MENENTUKAN KALOR YANG HILANG DALAM
PROSES PERTUKARAN KALOR
A.
Tujuan
1.
Mahasiswa
dapat menentukan jumlah kalor yang hilang dalam proses pertukaran kalor antara
lain yang bersuhu tinggi dan air yang bersuhu rendah.
2.
Mahasiswa dapat
menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kalor yang hilang.
B.
Alat dan
Bahan
|
No
|
Alat dan Bahan
|
Gambar
|
|
1
|
Beaker glass 250 ml, 2 buah
|
|
|
2.
|
Pemanas air
|
|
|
3.
|
Kaki tiga dan kawat kasa
|
|
|
4.
|
Termometer batang
|
|
|
5.
|
Timbangan
|
|
|
6.
|
Gabus
|
|
|
7.
|
Gelas
|
|
|
8
|
Tisu
|
|
|
9
|
Aquades
|
|
|
10
|
Penjepit kayu kimia
|
|
C.
Dasar Teori
Kalorimeter
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.
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.
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 :
Terdapat beberapa jenis kalorimeter yaitu
a.
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
b.
Kalorimeter
sederhana : yaitu digunakan untuk mengukur kalor reaksi yang berlangsung pada
fase larutan. Kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap/dilepas
larutan.
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 perubhaan suhu dari
kalorimeter tersebut.Dalam satuan SI satuan kalor adalah joule, satuan kalor
yang lainnya adalah kalori. Maka hubungan antar keduanya adalah
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.
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:
a.
Konduksi
Konduksi merupakan proses perpindahan kalor tanpa
disertai perpindahan partikel. Setiap zat dapat menghantarkan kalor secara
konduksi, baik zat yang tergolong konduktor maupun isolator.
b.
Konveksi
Konveksi merupakan proses perpindahan kalor yang
dilakukan oleh pergerakan fluida akibat perbedaan massa jenis. Contohnya
terjadinya angin darat dan angin laut.
c.
Radiasi
Radiasi (pancaran) merupakan proses perpindahan energi
kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Contohnya perpindahan kalor dari matahari
ke permukaan bumi.
Panas reaksi kimia suatu sistem dapat dilepaskan
(eksoterm) maupun diserap (endoterm). Perubahan panas reaksi dapat diukur
dengan kalorimeter. Prinsip kerja kalorimeter yaitu dengan mengisolasi panas
dalam sistem agar panasnya tidak berpindah ke lingkungan.
Secara eksperimen kalor reaksi dapat ditentukan dengan
kalorimeter. Tapi tidak semua reaksi dapat ditentukan kalor reaksinya secara
kalorimetrik. Penentuan ini terbatas pada reaksi-reaksi berkesudahan yang
berlangsung dengan cepat seperti pada reaksi pembakaran, reaksi penetralan, dan
reaksi pelaruta.
Salah satu penerapan dari kalorimeter adalah termos
air panas. Termos air panas selalu menjaga panas di dalam sistem agar tidak
terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungannya. Prinsip kerja ini sama
dengan prinsip kerja kalorimeter yang akan dilakukan pada percobaan ini.
mengukur suhu air dan bahan contoh sebelum dan sesuah
pencampuran.
Perbedaan
Suhu Dan Kalor
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang besarannya
dapat diukur menggunakan suatu pengukur suhu. Terdapat 4 jenis satuan suhu yang
dipakai di seluruh dunia, Celcius, Reamur, Farenheit, dan Kelvin. Satuan
Internasional untuk satuan suhu adalah Kelvin.
Suhu sendiri merupakan suatu pengukuran yang digunakan
untuk menunjukan seberapa banyak energi panas yang ada pada suatu tempat. Ingat
!! yang diukur adalah seberapa panas tempat tersebut bukannya seberapa dingin.
Panas dapat diukur tetapi dingin tidak dapat diukur !!
Sebagaimana halnya Energi pada umumnya, maka energi kalor
atau energi panas dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lain.
Contohnya terjadi pada pembangkit listrik tenaga panas bumi, yang mengubah
energi panas menjadi energi listrik.
Dengan energi kalor kita bahkan dapat mengubah wujud
suatu zat. Seperti contohnya, lilin yang dipanasi lama kelamaan akan meleleh,
hal ini berarti panas mengubah wujud lilin yang tadinya padat menjadi cair.
