka didefinisikan kalor jenis yaitu kapasitas kalor dari satu gram bahan tersebut. Satuan dari kapasitas kalor adalah kal/gr 0_{C. Ingat satu kalori} adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air pada 1 0_{C. jadi} secara definisi, kalor jenis air adalah 1 kal/gr0_{C. kapasitas kalor dari m gram air} adalah m, sedangkan kapasitas kalor suatu zat massanya (m) dan kalor jenis c kal/gram 0_{C adalah m.c. karena mc/m = c, maka kalor jenis dari suatu zat dapat} dipandang sebagai perbandingan kapasitas kalor benda dengan kapasitas kalor air dengan massa yang sama.

Pada percoabaan ini kalor jenis dua logam yang berbeda akan diukur dengan mempelajari pertukaran kalor antara sampel dari masing-masing logam itu dan sejumlah massa air. Bejana tempat terjadinya pertukaran ini disebut kalorimeter. Suatu cawan bisa digunakan sebagai kalorimeter dengan mengambil kalor yang diberikan kalor yang diberikan atau diserap oleh cawan. Untuk menjaga agar jangan banyak kalor yang diserap, biasanya digunakan cawan logam tipis yang kapasitas kalornya kecil dan mudah diukur dan diletakkan dalam selubung penyekat untuk mencegah terjadinya pertukaran kalor keluar. Cara yang paling mudah dan sangat memuaskan adalah dengan menggunakan cawan stirobus, yang memberikan dua kapasitas kalor kecil yang dapat diabaikan.

dingin, c adalah kalor jenis air, m1 adalah massa kalorimeter, c1 adalah kalor jenis kalorimeter, maka persamaan azas Black di atas dapat ditulis sebagai berikut.

Qlepas = Qterima

Mch(t1−t2)=(mc+m1c1)(t2−t3)

ch=

(mc+m1c1)(t2−t3)

M(t1−t2) Keterangan:

M = massa logam (gram) c = kalor jenis logam t1 = suhu awal logam t2 = suhu kesetimbangan m = massa air

t3 = suhu awal air dan calorimeter c1 = kalor jenis bahan pembuat cawan

Kalor jenis suatu benda menyatakan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor atau melepaskan kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin kecil kemampuan benda tersebut menyerap atau melepaskan kalor. Semakin kecil kalor jenis benda, semakin baik kemampuan benda tersebut menyerap atau melepaskan kalor. Emas mempunyai kalor jenis lebih kecil sehingga emas lebih cepat menyerap atau melepaskan kalor. Sebaliknya air mempunyai kalor jenis besar sehingga air lebih lambat menyerap atau melepaskan kalor.

Berikut table kalor jenis beberapa jenis zat :

No Zat kkal Kalor Jenis

kg℃ kgJ℃

1. Aluminium 0,22 900

2. Tembaga 0,923 390

3. Kaca 0,20 840

4. Besi atau baja 0,11 450

5. Timah hitam 0,031 130

6. Marmer 0,21 860

7. Perak 0,056 230

8. Kayu 0,4 1700

9. Alcohol (ethyl) 0,58 2400

11. Air Es (−5℃¿ 0,50 2100

12. Air (15℃¿ 1,00 4186

13. Uap air (110℃¿ 0,48 2010

14. Tubuh Manusia (rata-rata) 0,83 3470

15. Protein 0,4 1700

IV.

Alat dan Bahan Alat :

1. Kalorimeter

2. Kompor listrik (300-600 watt) 3. Panci

4. Neraca Ohaus, Batas Ukur: 0-311 gram, nst: 0,01 gram 5. Termometer (2 buah), batas ukur: −15−115℃_{, nst:} 1℃ Bahan :

1. Air Mendidih (100℃) 2. Air dingin (22℃)

3. Logam berbentuk kubu (2 buah) 4. Benang

V. Langkah Percobaan

1. Menyiapkan alat dan bahan

2. Mengisi air secukupnya kedalam panci dan mendidihkannya 3. Menimbang cawan calorimeter yang kosong

4. Menimbang massa logam kubus tersebut

5. Mengikat logam kubus dengan benang kemudian masukkan ke air mendidih dengan keadaan logam tercelup seluruhnya tanpa menyentuh dasar panci

6. Menuangkan air dingin bersuhu 22℃ ke dalam cawan calorimeter hingga kira-kira berisi air setengahnya kemudian meninmbang cawan calorimeter tersebut bersama air di dalamnya

7. Memindahkan calorimeter kedalam isolasinya dan ukur suhu air yang berada di dalam cawan calorimeter tersebut

9. Mengaduk air dan mencatat suhu kesetimbangannya 10. Ulangi langkah 4-9 pada logam kubus kedua

VI. Teknik Analisis Data

Adapun teknik analisis data yang digunakan untuk menganalisis data hasil percobaan ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mencari nilai dari massa logam sampel.

M =

M

¯

±

ΔM

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari M sama dengan

M

¯

dan M adalah

1

2

Nst Neraca Ohauss

2. Untuk mencari massa air:

m =

m

¯

±

Δm

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari m sama dengan

m

¯

_{dan m adalah}

1

2

Nst Neraca Ohauss

3. Untuk mencari nilai benar massa cawan kalorimeter:

m1 =

m

¯

1

±

Δm

1

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari

m

¯

1 sama dengan m1 dan m1 adalah

1

2

Nst Neraca Ohauss

4. Untuk mencari suhu awal logam:

t1 =

¯

t

1

±

Δt

1

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari t1 sama dengan

¯

t

1 _{dan t1 adalah}

1

2

_Nst

Termometer

5. Untuk mencari suhu kesetimbangan logam:

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari t2 sama dengan

¯

t

2 _{dan t2 adalah}

1

2

_Nst

dari Termometer

6. Untuk mencari suhu awal dari air dingin:

t3 =

¯

t

3

±

Δt

3

Karena pengukuran tunggal, maka nilai dari t3 sama dengan

¯

t

3 _{dan t3 adalah}

1

2

_Nst

dari Termometer

7. Untuk mencari kalor jenis logam:

c =

¯

c

±

Δc

Nilai c dapat diperoleh dari persamaan:

Q lepas = Q terima

c diperoleh dari persamaan:

Kesalahan relatif hasil pengukuran adalah:

KR =

Δc

c

×

100

_%

jika nilai kesalahan relatif hasil pengukuran besarnya lebih kecil dari 10% pengukuran tersebut dapat ditolerir.

Keakuratan hasil pengukuran dapat diperoleh dengan membandingkan nilai standar yang ada dalam sumber buku dengan nilai yang di dapat dalam percobaan.

Keakuratan =

|

nilai praktikum -nilai standar

nilai standar

|

¿ 100 %

VII. Data Hasil Percobaan

Tabel data hasil pengamatan dalam percobaan:

Unsur yang dicatat Logam 1 (Besi) Logam 2 (Kuningan)

Massa Logam 62,45gram 66,60gram

Massa calorimeter dan air dingin

171,30gram 171,30gram

Massa air dingin 100,30gram 100,31gram

Suhu awal air dingin 22℃ 22℃

Suhu air mendidih 100℃ 100℃

Suhu Kesetimbangan 25℃ 26℃

Massa calorimeter : 71gram

Kalor jenis cawan calorimeter : 0,22_grkal_℃

VIII. Analisis Data

Berdasarkan analisis data percobaan, maka diperoleh nilai kalor jenis dari dua logam tersebut adalah sebagai berikut :

