KALORIMETER ALIRAN
TUJUAN :
1 . Menentukan besarnya energi listrik yang dilepaskan dalam kalorimeter
2 . Menentukan besarnya energi kalor yang diterima kalorimeter
3 . Menentukan nilai kesetaraan kalor listrik
DASAR TEORI
Kalorimeter berarti mengukur panas. Ketika aliran panas yang terjadi antara dua benda yang terisolasi dari lingkungan jumlah panas yang yang hilang dari satu benda harus setara dengan jumlah yang lainnya.
Panas adalah yang berpindah jadi prinsipnya adalah kekekalan energi. Kualitas panas yang ditambahkan pada suatu benda sebagai positif dan kuantitas yang meninggalkan benda adalah negatif. Ketika sejumlah benda berinteraksi, maka aljabar dari setiap kuantitas panas yang dipindahkan pada semua benda harus sama dengan nol. Hal ini dapat dibuktikan dengan asas Black yaitu :
Q keluar = m c ∆T
Dengan :
m = massa air (larutan) di dalam kalorimeter
c = kalor jenis air (larutan) di dalam kalorimeter
∆T = kenaikan suhu larutan (kalorimeter)
Dengan cara yang sama pula;
Q masuk = Q air + Q wadah
Atau bisa ditulis
Q3 = Q2+Q1
Sumber : Paul A Tippler, 1998
Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu resistor dinyatakan dalam persamaan :
W = V i t
Dengan :
W = energi listrik
V = tegangan listrik
i = arus listrik
t = lama aliran listrik
Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat dinyatakan dengan persamaan
Q = m c ∆T
Dalam percobaan ini energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh airdan kalorimeter. Berdasarkan asas Black bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima, maka energi listrik yang yang diterima kalorimeter dan air itu sendiri akan menjadikan perubahan panas. Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor listrik adalah
γ = ( V i t )/ (mk ck + ma ca ) ∆T
Dengan :
W = energi listrik
V = tegangan listrik
i = arus listrik
t = lama aliran listrik
mk = massa kalorimeter
ck = kalor jenis kalorimeter
ma = massa air
ca = kalor jenis air
∆T = kenaikan suhu larutan (kalorimeter)
Terdapat beberapa jenis kalorimeter yaitu
1. Kalorimeter Bom : yaitu digunakan untuk mengukur kalor yang dikeluarkan ketika sebuar zat terpanaskan. Penggunaan nya biasanya dalam pembakaran makanan dengan kadar kalor dari pembakaran biji-bijian untuk kadar energi
2. Kalorimeter sederhana : yaitu digunakan untuk mengukur kalor reaksi yang berlangsung pada fase larutan. Kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap/dilepas larutan.
Sumber : Douglas C Giancoli,2001
Kalor itu sendiri merupakan jumlah energi yang dipindahkan antar benda yang memiliki suhu yang berbeda. Secara sponta kalor mengalir dari suatu benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu lebih rendah. Satuan umum untuk kalor adalah kal dan dapat didefinisika sebagai jumlah kalor yang dihasilkan untuk menaikkan suhu setiap 1 gram air sebesar 1 derajat celcius. Besarnya kalor ang diserap atau dilepaskan oleh suatu benda berbanding lurus dengan massa benda, kalor jeis benda, dan perubhan suhu dari kalorimeter tersebut.Dalam satuan SI satuan kalor adalah joule, satuan kalor yang lainnya adalah kalori. Maka hubungan antar keduanya adalah
1 joule = 0,24 kalori
1kalori = 4,2 joule
Sumber : Sears and Zemanky, 2002
Denagn menggunakan hukum hess, kalor pada reaksi kimia dapat ditentukan berdasarkan data perubahan entalpi pembentukan standar energi ikatan secara eksperimen. Proses dalam kalorimeter adalah termasuk proses adiabatik yaitu tidak ada energi yang lepas atau masuk ke dalam kalorimeter.
Aplikasi prinsip kerja kalorimeter dalam kehidupan sehari-hari adalah
1. Setrika listrik
2. Kompor listrik
3. Hair driyer
4. Magic com
5. Dispenser
Kalor merupakan suatu energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Benda yang menerima kalor, suhunya akan atau wujudnya berubah. Benda yang melepas kalor, suhunya akan turun atau wujudnya berubah. Jika suatu benda menerima atau melepaskan kalor maka temperatur zat tersebut akan berubah. Besar perubahan temperatur pada benda dapat ditentukan besarnya sesuai dengan besarnya kalor yang diserap atau yang dilepas benda. Kalor jenis suatu benda merupakan karakteristik benda yang mengaitkan kalor yang diserap dengan perubahan temperatur pada benda.
Kalorimeter adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter, yang menggunakan teknik pencampuran dua zat dalam suatu wadah, umumnya digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Bebrapa jenis kalorimeter yang sering dipakai antara lain, kalorimeter aluminium, kalorimeter elektrik, kalorimeter gas, dan kalorimeter bom.
Menentukan kalor jenis suatu zat dengan kalorimeter, dapat digunakan hukum kekekalan energi atau asas black. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor jenis zat lain yang dicampur dengan zat tersebut dapat dihitung. Dengan menggunakan kalorimeter bom, nilai suatu energi makanan dapat diukur. Sedangkan dengan menggunakan kalorimeter gas jumlah energi yang terkandung dalam bahan bakar fosil dapat diketahui.
Bila dua benda atau lebih mempunyai suhu yang berbeda-beda dan saling bersinggungan, maka akhirnya kedua benda tersebut akan berada dalam kesetimbangan (mempunyai suhu yang sama). Hal ini terjadi disebabkan karena adanya perpindahan kalor di antara benda-benda tersebut. Benda yang suhunya tinggi melepaskan kalor, sedangkan benda yang suhunya rendah akan menyerap kalor. Jumlah kalor yang dilepas dan diterima telah dinyatakan oleh Joseph Black dalam suatu azas yang disebut “asas Black” atau hukum pertukaran panas. Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter sebesar 1 pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimetri
Mengenai perpindahan kalor, dapat dibagi menjadi 3, yaitu:
1. Konduksi
Konduksi merupakan proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. Setiap zat dapat menghantarkan kalor secara konduksi, baik zat yang tergolong konduktor maupun isolator.
2. Konveksi
Konveksi merupakan proses perpindahan kalor yang dilakukan oleh pergerakan fluida akibat perbedaan massa jenis. Contohnya terjadinya angin darat dan angin laut.
3. Radiasi
Radiasi (pancaran) merupakan proses perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contohnya perpindahan kalor dari matahari ke permukaan bumi.
Kuat arus listrik
Kuat arus listrik (I) adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir (Q) tiap satuan waktu dalam suatu penghantar.Secara matematis dapat dituliskan sebagai:
I = Satuan kuat arus listrik adlah coulumb / detik atua sama dengan ampere(A).
Beda potensial
Beda potensial (V) adalah besarnya energi (W) yang diperlukan untuk memindahkan muatan (Q) dari suatu titik yang potensialnya lebih tinggi ke beda potensial yang lebih rendah.Hubungan antara Q,W dan V secara matematis dapat dirumuskan sebagai:
V = ; satuan V adalah = volt
Hambatan (R)
Hambatan (R) merupakan faktor pembanding yang besarnya tetap untuk suatu penghantar tertentu dan pda suhu tertentu.Hambatan selsu dipasng pada lrangkaian listrik dengan besar yang tetap agar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut juga tetap besarnya,sehingga tegangan yang diberiakan pada ujung-ujung hambatan besarnya harus tetap juga.Bila tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan diperkecil,sedangkan hambatan yang dipasang besarnya tetap maka kuat arus yang mengalir jadi kecil,hanya setengahnya.Sedangkan bila tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan diperbesar ,dan hambatan yang terpasang besarnya tetap,maka kuat arus yang mengalir akan bertambah besar.Faktor-faaktor yang mempengaruhi besarnya hambatan suatu penghantar adalah segagai berikut :
1. Panjang kawat,yaitu semakin panjang kawat penghantar,semakin besar pula nilai hambatannya
2. Luas penampang kawat,yaitu semakin besar luas penampang suatu penghantar semakin kecil nilai hambatannya
3. Hambat jenis kawat,yaitu semakin besar hambat jenis suatu penghantar semakin besar pula nilai hambatannya.
Daya listrik
Daya listrik adalah besarnya energi listrik yang dapat diubah menjadi bentuk energi lain tiap satuan waktu.Hubungan antara daya listrik,energi listrik,dan waktu dapat dituliskan sebagai :
P = ;
P = daya listrik,satuannya joule/sekon = watt(W)
W = energi listrik,satuannya joule(j)
t = waktu,satuannya sekon (s)
rumus di atas dapat ditulis sebagai:
p = = V. I ; watt = volt . ampere (VA)
p = I2.R ; watt = ampere2 . ohm (
p = ; watt = volt2 / ohm (V2/ )
Kalor
Kalor merupakan energi yang ditransfer dari satu benda ke benda yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur.Dalam satuan SI,satuan untuk kalor,sebagaimana bentuk energi lain ,adalah joule.Para ilmuan dahulu mempunyai gagasan aneh mengenai sifat kalor.Mereka menganggap sebagai zat cair yang disebut kalorik.Semua zat dianggap mempunyai kalorik sampai jumlah tertentu sesuai dengan seberapa panasnya.Kalorik ini dipertahankan sehingga apabila suatu benda dipanaskan oleh benda lain berarti bahwa kalorik dipindahkan dari benda yang lebih panas.Seandainya ide ini dibenarkan oleh kenyataan bahwa kalau bahan bakar terbakar,bobotnya akan berkurang.Namun,ketika para ilmuwan berusaha menentukan perubahan bobot pada zat yang dibakar,mereka menemukan bahwa hasilnya membingungkan dan sering bertentangan.Hal inilah yang menyebabkan para ilmuwan tidak membuat teori kalorik.Mereka hanya memperbaiki teorinya sedikit dengan menyatakan bahwa kalorik adalah suatu zat cair yang tidak berbobot.Pada tahun 1800-an sejumlah ilmuawan mengemukakan bahwa kalor berhubungan dengan energi,terutama seorang ilmuawan seorang pembuat minuman dari Inggris,James Presscot Joule(1818-1819).
Kalor jenis
Banyaknya kalor (Q) yang diperlukan suatu untuk menaikan suhu benda sebanding dengan massa(m) dan perubahan suhu zat ( ),dirumuskan sebagai:
Q = m.c. ; satuanya joule atau kalori
c = kalor jenis (J.Kg-1.K-1)
Q = banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu satu kilogram suatu benda sebesar satu derajat celcius.
Selain joule,satuan kalor yang biasa digunakan adalah kalori,denga konversi :
1 joule =0.24 kalori atau 1 kalori =4.18 joule.
1 kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu satu gram air murni sebesar satu derajat celsius.
Hukum Ohm
Bunyi hukum Ohm adalah kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antar ujung-ujung penghantar tersebut aslalkan suhu penghantar tetap.Secara sistematis,kesebandingan kuat arus(I) dengan beda potensial (V) dapat dituliskan dalambentuk persaan: V = I R
R merupakan faktor pembanding yang besarnya tetap untuk suatu penghantar tertentu(pada suhu tertentu).Faktor pembanding tersebut dinamakan hambatan suatu penghantar.
R = ; satuan R adalah = ohm,dengan lambang .Jadi hambatan suatu penghantar adalah hasil bagi beda potensialantara ujung-ujung penghantar dengan kuat arus dalam penghantar itu.
Asas Black
Bunyi asas Black adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu tinggi, banyaknya kalor yang diterima (diserap oleh benda yang bersuhu rendah.secara matematis,asas Black dirumuskan sebagai :
Qlepas = Qterim
Kalorimeter
Kalori meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor.Kalori meter terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui.Bejana ini biasanya ditempatkan dalam bejana lain yang lebih besar .Kedua bejana ini dipisahkan oleh sebuah penyekat,misalnya gabus atau wol.Kegunaan bejana luar adalah sebagai jaket pelindung agar pertukaran kalor dengan sekitar kalorimetewr dapat dikurangi.Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk.Pada waktu zat dicampurkan dalam kalori meter,air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh suhu yang merata sebagai akibat pencampuran dua zat yyang suhunya berbeda.Zat yang ditentukan kalor jenisnya dipanaskan sampai pada suhu tertentu.Kemudian zat tersebut segera dimasukan ke dalam kalori meter yang berisi air,yang suhu dan massanya telah diketahui.Kalori meter diaduk sampai suhunya tidak berubah lagi.Dalam penggunaan kalorimeter adabeberapa hal yang harus diperhitungkan.Satu diantaranya adalah kalor yang diambil oleh tempat air dan termometer.Kalor ini harus diperhitungkan sebab air harus diwadahi dan suhu harus diukur dengan mencelupkan termometer ke air tersebut.Hal lain ialah hilangnya sejumlah kalor ketika logam alumunium dipindahkan dari tempat pemanas ke air.Pada perjalanan dari tempat pemanas ke air tentu ada kalor yang hilang karena persentuhan dengan udara dan yang dipancarankan.Akan tetapi kehilangan kalor yang yterakhir ini sukar diperhitungkan.Kehilangan kalor karena diambil oleh wadah dapat diperhitungkan,sedangkan kalor yang diambil oleh termometer sukar diperhitungkan.Akan tetapi karena ukuran termometer biasanya kecil,kalor yang diambil selalu diabaikan.
Daftar Pustaka
Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga
Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Erlangga : Jakarta.
Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga
SEARS & ZEMANSKY, 2002, Fisika Universitas, Penerbit Bina Cipta, Bandung.
Tippler, A paul.1998.Fisika untuk sains dan Tekhnik jilid 1.jakarta : Erlangga
Tidak ada komentar:
Posting Komentar