Contoh lain terjadi ketika kita merebus air, jika air kita panaskan secara
terus menerus maka lama kelamaan air akan menguap menjadi uap air, hal ini
mengubah bentuk air yang berbentuk cairan menjadi uap air yang berbentuk gas.
Asas Black
Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika
yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas inimenjabarkan: Jika dua buah benda
yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panasmemberi kalor pada benda
yang dingin sehingga suhu akhirnya sama jumlah kalor yang diserapbenda dingin
sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas benda yang didinginkan
melepaskalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.
Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:
"Pada
pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi
samadengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"
Menurut hukum kekekalan energi, kalor yang dlepas sama
dengan kalor yang di serap. Dalam kasus kedua sistem adalah sistem terbuka,
maka sebagian kalor di serap oleh lingkungan. Kalor ini sering dianggap sebagai
kalor yang hilang.
Misalnya
bejana 1 berisi air dengan massa m1 dan suhu awal t1.
Bejana 2 berisi air dengan massa m2 dan suhu awal t2.
Diketahui t2 lebih besar dari t1. Kalor jenis air adalah
1 kal/gramoC. Setelah tercapai kesetimbangan termal, suhu campuran
menjadi tc. Kalor yang dilepas bertanda negatif dan kalor yang di
serap bertanda positif. Menurut Azas Black :
|
|
Karena
besaran-besaran yang lain diketahui nilainya kecuali besaran kalor yang hilang,
maka besarnya kalor yang hilang dapat ditentukan.
Untuk mengurangi jumlah kalor yng hilang maka bejana tempat pencampuran dapat
diberi bahan yang tidak mudah menyerap kalor, atau tidak mudah menghantar kalor
ke lingkungan.
D.
Prosedur
Percobaan
1. Timbang
massa gelas.
2. Isi air
dalam bejana, masing-masing ± 100 ml.
3. Ukur volume
air dalam masing-masing bejana .
4. Hitung massa
air dalam masing-masing bejana.
5. Hitung suhu
air dingin pada salah satu bejana.
6. Panaskan air
dalam salah satu bejana dalam waktu 10 menit.
7. Ukur suhu
air panas dalam bejana.
8. Campurkan
air dingin ke dalam bejana yang berisi air panas.
9. Panaskan
dalam waktu 1 menit.
10. Ukur suhu campuran air itu.
11. Catat semua data yang diperoleh.
Lapisi salah
satu bejana tempat mencampur air dengan gabus. Ulangi lagi langkah 1 sampai
dengan 10
E.
Tugas dan
Pertanyaan
1.
Berapa
kalori yang di serap oleh lingkungan (kalor yang hilang) ?
Tanpa
pelapis gabus
Dik :
|
mgelas
= 125,13 g
mp
= 213,27 g
tp
= 65 C
md
= 218,71 g
td
= 23o C
tc
= 42o C
|
mp
= mp – mg
= 213,24 g - 125,13 g
= 88,11 g
md
= md – mg
= 218,17 g – 125,13 g
= 93,58 g
∆tp = tp – tc
= 65 C – 42 C
= 23 C
∆td = td – tc
= 23 C – 42 C
= -19 C
|
Dit : Q hilang ?
Jawab :
Q hilang
= -mp.c.∆tp
– md.c.∆td)
= (-88,11 g.1 kal/gramo C. 23o C) – (93,58
g.1 kal/gramo C. -19o C)
= (-2026,53) – ( -1778,02)
= -2026,53 + 1778,02
= -248,51
Joule
Dengan
pelapis gabus
Dik :
|
mgelas
= 125,56 g
mp
= 213,27 g
tp
= 44o C
md
= 218,71 g
td =
23o C
tc
= 42o C
|
mp
= mp – mg
= 213,24 g - 125,56 g
= 87,68 g
md =
md – mg
= 218,17 g – 125, 56 g
= 93,15 g
∆tp
= tp – tc
= 44o C – 42o C
= 2o C
∆td
= td – tc
= 23o C – 42o C
= -19 C
|
Dit : Q hilang ?
Jawab :
Q
hilang = (-mp.c.∆tp) – (md.c.∆td)
= (-87,68 g.1 kal/gramo C. 23o C) – (93,15
g.1 kal/gramo C. -19o C)
= (-175,36) – ( -1769,85)
= -175,36 + 1769,85
= 1594,49
Joule
2.
Apa cara
yang bisa ditempuh untuk mengurangi kalor yang hilang ? Beri contoh alat yang
di rancang dengan pertimbangan mengurangi kalor yang hilang ? Bagaimana cara
kerjanya ?
Jawab :
Seperti yang kita ketahui bersama, bahwa yang namanya
Kalor itu adalah berupa suatu energi. Dimana berdasar hukum kekekalan energi,
energi dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain dan dapat pula berubah
bentuk, dari bentuk energi satu ke energi lain Sekarang kita bahas tentang
energi kalor atau energi panas. Perpindahan Kalor adalah suatu proses
perpindahan energi panas pada suatu zat atau dari satu zat ke zat lain. Kalor
dapat berpindah dapat melalui suatu zat perantara maupun tanpa zat perantara,
zat perantara yang dapat menghantarkan kalor disebut dengan konduktor,
sedangkan yang tidak dapat menghantarkan panas disebut dengan isolator.
Kalor
berpindah dengan 3 cara, konduksi (hantaran), konveksi (aliran), dan radiasi
(pancaran). Untuk menghambat :
1.
perpindahan
kalor secara konduksi dengan cara memberi sekat / celah yang diisi hampa udara
2.
perpindahan kalor
secara konveksi dengan cara mengisolasi panas dalam suatu ruangan dengan
memberikan wadah/tutup
3.
perpindahan
kalor secara radiasi dengan cara ruangan untuk mengisolasi seperti pada
konveksi dan diberi warna putih mengkilap (perak), karena warna putih mengkilap
tidak akan menyerap kalor dengan baik. Selain itu dapat juga dilakukan dengan
radiasi kalor dapat dihalangi dengan cara memberikan tabir/penutup yang dapat
menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.
Banyak peristiwa dan peralatan sehari-hari yang memanfaatkan
konsep perpindahan kalor misalnya sepeti diuraikan berikut ini.
a.
Termos
merupakan peralatan rumah tangga yang dapat mencegah perpindahan kalor secara
konduksi, konveksi, maupun radiasi. Termos mempunyai dinding rangkap yang
berlapis perak di bagian dalamnya. Ruang antara kedua dinding tersebut
merupakan daerah hampa udara. Es di dalam termos dapat bertahan lama karena
tidak memperoleh kalor dari luar. Begitu pula minuman yang panas akan tetap
panas dalam waktu yang lama karena kalor sulit keluar dari termos. Perpindahan
kalor secara konduksi tidak mungkin terjadi di dalam termos sebab di dalam
termos terdapat kaca yang sukar menghantarkan kalor. Perpindahan kalor secara
konduksi dan konveksi terhambat oleh ruang hampa udara. Perpindahan kalor
secara radiasi juga tidak dapat terjadi karena hampir seluruh kalor dipantulkan
kembali oleh permukaan yang mengkilap.
Termos dibuat untuk mencegah
perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos
dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu
dengan cara:
v permukaan
tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi
mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke
dalam termos,
v dinding kaca
sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi,
dan
v ruang hampa
di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar
konveksi dengan udara luar tidak terjadi
b.
Setrika
memindahkan kalor ke pakaian yang disetrika secara konduksi. Setrika listrik
terbuat dari logam. Gagang setrika terbuat dari kayu, plastik atau ebonit
sehingga sukar menghantarkan panas. Pada bagian dalam setrika terdapat elemen
pemanas. Elemen pemanas terbuat dari kawat yang dililitkan pada lempeng mika.
Kawat ini merupakan kawat halus yang terbuat dari bahan nikelin, konstantan,
atau nikrom. Panas yang dihasilkan setrika listrik dipindahkan ke pakaian
dengan cara konduksi.
c.
Pada waktu
hari panas, benda-benda yang terbuat dari logam terasa lebih panas jika
dibandingkan dengan benda-benda yang terbuat bukan dari logam, dalam hal ini
terjadi aliran kalor ke tangan kita. Karena logam merupakan konduktor panas
yang baik, maka kalor juga mengalir dari bagian-bagian yang tidak disentuh.
Jadi, kalor yang sampai ke tangan kita cukup banyak sehingga terasa panas.
Tetapi kalau yang disentuh itu bukan logam, kalor yang mengalir ke tangan kita
hanya dari bagian-bagian yang disentuh saja sehingga terasa tidak sepanas
logam.
d.
