kalorimeter

Kalori meter adalah alat untuk mengukur kalor jenis suatu zat. Salah satu bentuk kalori meter adalah kalori meter campuran. Kalori meter ini terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan didalam bejana lain yang agak lebih besar.kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat misalkan gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai isolator agar perukaran kalor dengan sekitar kalori meter dapat dikurangi. Kalori meter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan didalam  kalori meter, air dalam  kalori meter perlu diaduk agar diperoleh suhu merata sebagai akibat percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Asas penggunaan kalori meter adalah asas black. Setiap dua benda atau lebih dengan suhu berbeda dicampurkan maka benda yang bersuhu lebih tinggi akan melepaskan  kalornya, sedangkan benda yang bersuhu lebih rendah akan menyerap kalor hingga mencapai keseimbangan yaitu suhunya sama. Pelepasan dan penyerapan kalor ini besarnya harus imbang. Kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap sehingga berlaku hukum kekekalan energi.

            Kalor atau heat merupakan salah satu bentuk energi,yang pada abad ke-19 ditemukan bahwa fenomena yang berhubungan dengan kalor dapat dideskripsikan secara konsisten tanpa perlu menggunakan model fluida. Model baru ini memandang kalor berhubungan dengan kerja dan energi. Satuan-satuan yang digunakan untuk panas adalah kalori (1 kal= 4,184 J), Btu (1 Btu= 1054 J), dan para ahli gizi disebut “kalori besar” kilokalori (1 Kal = 1000 kal).

            Kalor jenis/c  adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1 ^o C (pada temperatur 14,50 C-15,5oC). Dalam satuan termal British (Brithis Thermal Unit/Btu), satu Btu ialah banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 lb air sebesar 1 ^o F.

            Apabila suatu benda diberikan kalor sebanyak Q kalori, sehingga benda tersebut mengalamim perubahan suhu sebesar ∆T (dalam o C atau o F) maka perbandingan antara banyaknya kalor yang diberikan dengan besarnya perubahan suhu disebut sebagai kapasitas kalor C (heat capasity).

Satuan dari kapasitas panas suatu benda adalah :

gr.kal/^oC     atau kgr.kal/^oC    atau    Btu/^oF.

            Dengan kata lain, kapasitas panas atau harga air suatu benda adalah banyaknya panas yang harus diberikan kepada benda tersebut agar suhunya naik satu derajat. Percobaan – percobaan lebih lanjut menyatakan bahwa benda-benda dengan massa yang sama tetapi terbuat dari jenis zat yang berbeda-beda pula. Dengan kenyataan tersebut, maka timbullah pengertian kapasitas panas jenis atau disingkat panas jenis (c= specific heat capacity= specific heat) dari suatu zat  yaitu kapasitas panas persatuan massa dari benda yang terbuat dari jenis zat tersebut.  Dengan demikian , panas jenis suatu zat didefinisikan debagai jumlah panas yang harus diberikan kepada setiap satuan massa dari zat tersebut agar suhunya naik dengan satu derajat.

            Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut.Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda (zat) bergantung pada 3 faktor :

1. massa zat
2. jenis zat (kalor jenis)
3. perubahan suhu

Q = m.c.(t2 - t1)

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Dimana :

Q =kalor yang dibutuhkan (J)

m =  massa benda (kg)

c =  kalor jenis (J/kg°C)

t₁=  suhu awal (°C)

t₂ =  suhu akhir (°C)

Panas dapat berpindah dengan tiga cara yaitu :

1.    Konduksi : perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan massa atau partikel zat. Terjadi pada zat padat.

2.    Konveksi : perpindahan kalor yang disertai perpindahan massa atau partikel zat. Terjadi pada zat cair dan gas.

3.    Radiasi : perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik ( tidak memerlukan medium ). Terjadi pada matahari.

Kalor merupakan suatu besaran fisika.Alat yang digunakan untuk mengukur kalor disebut kalorimeter.

Bagian-Bagian Kalorimeter

 Gambar 6.17 menunjukkan bagian-bagian kalorimeter. Adapun bagian-bagian dari kalorimeter adalah sebagai berikut :

·         Termometer, digunakan untuk mengukur suhu yang diletakkan pada tutup kalorimeter. Suhu yang tercantum pada termometer itulah yang digunakan dan menjadi acuan.

·         Pengaduk, digunakan untuk mengaduk agar panas zat yang ada pada kalorimeter sama.

·         Tutup kalorimater, yang terbuat dari kayu. Bahan ini merupakan isolator sehingga tidak terjadi transfer energi keluar sistem.

·         Bejana kalorimeter atau bejana dalam yang terbuat dari logam. Logam ini misalnya seperti tembaga atau aluminium. Permukaan bagian luar dari bejana ini dibuat mengkilap untuk mengurangi radiasi kalor atau kehilangan kalor karena penyerapan didnding bejana.

·         Selubung luar  yang menyekat terjadinya pertukaran kalor dengan lingkungannya. Bejana ini berguna untuk mengurangi hilangnya kalor karna konveksi dan konduksi. Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat yang diikuti dengan perpindahan partikel-partikel zat-zat. Sedangkan konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti oleh perpindahan pertikel-partikel zat itu.

·         Penyangga, agar antara bejana bagian dalam yang terbuat dari logam tidak bersentuhan dengan bejana pelindung bagian luar, sehingga antara bejana dalam dan bejana luar terdapat rongga udara. Dalam hal ini udara merupakan kondiktor paling buruk atau isolator paling baik.

Jenis- Jenis Kalorimeter

1.      Kalorimeter bom

            Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O₂ berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Sejumlah sampel ditempatkan pada tabung beroksigen yang tercelup dalam medium penyerap kalor (kalorimeter), dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat logam terpasang dalam tabung.

Contoh kalorimeter bom:

Kalorimeter makanan.

            Kalorimeter makanan adalah alat untuk menentukan nilai kalor zat makanankarbohidrat, protein, atau lemak. Alat ini terdiri dari sebuah tabung kaca yang tingginya kurang lebih 19 cm dan garis menengahnya kurang lebih 7,5 cm. Bagian dasarnya melengkung ke atas membentuk sebuah penyungkup. Penyungkup ini disumbat dengan sebuah sumbat karet yang yang berlubang di bagian tengah.Bagian atas tabung kaca ini ditutup dengan lempeng ebonit yang bundar.Di dalam tabung kaca itu terdapat sebuah pengaduk, yang tangkainya menembus tutup ebonit, juga terdapat sebuah pipa spiral dari tembaga.Ujung bawah pipa spiral itu menembus lubang sumbat karet pada penyungkup dan ujung atasnya menembus tutup ebonit bagian tengah.Pada tutup ebonit itu masih terdapat lagi sebuah lubang, tempat untuk memasukkan sebuah termometer ke dalam tabung kaca.Tabung kaca itu diletakkan di atas sebuah keping asbes dan ditahan oleh 3 buah keping. Keping itu berbentuk bujur sangkar yang sisinya kurang lebih 9,5 cm. Di bawah keping asbes itu terdapat kabel listrik yang akan dihubungkan dengan sumber listrik bila digunakan. Di atas keping asbes itu terdapat sebuah cawan aluminium.Di atas cawan itu tergantung sebuah kawat nikelin yang berhubungan dengan kabel listrik di bawah keping asbes. Kawat nikelin itulah yang akan menyalakan makanan dalam cawan bila berpijar oleh arus listrik. Dekat cawan terdapat pipa logam untuk mengalirkan oksigen.

2.      Kalorimeter larutan

            Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan.Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter.Berdasarkan perubahan suhu per kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut.Kini kalorimeter larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh dipasaran.

Gambar Kalorimeter Larutan

 

3.      Kalorimeter Elektrik

            Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan.Pada percobaan ini kita tidak membuat energi kalor / panas melainkan kita hanya merubah energi listrik menjadi energi kalor / panas.

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar  (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor / panas.

4.      Kalorimeter Aluminium

            Kalorimeter yang biasa digunakan di laboratoriumfisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50 mm (garis tengah). Bejana ini dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan di dalam bejana yang lebih besar yang disebut mantel/jaket. Mantel/jaket tersebut berguna untuk mengurangi hilangnya kalor karena konveksi dan konduksi

Prinsip Kerja Kalorimeter

            Kalorimeter merupakan suatu sistem yang tertutup yang berarti tidak terjadi transfer energi baik keluar maupun masuk ke dalam sistem kalorimeter tersebut. Transfer energi keluar ataupun masuk ke dalam sistem dicegah dengan bejana pelindung dari bahan penyekat panas. Dengan demikian, apabila suatu zat padat dengan suhu yang lebih tinggi dimasukkan ke dalam kalorimeter yang telah berisi sejumlah air, maka banyaknya panas yang diberikan oleh zat tersebut adalah sama dengan banyaknya panas yang diterima oleh kalorimeter beserta air di dalamnya . Suhu zat akan berubah turun, sedang suhu kalorimeter akan berubah naik dan akhirnya mencapai suhu yang sama.

            Prinsip kerja kalorimeter ini berlandaskan atas asas Black. Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Secara matematis dapat ditulis:

Q lepas = Q serap.

 

                       

Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh

keterangan:

     Q _zat                =  banyaknya kalor zat ( J atau kal )

      Q _{kal + air}      =  banyaknya kalor kalorimeter dan air (J atau kal)

      m_zat            =  massa zat yang diukur (kg)

       c_{p (zat)}         =  kalor jenis zat( J/kg ⁰C atau kal/kg⁰C)

D       t _zat         =  perubahan suhu zat

D       t _{zat air}    =  perubahan suhu air

       m_kal             =  massa kalorimeter

       c_{p kal}            =  kalor jenis kalorimer

       c_{p air}             =  kalor jenis air

            Kalorimeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia.Adapun kalor merupakan energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan kesistem.

            Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang diberikan atau diambil dalam suatu proses tertentu. Sebuah termometer sederhana terdiri dari bejana terisolasi, alat pengaduk, dan termometer. Pada umumnya, bejana kalorimeter dibalut menngunakan sejenis bahan isolator panas, seperti polistiren dan stirofoam .bahan bahan tersebut dapat digunakan untuk mengurangi pertukaran kalor diantara sistem dengan lingkungan, sehingga tekanan di dalam kalorimeter relatif tetap,. Hal ini karena, pengukuran kalor menggunakan kalorimeter harus dilakukan pada tekanan tetap.

            Untuk mengukur kalor dengan kalorimater, sumber panas disimpan di dalam kalorimater tersebut dan air diaduk sampai tercapai keadaaan kesetimbangan, kemudian kenaikan suhunya dicatat dengan membaca termometer.

Dalam hal ini, jumlah kalor yang dilepaskan oleh sistem dalam kalorimeter tersebut dapat dihitung. Tekanan dalam kalorimeter relatif tetap, Maka perubahan kalor sistem sama dengan perubahan entalpinya. Hal ini dinyatakan dengan persamaan berikut:

-H = Q

            Karena bejana kalorimeter dibalut dengan menggunakan bahan isolator, maka dianggap tidak ada kalor yang diserap dan dilepaskan oleh sistem dari dan ke lingkungan, sehingga kalor sistem sama dengan nol.

Qreaksi + Qkalorimeter + Qlarutan = Qsistem

Qreaksi + Qkalorimeter + Qlarutan = 0

Qreaksi = - (Qkalorimeter + Qlarutan )

       Kalibrasi alat kalorimeter dengan membiarkan suhu air dalam kalorimater  normal (kembali ke suhu awal).  Apabila air yang berada di suatu gelas kemudian diukur suhunya dengan menggunakan termometer, kemudian air tersebut dipindahkan ke kalorimeter, lalu suhunya diukur kembali dengan termometer. Kemudian kita membaningkan suhu keduanya, apabila suhu air di gelas beda atau berubah maka calorimeter telah terkontaminasi. Sedangkan sebaliknya apabila suhu keduanya sama maka calorimeter sudah dalam keadaan standar

Cara Pengukuran Kalorimeter

            Dalam penggunaan kalorimeter ini kita membutuhkan  termometer untuk mengukur suhu  yang diletakkan pada tutup kalorimeter. Suhu yang tercantum pada thermometer itulah yang digunakan dan yang menjadi acuan.

            Cara mengukur kalor jenis dengan kalorimeter dengan melakukan percobaan sebagai berikut :

1.      Menimbang massa kalorimeter dan pengaduk (m_kal) dengan neraca teknis.

2.      Memasukkan 200ml air ke dalam kalorimeter, menimbang kembali massa calorimeter + pengaduk + air (m_kal + m_air) tersebut dengan neraca teknis.

3.      Memasukkan thermometer ke dalam kalorimeter, menutup kalorimeter tersebut , setelah itu menentukan suhu awal calorimeter dan air (t_k-a).  setelah termometer menyentuh air dalam kalorimeter beberapa saat lamanya.

4.      Meninbang massa logam yang akan ditentukan massa jenisnya (m_zat) dengan neraca.

5.      Merebus logam tersebut ke dalam air panas selama kira – kira 5 menit, kemudian mengukur suhu air panas tersebut. Dengan mencatat suhu pada thermometer dan membandingkannya dengan suu awal.

6.      Membuka tutup kalorimeter. Lalu mengangkat pengaduk dan dengan segera logam yang telah direbus tadi dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan menggunakan penjepit. Lalu menutup kalorimeter dengan segera pula. Mengaduk air dengan batang pengaduk sampai suhu konstan. Catatan bahwa waktu pemindahan logam tidak boleh lebih dari 2,5 detik.

7.      Dari data yang telah didapatkan maka c_p logam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan asas black.

8.      Mengulangi percobaan sebanyak 3 x untuk hasil yang lebih akurat.

Pembacaan Hasil Pengukuran Kalorimeter

Q lepas = Q serap.

Dengan menggunakan asas Black, kita dapat menghitung kalor jenis zat tersebut.

Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh

Misalkan :

t_zat = suhu zat padat

T_rt = suhu akhir / rata – rata

T_k-a = suh calorimeter dan air mula - mula

Maka:

 

Dengan mensubstitusikan kedua persamaan di atas maka didapatkan persamaan :

 

Sehingga :

keterangan:

     Q _zat                                =  banyaknya kalor zat ( J atau kal )

      Q _{kal + air}                  =  banyaknya kalor kalorimeter dan air (J atau kal)

     m_zat                        =  massa zat yang diukur (kg)              

     c_{p (zat)}                      =  kalor jenis zat( J/kg ⁰C atau kal/kg⁰C)

D       t _zat                             =  perubahan suhu zat

D       t _{zat air}                =  perubahan suhu air

       m_kal                       =  massa kalorimeter

       c_{p kal}                      =  kalor jenis kalorimer

       c_{p air}                       =  kalor jenis air

Kesalahan Pengukuran Kalorimeter

       Kesalahan – kesalahan yng sering terjadi pada proses pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter ini adalah sebagai berikut

Kesalahan pengukuran massa dengan menggunaka neraca teknis.

1.      Waktu pemindahan zat yang terlalu lama. Seringkali harga c_p tidak sesuai akibat faktor waktu pemindahan logam panasatau hal lainyang mengakibatkan adanya proses transfer energy yang tidak diinginkan.Maka ulangi percobaan hingga beberapa kali dengan waktu pemindahan paling lama 2,5 detik

2.      Kesalahan pengukuran massa dengan menggunaka neraca teknis.

3.      Proses pengadukan zat di dalam kalorimeter yang terlalu cepat. Sehingga suhu belum konstan sudah dicatat ukurannya. Seharusnya aduk air dengan batang pengaduk  untuk beberapa saat sampai suhu konstan.

4.      Saat pencampuran logam ke dalam kalorimeter, tutup kalorimeter tidak rapat sehingga bisa menimbulkan terjadinya transfer energi.

5.      Kesalahan penghitungan pengukuran

6.      Kesalahaan pada alat yang kurang baik

7.      Ketidaktelitian Praktikan

Dalam kehidpan sehari-hari kita sering melihat alat-alat pemanas yang menggunakan energi listrik seperti teko pemanas, penanak nasi, kompor listrik ataupun pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu merubah energi listrik yang mengalir pada kumparan kawat menjadi energi kalor/panas. Sama halnya dengan kalorimeter yaitu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan.