SUHU DAN KALOR Fatmainnah, Asrianti Bt Sunardi Jurusan FISIKA SAINS FMIPA UNM 2015 Abstrak Telah dilakukan percobaan pada unit 1 yang berjudl βSuhu dan Arusβ. Percobaan ini bertujuan agar mahasiswwa dapat memahami hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu ( ο T), mahasiswa dapat memahami hubungan antara massa zat dengan jumlah kalor (Q), mahasiswa dapat merumuskan persamaan kalor (Q), dan mahasiswa dapat menentukan klor lebur es. Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu thermometer, kaki tiga+kasa asbes, pembakar spiritus, beacker gelas, stopwatch, statif+klem, gelas kimia 250 ml, neraca ohauss 311 gram, korek api, spiritus, dan air mineral. Dalam praktikum ini ada tiga kegiatan yang dilakukan, yang pertama yaitu hubungan antara jumlah kalor dengan kenaikan suhu yang dilakukan dengan menuangkan air kedalam gelas ukur secukupnya, kemudian memanaskan air tersebut diatas kaki tiga dengan dilapisi asbes dengan menggunakan pembakar spiritus setelah itu mengamati penunjukan suhu pada termometer pada selang waktu tertentu dan lakukan lagi kegiatan yang sama dengan suhu awal yang berbeda. Kegiatan kedua yaitu hubungan antara massa zat dengan jumlah kalor, yang dilakukan hampir sama dengan kegiatan pertama, pada kegiatan kedua ini kita memanipulasi volume air yang akan diguanakan dan mengukur suhu airnya dengan menentukan suhu acauan dan kenaikan suhu yang digunakan. Kegiatan ketiga yaitu menentukan kalor lebur es, yang dilakukan dengan menimbang kalorimeter dengan pengaduknya dan memasukkan air panas yang telah diukur suhunya kedalam kalorimeter kemudian masukkan es batu ke dalam kalorimeter dan aduk sampai semua es batu mencair, ukur suhunya dan timbang suhu campurannya. Dari analisis data yang telah dibuat, didapatkan hasil Q1=44,9 kal, Q2=386,55 kal, Q3=475,94 πππ, Q4= 2645,3504kal. Kata Kunci: kalor, kapasitas kalor, kenaikan suhu, massa zat, kalor lebur es.
RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu ( ο T)? 2. Bagaimana hubugan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)? 3. Bagaimana rumus persamaan kalor (Q)? 4. Berapa nilai dari kalor lebur es? TUJUAN 1. Mahasiswa dapat memahami hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu ( ο T). 2. Mahasiswa dapat memahami hubugan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q). 3. Mahasiswa dapat merumuskan persamaan kalor. 4. Mahasiswa dapat menentukan kalor lebur es.
METODOLOGI EKSPERIMEN Teori Singkat Air yang dipanaskan dari panci akan mulai panas dan lama kelamaan akan mendidih. Peristiwa ini sering dijumpai dalam kesehariaan. Proses air menjadi panas dan mendidih melibatkan perpindahan kalor dari sumber kalor ke lingkungan sekitarnya. Sumber kalor adalah api, sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar nyala api, maka berarti makin besar kalor yang dimiliki, atau semakin lama dipanaskan maka semakin banyak kalor yang dilepaskan. Akibat pemberiaan kalor tersebut, maka suhu air akan mengalami kenaikan dimana semakin lama dipanaskan maka semakin besar kenaikan suhu pada air. Dua wadah berisi air yang massanya berbeda, jika dipnaskan dengan waktu yang sama maka suhu yang terukur pada kedua wadah tersebut akan berbeda. Suhu air dalam wadah yang memiliki air yang massanya lebih kecil akan memiliki suhu yang lebih tinggi dibanding wadah yang berisi air lebih banyak . sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan antara banyak kalor (Q), kenaikan suhu (ΞT) dan massa air (m). Segelas air panas yang dicampurkan dengan segelas air dingin, akan terasa hangat. Hal ini disebabkan oleh karena adanya perpindahan kalor dari air panas ke air dingin. Itulah sebabnya suhu air panas turun dan suhu air dingin naik setelah keduanya bercampur. Pada proses pencampuran tersebut, kalor yang dilepaskan air panas diserap oleh air dingin jadinya banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang diserap. Pernyataan ini disebut Asas Black yang secara matematis dapat dituliskan :
Qlepas = Qserap
(1)
selain melakukan percobaan diatas, banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda dapat juga kita amati ketika memasak air. untuk mendidihkan air dalam cerek dengan kompor diperlukan selang waktu tertentu. semakin banyak volume air yang didihkan semakin lama selang waktu yang diperlukan. hal ini menunjukkan bahwa
suhu bergantung pada besarnya kenaikan suhu benda dan massanya. secara matematis dapat dituliskan : Q = m. c. βT
(2)
(Tim Dosen Fisika Dasar, 2015) Alat dan Bahan 1. Termometer 2. Kaki tiga + kasa asbes 3.
Pembakar spritus
4. Beacker glass 5. Stopwatch 6. Statif + klem 7. Gelas kimia 250 ml 8. Neraca ohauss 311 gram 9. Korek api 10. Spiritus 11. Air Identifikasi Variabel Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (οT) 1. Variabel manipulasi : lama pemanasan (s) dan volume air (ml) 2. Variabel kontrol
: suhu awal (ΛC)
3. Variabel respon
: suhu akhir (ΛC)
Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) 1. Variabel manipulasi : massa zat (gr) 2. Variabel kontrol
: perubahan suhu (ΛC)
3. Varibel respon
: lama pemanasan (s)
Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es 1. Variabel terukur
: massa benda (gr), suhu suatu zat (ΛC)
2. Variabel terhitung : kalor lebur es (kal/grΛC) Definisi Operasional Variabel 1. Suhu awal zat cair adalah suhu mula-mula zat cair sebelum dipanaskan yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan ΛC.
2. Lama pemanasan merupakan waktu yang ditetapkan untuk suatu zat cair untuk mengetahui jumlah kalor suatu zat cair yang diukur dengan menggunakan stopwatch dengan satuan sekon (s). 3. Suhu akhir adalah suhu suatu zat cair setelah dipanaskan sesuai dengan waktu yang telah ditentukan yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan ΛC. 4. Perubahan suhu adalah perubahan suhu yang telah ditentukan yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan ΛC 5. Massa zat adalah massa suatu zat cair yang diukur dengan menggunakan neraca ohauss 311 gram dengan satuan gram. 6. Massa benda adalah massa kalorimeter kosong beserta pengaduknya, kalorimeter + pengaduk + air panas, massa kalorimeter + pengaduk + air panas + air (es batu yang telah mencair) yang diukur dengan menggunakan neraca ohauss 311 gram dengan satuan gram. 7. Suhu suatu zat cair adalah suhu air panas dan kalorimeter, suhu es batu, dan suhu campuran yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan ΛC. 8. Kalor lebur es adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk mengubah dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya dihitung dengan menggunakan rumus Q = mL dengan satuan kal/gram. Prosedur Kerja Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (οT) 1. Menuangkan air ke dalam gelas ukur secukupnya. 2. Mengukur suhu awal air. 3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan menggunakan pembakar spritus. 4. Mengamati penunjukan suhu pada selang waktu tertentu (gunakan selang waktu yang sama untuk setiap data), dicatat hasilnya pada Tabel hasil pengamatan. 5. Mengulangi kegiatan yang sama dengan suhu mula-mula yang berbeda.
6. Mencatat ke dalam Tabel pengamatan waktu yang dibutuhkan setiap selang kenaikan suhu. Volume
= β¦β¦β¦β¦.. ml
Jenis zat cair
= β¦β¦β¦β¦..
Tabel. 1.1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu (οT) No
Suhu Awal (T0)
Lama Pemanasan
Suhu Akhir (TC)
(ΛC)
(s)
(ΛC)
Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) 1. Memasukkan air ke dalam gelas ukur sehingga menunjukkan volume tertentu, mencatat volume air yang digunakan (gunakan volume terkecil pada gelas ukur yang anda gunakan) dan diperhatikan penunjukan suhu dengan termometer. 2. Menentukan suhu acuan (lebih besar dari suhu mula-mula sekitar 3ΛC) dan besar kenaikan suhu yang diinginkan. 3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes menggunakan pembakar spritus.
4. Mengamati kenaikan suhu pada termometer dan nyalakan stopwatch tepat ketika termometer menunjukkan suhu acuan. Ukur waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar nilai kenaikan suhu yang telah ditentukan. Catat hasilnya dalam Tabel pengamatan. 5. Mengganti air yang digunakan dan mengulangi langkah 3 dan 4 untuk volume air yang berbeda (lebih besar dari volume sebelumnya). Diulangi sampai memperoleh minimal 6 data. οT = β¦β¦β¦β¦β¦β¦β¦β¦ΛC Tabel 1.2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) No.
Jenis Zat Cair
Massa Zat Cair (gr)
Lama Pemanasan (s)
1. 2. 3. 4. 5.
Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es 1. Memanaskan air dalam gelas kimia sampai suhunya sekitar 80ΛC 2. Menimbang kalorimeter beserta pengaduknya 3. Mengukur suhu es batu dan masukkan ke dalam kalorimeter dan timbang untuk menentukan massa es batu 4. Mengukur suhu air panas dan masukkan air tersebut ke dalam kalorimeter dengan cepat, tutup dan aduk-aduk sejenak sampai semua es batu mencair. Mengukur suhu pada saat itu sebagai suhu campuran kemudian timbang massa campuran untuk menentukan massa air panas. 5. Mencatat hasilnya dalam Tabel pengamatan Tabel 1.3. Menentukan kalor lebur es No. 1. 2.
Pengukuran
Hasil Pengukuran
3. 4. 5. 6.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA Hasil Pengamatan Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu ( ο T). Volume
= 150 ml
Jenis zat cair = air Suhu Awal (T0)
Lama Pemanasan
Suhu AKhir (Tc)
(OC)
(s)
(OC)
1
| 30,0 Β± 0,5 |
| 30,0 Β± 0,1 |
| 32,0 Β± 0,5 |
2
| 30,0 Β± 0,5 |
| 60,0 Β± 0,1 |
| 34,0 Β± 0,5 |
3
| 30,0 Β± 0,5 |
| 90,0 Β± 0,1 |
| 37,0 Β± 0,5 |
4
| 30,0 Β± 0,5 |
| 120,0 Β± 0,1 |
| 40,0 Β± 0,5 |
5
| 30,0 Β± 0,5 |
| 150,0 Β± 0,1 |
| 42,0 Β± 0,5 |
6
| 30,0 Β± 0,5 |
| 180,0 Β± 0,1 |
| 45,0 Β± 0,5 |
1
| 33,0 Β± 0,5 |
| 30,0 Β± 0,1 |
| 35,0 Β± 0,5 |
2
| 33,0 Β± 0,5 |
| 60,0 Β± 0,1 |
| 38,0 Β± 0,5 |
3
| 33,0 Β± 0,5 |
| 90,0 Β± 0,1 |
| 41,0 Β± 0,5 |
4
| 33,0 Β± 0,5 |
| 120,0 Β± 0,1 |
| 44,0 Β± 0,5 |
5
| 33,0 Β± 0,5 |
| 150,0 Β± 0,1 |
| 46,0 Β± 0,5 |
6
| 33,0 Β± 0,5 |
| 180,0 Β± 0,1 |
| 49,0 Β± 0,5 |
No
Grafik 1.1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (οT)
Suhu Akhir (OC)
(T0 =| 33,0 Β± 0,5 |) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
y = 0.0876x + 29.133 RΒ² = 0.9965
0
50
100
150
200
Lama Pemanasan (s) Grafik 1.2. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (οT) (T0 =| 33,0 Β± 0,5 |) 60 y = 0.0924x + 32.467 RΒ² = 0.9969
Suhu Akhir (oC)
50 40 30
20 10 0 0
50
100
150
200
Lama Pemanasan (s) Dari grafik diatas, maka dapat diketahui bahwa semakin lama pemanasan (semakin banyak jumlah kalor) maka semakin tinggi pula suhu akhir (Q ~ οT). Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q) ο T = | 3,0 Β± 0,5| oC
No
Jenis zat cair
Massa zat cair (gr)
Lama Pemanasan (s)
1
Air
| 34,100 Β± 0,005 |
| 18,5 Β± 1,0 |
2
Air
| 65,320 Β± 0,005 |
| 24,6 Β± 1,0 |
3
Air
| 90,100 Β± 0,005 |
| 29,5 Β± 1,0 |
4
Air
| 102,100 Β± 0,005 |
| 31,4 Β± 1,0 |
5
Air
| 108,740 Β± 0,005 |
| 32,2 Β± 1,0 |
Grafik 2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) 35 y = 0.1865x + 12.307 RΒ² = 0.9974
Massa Zat (gr)
30
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
Lama Pemanasan (s) Dari grafik diatas, maka dapat diketahui bahwa semakin banyak massa zat cair (m) maka jumlah kalor yang diperlukan untuk melewati οT akan semakin banyak (m~Q). π = π Γ π Γ βπ π=
π π Γ βπ
ππΏ2 π β2 πΓπ π½ππ’ππ π= ππ. πΎ π=
Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es No 1 2
Pengukuran Massa kalorimeter kosong dengan pengaduknya Massa kalorimeter + pengaduk + air panas
Hasil Pengukuran | 161,920 Β± 0,005 | | 169,160 Β± 0,005 |
3
Suhu air panas dan calorimeter
4
Suhu es batu
5
Suhu campuran Massa kalotimeter + pengaduk + air panas + air
6
(es batu yang mencair)
| 64,0 Β± 0,5 | β|10 Β± 0,5|β | 53,0 Β± 0,5 | | 178,140 Β± 0,005 |
ππ‘ππ‘ππ = π1 + π2 + π3 β π4 π2 = π4 β π1 β π3 π = π Γ π Γ βπ πΏπ πΏπ ππ + πβπ| πΏπ πΏβπ πΏππβπ πΏππβπ βπ = | ππ + πβπ| πΏπ πΏβπ βπ π. βπ. βπ + ππββπ =| | π ππβπ βπ = |
βπ = |
βπ ββπ + |π π βπ
1. Q1 π1 = πππ Γ πππ Γ βπ π1 = 8,98 ππ Γ 0,5 πππ/ππβ Γ (0 β (β10))β π1 = 44,9πππ βπ1 = |
0,005 ππππ (β0,05)β + | 44,9 πππ (β10)β 8,98 ππππ
βπ1 = |0,000557 + (0,005)|44,9 πππ βπ1 = 0,2410 πππ πΎπ
=
βπ1 0,2410 πππ = Γ 100% = 2,68% = 4 π΄π΅ π1 8,98 πππ
π·πΎ = 100% β πΎπ
= 100% β 2,68% = 97,32% π1 = |0,2410 Β± 8,98|πππ 2. Q2 π2 = πππ Γ πΏ 3. Q3 π3 = πππ Γ ππππ Γ βπ
π3 = 8,98 ππ Γ 1 πππ/ππβ Γ (53 β 0)β π3 = 475,94 πππ βπ3 = |
0,005 ππππ 0,5β + | 475,94 πππ 8,98 ππππ 53β
βπ3 = |0,000557 + 0,0094|475,94 πππ βπ3 = 4,7389346πππ πΎπ
=
βπ3 4,7389346 πππ = Γ 100% = 0,996% = 3 π΄π΅ π3 475,94 πππ
π·πΎ = 100% β πΎπ
= 100% β 0,996% = 99,004% π3 = |4,74 Β± 475,94|πππ 4. Q4 π4 = πππ + ππππ π4 = (ππππ Γ ππππ Γ βπ) + (ππππ Γ ππππ’πππππ’π Γ βπ) π4 = (107,24 ππ Γ 1 πππ/ππ β Γ (75 β 53)β) + (61,920 ππ Γ 0,21 πππ/ππβ Γ (75 β 53)β) π4 = (2359,28 + 280,0704)πππ π4 = 2645,3504 πππ βπ4 = |
0,005 ππππ 0,5β + | 2645,3504 πππ 107,24 ππππ 22β
βπ4 = |0,0000466 + 0,0227273|2645,3504 βπ4 = 60,244945πππ πΎπ
=
βπ4 60,244945πππ = Γ 100% = 2,28% = 3 π΄π΅ π4 2645,3504 πππ
π·πΎ = 100% β πΎπ
= 100% β 2,28% = 97,72% π4 = |60,24 Β± 2645,35|πππ Untuk mencari nilai kalor lebur es, gunakan persamaan: π2 = π4 β π1 β π3 π2 = 2645,35 πππ β 44,9 πππ β 475,9 πππ π2 = 2124,55 πππ π2 = πππ Γ πΏ πΏ=
π2 πππ
πΏ=
2124,55 πππ 8,98 ππππ
πΏ = 236,59 πππ/ππππ PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini mengenai suhu
dan kalor. Dimana dalam
praktikum ini terdapat tiga kegiatan yang dilakukan. Kegiatan 1 yaitu hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (οT). Pada kegiatan yang pertama ini, volume yang digunakan adalah sebesar 150 ml dengan jenis zat cair, air. Dalam kegiatan yang pertama ini terdapat dua suhu awal (To) (oC) yang digunakan yaitu |30,0 Β± 0,5| oC dan |33,0 Β± 0,5| oC, dengan lama pemanasan yang sama tapi tentunya dengan suhu akhir (Tc) (oC) yang berbeda. Pada suhu awal |30,0 Β± 0,5| oC terdapat 6 data, diperoleh suhu akhir berturut-turut |32,0 Β± 0,5|, |34,0 Β± 0,5|, |37,0 Β± 0,5|, |40,0 Β± 0,5|, |42,0 Β± 0,5|, |45,0 Β± 0,5| denga selang waktu yang sama yaitu 30 s. Kemudian pada suhu awal |33,0 Β± 0,5| oC dengan 6 data, diperoleh suhu akhir berturut-turut |35,0 Β± 0,5|, |38,0 Β± 0,5|, |41,0 Β± 0,5|, |44,0 Β± 0,5|, |46,0 Β± 0,5|, |49,0 Β± 0,5| denga selang waktu yang sama yaitu 30 s. Dan berdasarkan grafik yang dibuat pada analisis data, dapat diketahui bahwa semakin banyak atau besar kalor yang diberikan pada suatu zat cair, maka semakin besar kenaikan suhunya yang artinya hubungan antara jumlah kalor dengan kenaikan suhu berbanding lurus. Kegiatan kedua yaitu hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan massa zat cair (m) dengan kenaikan suhu (οT) yang digunakan adalah |3,0 Β± 0,5| oC. Jenis zat cair yang digunakan adalah air dengan massa zat cair (m) yang digunakan berturut-turut adalah |34,100 Β± 0,005|, |65,320 Β± 0,005|, |90,100 Β± 0,005|, |102,150 Β± 0,005|, |108,740 Β± 0,005| dan lama pemanasan yang diperoleh berturut-turut adalah |18,5 Β± 1,0|, |24,6 Β± 1,0|, |29,5 Β± 1,0|, |31,4 Β± 1,0|, |32,2 Β± 1,0|. Dari grafik yang telah dibuat pada analisis data, dapat diketahui bahwa semakin besar massa suatu zat cair yang dipanaskan maka kalor yang dibutuhkan juga akan semakin besar atau semakin banyak, yang artinya hubungan antara massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q) berbanding lurus.
Kegiatan 3 yaitu menentukan nilai kalor lebur es. Berdasarkan hasil percobaan dan hasil analisis data, diperoleh nilai L sebesar πΏ = 236,59 πππ/ ππππ hal ini sangat berbeda dengan nilai kalor lebur es secara teori yaitu 80 kal/gram. Adanya perbedaan ini deisebabkan oleh beberapa hal yaitu kesalahan kalibrasi pada saat pengukuran, suhu es yang ditunjukkan oleh thermometer melewati -10ΛC, dan οTair
panas
terlalu besar. Dan dari analisis data yang telah
dibuat, didapatkan hasil Q1 =44,9 kal, Q2 = 386,55 kal, Q3 = 475,94 πππ, Q4 = 2645,3504 kal. SIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Semakin banyak atau besar jumlah kalor yang diberikan pada suatu zat cair maka kenaikan suhunnya juga akan semakin besar. 2. Semakin besar massa suatu zat cair yang dipanaskan maka kalor yang dibutuhkan juga akan semakin besar atau semakin banyak. 3. Semakin banyak volume air yang didihkan semakin lama selang waktu yang dibutuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa suhu bergantung pada kenaikan suhu benda dan massanya. Q = m. c. οT SARAN 1. Saran saya kepada praktikan agar lebih terampil
dalam melakukan
penimbangan massa dengan menggunakan neraca ohauss 311 gram. 2.
Untuk asisten agar lebih mengontrol cara kerja yang dilakukan oleh para praktikannya.
DAFTAR RUJUKAN Tim Dosen Fisika Dasar. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Laboratorium Fisika Jurusan Fisika FMIPA UNM.