Pada waktu
hari dingin, benda-benda yang terbuat dari logam terasa lebih dingin daripada
benda bukan logam, padahal jika diukur suhunya ternyata sama. Ini karena saat
logam itu kita sentuh, kalor mengalir dari tangan kita ke logam. Logam segera
menyebarkan kalor itu ke seluruh bagiannya sehingga lebih banyak lagi kalor
dari tangan kita yang mengalir ke logam. Karena itulah tangan kita merasakan
dingin. Tetapi, jika kita sentuh benda bukan logam, maka kalor yang berpindah
dari tangan kita ke benda akan memanaskan bagian bagian benda yang kita sentuh
saja, kalor tersebut tidak menyebar. Segera suhu benda yang kita sentuh akan
sama dengan suhu badan kita sehingga tangan kita merasa tidak begitu dingin.
e. Pada tungku-tungku pemanas yang
menggunakan kayu bakar selalu dibuat cerobong yang tinggi. Selain untuk
mengeluarkan asap, cerobong itu berfungsi juga untuk mengalirkan udara. Karena
pembakaran di bawah cerobong maka udara di dalamnya menjadi panas dan memuai.
Pemuaian menyebabkan massa jenis udara menjadi kecil sehingga udara naik ke
atas. Udara yang di panaskan di bagian bawah mudah naik ke atas melalui
cerobong. Selanjutnya, bagian atas cerobong menjadi hangat kembali sehingga
udara panas dari bawah lebih mudah untuk naik ke bagian atas cerobong. Dengan
demikian, udara lebih cepat mengalir dalam cerobong dan udara yang masuk ke
cerobong bagian bawah juga menjadi lebih cepat.
f. Panci Masak
: terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk
mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang
bersifat isolator untuk menahan panas
g. Jaket : mengenakan jaket tebal atau
meringkuk di bawah selimut tebal saat udara dingin badanmu merasa nyaman. Udara
termasuk isolator yang baik. Beberapa bahan penyekat terdiri dari, banyak
kantong-kantong udara kecil terbungkus. Kantong tersebut berfungsi mencegah
perpindahan kalor secara konveksi. Jadi tahukah kamu mengapa dalam selimut
diisi dengan bulu-bulu kecil atau serat yang menjebak udara? Hal ini dilakukan
untuk mencegah kemungkinan kehilangan kalor.
LEMBAR DATA
A. Tanpa
Pelapis Gabus
|
Volume air
dingin = Vd (cm3)
|
Massa air
dingin = md (gram)
|
Suhu air
dingin = td (oC)
|
Volume air
panas = Vp (cm3)
|
Massa air
panas = mp (gram)
|
Suhu air
panas = tp(oC)
|
Suhu
Campuran = tc (oC)
|
|
100 cm3
|
218,71 g
|
23 oC
|
100 cm3
|
213,24 g
|
65o
C
|
42o
C
|
Perhitungan
:
|
|
Kalor jenis air = 1 kal/gram C
|
|
|
|
|
|
mgelas
= 125,13 g
mp
= 213,27 g
tp
= 65 C
md
= 218,71 g
td
= 23o C
tc
= 42o C
|
mp
= mp – mg
= 213,24 g - 125,13 g
= 88,11 g
md
= md – mg
= 218,17 g – 125,13 g
= 93,58 g
∆tp = tp – tc
= 65 C – 42 C
= 23 C
∆td = td – tc
= 23 C – 42 C
= -19 C
|
Q hilang
= (-mp.c.∆tp)
– (md.c.∆td)
=
(-88,11 g.1 kal/gramC. 23o C) – (93,58 g.1 kal/gramo C. -19o
C)
= (-2026,53) – ( -1778,02)
= -2026,53 + 1778,02
=
-248,51 Joule
B. Dengan
Pelapis Gabus
|
Volume air
dingin = Vd (cm3)
|
Massa air
dingin = md (gram)
|
Suhu air
dingin = td (oC)
|
Volume air
panas = Vp (cm3)
|
Massa air
panas = mp (gram)
|
Suhu air
panas = tp(oC)
|
Suhu
Campuran = tc (oC)
|
|
100 cm3
|
218,71 g
|
23 oC
|
100 cm3
|
213,24 g
|
65o
C
|
42o C
|
Daftar Pustaka
0 komentar:
Posting Komentar