M=(62,45±1_{2 0,01}) M=62,45±0,005gram  Massa Air Dingin

m= ´m± ∆ m m= ´m±1₂Nst

m=

₍

100,30±1_{2 0,01}

₎

gram m=100,30±0,005gram  Massa cawan kalorimeter

m1= ´m1± ∆ m1

m1= ´m1±1₂Nst

m1=

(

71±1_{2 0,01}

)

gram

m1=71±0,005gram

 Suhu awal logam t1= ´t1± ∆ t1

t1= ´t1±1₂Nst

t1=

(

100±1_{2 1}

)

℃

t1=100±0,5℃

 Suhu Kesetimbangan t2= ´t2± ∆ t2

t2= ´t2±1₂Nst

t2=

(

25±1_{2 1}

)

℃

t2=25±0,5℃

 Suhu Awal Air Dingin t3= ´t3± ∆ t3

t3= ´t3±1₂ Nst

t3=22±0,5℃

 Nilai dari kalor jenis logam adalah :

 c=´c ± ∆ c c=0,074±0,01

 Kesalahan relatif

KR=∆ c ´

c ×100%KR=

0,01

0,074×100%KR=13,51 %

a. Keakuratan

Keakuratan=

|

Nilai Praktikum−_{Nilai Standar}Nilai Standar

|

×100 %

Keakuratan=

|

0,074_0,11−0,11

|

×100 %

Keakuratan=32,72 %

b. Logam Kuningan  Massa Logam

M= ´M ± ∆ M M= ´M ±1₂Nst

M=(66,60±1_{2 0,01}) M=66,60±0,005gram  Massa Air Dingin

m= ´m± ∆ m m= ´m±1₂Nst

m=

₍

100,30±1_{2 0,01}

₎

gram m=100,30±0,005gram  Massa cawan kalorimeter

m1= ´m1± ∆ m1

m1= ´m1±1₂Nst

m1=

(

71±1_{2 0,01}

)

gram

m1=71±0,005gram

 Suhu awal logam t1= ´t1± ∆ t1

t1=

(

100±1_{2 1}

)

℃

 Suhu Awal Air Dingin t3= ´t3± ∆ t3

t3= ´t3±1₂ Nst

t3=

(

22±1_{2 1}

)

℃

t3=22±0,5℃

 Kalor Jenis Logam Kuningan

∆ c=

 Jadi nilai c adalah c=´c ± ∆ c

Keakuratan=

|

nilai praktikum−nilai standar_{nilai standar}

|

×100 %

Keakuratan=

|

0,0941_0,092−0,092

|

×100 %

Keakuratan=

|

0,0021_0,092

|

×100 %

IX. Hasil dan Pembahasan

Dalam melakukan percobaan ini, terdapat kesalahan-kesalahan yang cukup berpengaruh terhadap data hasil percobaan yang diperoleh. Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain:

1. Kesalahan umum

Kesalahan merupakan kesalahan yang disebabkan oleh kekeliruan dalam melakukan pembacaan, pemakaian instrument dan dalam pencatatan serta penafsiran hasil-hasil pengukuran. Dalam pratikum in iterjadi beberapa kesalahan umum antara lain sebagai berikut :

 kesalahan dalam pembacaan skala yang menyangkut pengukuran suhu dengan termometer. Dan juga kesalahan dalam pembacaan hasil pengukuran massa dengan neraca ohaus yang digunakan.

2. Kesalahan sistematis

Kesalahan sistematis merupakan kesalahan yang disebabkan oleh instrument dan disebabkan oleh pengaruh lingkungan yang mempengaruhi percobaan.kesalahan yang terjadi pada percobaan ini yaitu:

 Kurangnya sensitifitas pada alat misalnya termometer, saat melakukan praktikum.

 Kurang pengkalibrasian pada neraca ohaus yang digunakan sehingga hasil pengukuran nya kurang akurat.

Kesalahan acak

Kesalahan acak merupakan kesalahan yang disebabkan oleh penyebab-penyebab yang tidak diketahui. Kesalahan yang terjadi dalam percobaan ini yaitu :

 kesalahan saat mengangkat kubuslogam dari alat pemanas, panas dari logam berkurang karena air yang membasahi logam menguap kelingkungan.

X. Pertanyaan dan Jawaban Pertanyaan :

2. Mengapa pada langkah 3 logam tidak diperkenankan menyentuh dinding pemanas dan tidak diperkenankan sebagaian logam berada di atas permukaan air?

3. Mengapa pada saat memindahkan logam panas ke dalam air tidak diperkenankan logam menyentuh air yang tercelup?

4. Apa yang menjadi sumber kesalahan(error) terbesar bila kita menggunakan air terlalu banyak?

5. Mengapa penjumlahan ruas kanan persamaan(1) diperbolehkan padahal secara dimensi belum setara?

Jawaban :

1. Maksud dari memulai dengan suhu air lebih rendah dari suhu kamar dan berakhir di atas suhu kamar adalah mengatur agar suhu air mula-mula berada di bawah suhu kamar. Kemudian setelah dicampur dengan logam yang telah dipanaskan dalam air mendidih, akan diperoleh suhu kesetimbangan yang sama atau diatas suhu kamar sehingga rentangan suhu yang dihasilkan dari keadaan setimbang menjadi lebih besar. Sedangkan bila suhu air mula-mula berada di atas suhu kamar maka mungkin saja nanti kalornya akan ditransfer lewat uap ke lingkungan sehingga tidak terdapat keseimbangan dalam sistem.

3. Saat memindahkan logam panas ke dalam air tidak diperkenankan logam itu menyentuh air sebelum tercelup. Hal ini dilakukan agar suhu logam dari air tetap terjaga dan tidak berubah-ubah, sehingga dengan cepat logam dicelupkan ke dalam kalorimeter untuk mendapatkan suhu kesetimbangan yang tepat dan sesuai sehingga perhitungan kalor jenis yang diperoleh juga sesuai dengan teori yang ada.

4. Yang menjadi sumber kesalahan (error) terbesar jika menggunakan air terlalu banyak adalah suhu kesetimbangan yang didapatkan tidak jauh beda dengan suhu awal air sehingga rentangan suhu akan menjadi sangat kecil dan dapat menyulitkan ketika melakukan perhitungan.

5. Penjumlahan pada ruas kanan persamaan M c (t1 - t2) = (m + m1c1) (t2 – t3) diperbolehkan padahal secara dimensi belum setara. Persamaan tersebut menjadi tidak setara secara dimensi karena kalor jenis air yang telah diketahui secara umum tidak dituliskan lagi. m adalah massa air, sedangkan kalor jenis air adalah 1. Jika persamaan itu ditulis ulang menjadi M c (t1 - t2) = (m 1+ m1c1) (t2 – t3). Jadi penjumlahan itu dapat dilakukan.

XI. Kesimpulan

Dari hasil analisi data dan pembahasan, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Besarnya kalor jenis beberapa jenis logam dapat ditentukan melalui percobaan dengan metode mencampur dan dengan menerapkan azas Black pada hasil yang diperoleh. Dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q

_lepas

=

Q

_terima

2. Kalor jenis logam besi adalah 0.074 kal/gram o_{C dengan kesalahan relatif sebesar} 13,51% dan keakuratan hasil percobaan adalah 32,72 %.

3. Kalor jenis logam aluminium adalah 0,0941 kal/gram o_{C dengan kesalahan relatif} sebesar 9,564 % dan keakuratan hasil percobaan adalah 2,28%.

kalor dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Peristiwa ini sesuai dengan Hukum ke-0 Termodinamika.

5. Perbedaan kalor jenis dari hasil percobaan dengan teori yang ada dapat disebabkan oleh adanya kesalahan-kesalahan dalam melakukan percobaan seperti kesalahan paralaks, kesalahan pada saat mengkalibrasi dan kesalahan pada saat menganalisis data.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, D.C. 1998. Fisika Jilid 1. Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga