UNIT 1. SUHU DAN KALOR
SUHU DAN KALOR
Nur’arizkah, Sukmawati, Susi Suryani Syam
PENDIDIKAN FISIKA 2015
Abstrak
Telah dilakukan suatu praktikum dengan judul suhu dan kalor. Kegiatan pertama
percobaan ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara jumlah kalor dengan kenaikan suhu,
kegiatan kedua bertujuan mengetahui hubungan massa zat dengan jumlah kalor. Sedangkan
kegiatan ketiga bertujuan untuk menentukan kalor lebur es. Pada kegiatan pertama, digunakan dua
suhu awal yakni │30,0 ± 0,5│°C dan │40,0 ± 0,5│°C, dan juga lama pemanasan yang berbeda,
dengan data-data dari kedua variabel tersebut dibuat grafik hubungan yang menunjukkan bahwa
jumlah kalor berbanding lurus dengan kenaikan suhu. Pada kegiatan kedua, hubungan massa zat
cair dengan jumlah kalor dicari dengan membandingkan nilai massa dengan lama pemanasan
dengan perbandingan yakni 0,046895 kg: 31,1 s; 0,068740 kg: 42,7 s; dan 0,085550 kg: 44,8 s.
Dengan memasukkan perbandingan tersebut melalui grafik didapat hasil bahwa jumlah kalor
berbanding lurus dengan massa zat. Sehingga jika dinyatakan dalam persamaan matematis dapat
dituliskan Q = m c ΔT. Adapun satuan dari kalor jenis (c) ditentukan dengan analisis dimensi
sehingga diperoleh hasil satuan dari kalor jenis yakni J/kg °C. Pada kegiatan ketiga dicari nilai dari
kalor lebur es dengan menggunakan asas black, dengan hasil akhir kalir lebur es bernilai │0,34 ±
0,09│106 J/kg.
Kata kunci : kalor, suhu, massa, hubungan.
RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)?
2. Bagaimana hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)?
3. Bagaimana persamaan kalor (Q)?
4. Berapa kalor lebur es?
TUJUAN
1. Menyelidiki hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT).
2. Menyelidiki hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q).
3. Merumuskan persamaan kalor (Q).
4. Menetukan kalor lebur es.
METODOLOGI EKSPERIMEN
Teori Singkat
Air yang dipanaskan dalam panci akan mulai panas dan lama-kelamaan akan
mendidih. Peristiwa ini sering dijumpai dalam keseharian. 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 pemberian kalor tersebut, maka suhu air akan
mengalami kenaikan dimana semakin lama dipanaskan maka semakin besar kenaikan
suhu pada air (Herman, 2015: 1).
Interaksi yang menyebabkan perpindahan suhu ini pada dasarnya adalah
perpindahan energi dari satu bahan ke bahan yang lainnya. Perpindahan energi
yang hanya terjadi karena perbedaan suhu disebut aliran panas atau perpindahan
panas, dan energi yang dipindahkan disebut panas (heat) (Young, 2002:467).
Dua wadah berisi air yang massanya berbeda, jika dipanaskan dengan
waktu yang sama maka suhu yang terukur pada kedua wadah tersebut akan
berbeda. Suhu air dalam wadah yang memiki air yang massanya lebih kecil akan
memilki suhu yang lebih tinggi dibanding wadah yang berisi air lebih banyak.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan antara banyak kalor (Q),
kenaikan suhu (ΔT) dan massa air (m). Segelas air panas yang dicampurkan
dengan segelas air dingin, akan terasa hangat. Hal 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.
Jadi banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang
diserap. Pernyataan ini disebut Azaz Black yang secara matematis dapat
dituliskan;
Qlepas = Qserap
................................................ (1)
Bila energi panas ditambahakan pada suatu zat, maka temperatur zat
biasanya naik. (pengecualian terjadi selama perubahan fasa, seperti bila air
membeku atau menguap, yang akan kita bahas dalam subbab berikut). Jumlah
energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah
sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat itu (Tipler, 1998:598)
Q = C ΔT = m c ΔT
..........................................(2)
Dengan C merupakan kapasitas panas zat, yang didefinisikan sebagai
energi panas yang dibutuhkan untk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu
derajat. Panas jenis c adalah kapasistas panas per satuan massa (Tipler, 1998:599):
c=
C
m
...........................................(3)
Satuan energi panas historis, kalori mula-mula didefinisikan sebagai
jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air
satu derajat Celcius (atau satu Kelvin karena derajat Celcius dan Kelvin besarnya
sama). Selanjutnya kilokalori ialah banyaknya energi panas yang dibutuhkan
untuk menaikkan temperatur satu kilogram air dengan satu derajat Celcius
(“Kalori” sebenarnya adalah kilokalori). Kalori sekarang didefinisikan dengan
menyatakan dalam satuan SI untuk panas, yaitu Joule (Tipler, 1998:599):
1 kal = 4,184 J
Dari definisi awal kalori, panas jenis air adalah(Tipler, 1998:599)
cair = 1 kal/g°C = 1 kkal/kg°C
= 1 kkal/kg.K = 4,184 kJ/kg.K
Nilai-nilai untuk kalor lebur dan penguapan disebut juga kalor laten. Kalor
penguapan dan lebur juga mengacu pada jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat
ketika berubah dari gas ke cair, atau dari cair ke padat. Tentu saja kalor yang
terlibat dalam perubahan fase tidak hanya bergantung pada kalor laten, tetapi juga
pada massa total zat tersebut. Sehingga (Douglas, 2001: 497 – 498).
Q=mL
...............................................(4)
Dimana L adalah kalor laten proses dan zat tertentu, m adalah massa zat
dan Q adalah kalor yang dibutuhkan atau dikeluarkan selama perubahan fase.
Proses ini adalah reversible (bisa bolak-balik). Untuk membekukan cairan
air pada 0°C, panas yang harus dihilangkan besarnya adalah sama, tapi dalam
kasus ini, Q negatif
karena panas dikeluarkan bukan ditambahkan. Untuk
melingkupi kedua kemungkinan dan mencakupi jenis perubahan fasa lainnya, kita
tuliskan
Q = ± mL
..........................................(5)
Tanda plus (panas masuk) dipakai ketika bahan melebur; tanda minus
(panas keluar) dipakai saat membeku panas peleburan berbeda untuk bahan yang
berlainan, dan juga bervariasi terhadap tekanan.
Alat dan Bahan
1. Alat
a. Termometer batang
2 buah
b. Kaki tiga + kasa asbes
1 set
c. Pembakar spiritus
1 buah
d. Stopwatch
1 buah
e. Statif + klem
1 set
f. Gelas kimia 100 ml
1 buah
g. Gelas kimia 250 ml
1 buah
h. Neraca ohauss 311 gram
1 buah
i. Alat tulis menulis
2. Bahan
a. Korek api
b. Spiritus
c. Air
d. Es batu
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1
1. Variabel manipulasi
: suhu awal (°C) dan lama pemanasan (s)
2. Variable respon
: suhu akhir (°C)
3. Variable kontrol
: volume (ml) dan jenis zat cair
Kegiatan 2
1. Variable manipulasi
: massa zat cair (kg)
2. Variable respon
: lama pemanasan (s)
3. Variable kontrol
: kenaikan suhu (°C) dan jenis zat cair
Kegiatan 3
1. Massa kalorimeter (kg)
2. Massa air panas (kg)
3. Massa es batu (kg)
4. Suhu air panas (°C)
5. Suhu es batu (°C)
6. Suhu campuran (°C)
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1
1. Variabel manipulasi : suhu awal (°C) dan lama pemanasan (s)
a.
Suhu awal adalah derajat panas dinginnya air yang diukur sebelum
dipanaskan. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu awal yakni
termometer dengan hasil akhir menggunakan derajat celcius (°C) sebagai
satuannya.
b.
Lama pemanasan adalah banyaknya waktu yang digunakan ketika
memanaskan air. Alat yang digunakan untuk mengukur waktu pemanasan
yakni stopwatch dengan sekon (s) sebagai satuan akhirnya. Lama
pemanasan di asumsikan sama dengan jumlah kalor (Q).
2. Variabel respon
a.
: suhu akhir (°C)
Suhu akhir adalah derajat panas dinginnya air sesudah dipanaskan dalam
selang waktu yang telah ditentukan. Alat ukur suhu untuk variabel ini
yakni termometer dengan celcius sebagai satuan akhirnya.
3. Variabel kontrol
a.
: volume (ml) dan jenis zat cair
Volume adalah ukuran banyaknya jumlah air yang akan dipanaskan yang
diukur dengan menggunakan gelas ukur dengan mililiter merupakan satuan
akhir hasilnya.
b.
Jenis zat cair adalah jenis cairan yang akan dipanaskan, dimana dalam
percobaan ini air merupakan jenis zat cair yang digunakan.
Kegiatan 2
1. Variabel manipulasi : massa zat cair (kg)
a.
Massa zat cair adalah ukuran massa air yang diukur setelah dipanaskan.
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur massa air yakni neraca ohauss
311 gram dengan kilogram sebagai satun akhir hasil pengukuran.
2. Variabel respon
a.
: lama pemanasan (s)
Lama pemanasan adalah banyaknya waktu yang digunakan ketika
memanaskan air. Alat yang digunakan untuk mengukur waktu pemanasan
yakni stopwatch dengan sekon (s) sebagai satuan akhirnya. Lama
pemanasan di asumsikan sama dengan jumlah kalor (Q).
3. Variabel kontrol
a.
: kenaikan suhu (°C) dan jenis zat cair
Kenaikan suhu (°C) adalah selisih derajat panas dinginnya zat cair
sebelum dan sesudah dipanaskan. Alat ukur yang digunakan yakni
b.
termometer dengan celcius merupakan satuan akhirnya.
Jenis zat cair adalah jenis cairan yang akan dipanaskan, dimana dalam
percobaan ini air merupakan jenis zat cair yang digunakan.
Kegiatan 3
1. Massa kalorimeter (kg)
Massa kalorimeter adalah ukuran massa dari kalorimeter kosong beserta
pengaduknya. Alat ukur yang digunakan adalah neraca ohauss 311 gram
dengan menggunakan kilogram sebagai satuan akhirnya.
2. Massa air panas (kg)
Massa air panas adalah ukuran massa air yang sudah dipanaskan terlebih
dahulu yang diperoleh dengan menimbang kalorimeter yang berisi air panas
dan pengaduknya menggunakan neraca ohauss 311 gram, yang kemudian
dikurangkan dengan massa kalorimeter kosong dengan pengaduknya. Hasil
akhirnya menggukan satuan kilogram.
3. Massa es batu (kg)
Massa es batu adalah ukuran massa es yang dihitung setelah dilelehkan dalam
air panas yang berada dalam kalorimeter yang ditimbang dengan menggunakan
neraca ohauss 311 gram, yang kemudian dikurangkan dengan massa air
kalorimeter yang berisi air panas dan pengaduknya. Kilogram merupakan
satuan akhir dari variabel ini.
4. Suhu air panas (°C)
Suhu air panas adalah derajat panas dari air yang sudah dipanaskan terlebih
dahulu dan dimasukkan ke dalam kalorimeter, alat ukur yang digunakan adalah
termometer dengan celcius sebagai satuan akhirnya.
5. Suhu es batu (°C)
Suhu es batu adalah derajat dinginnya es yang diukur ketika es masih berada
didalam pendingin kulkas, alat ukur yang digunakan yakni termometer dengan
celcius sebagai satuan akhirnya.
6. Suhu campuran (°C)
Suhu campuran adalah derajat panas dinginnya air setelah es batu dilelehkan
didalam air panas yang berada dalam kalorimeter. Alat ukur yang digunakan
adalah termometer dengan celcius merupakan satuan akhirnya.
Prosedur Kerja
Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalir (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT).
1. Menuangkan air ke dalam gelas ukur sebanyak 100 ml.
2. Mengukur suhu awal air dengan zat cair yang akan dipanaskan.
3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan
menggunakan pembakar spiritus.
4. Mengamati penunjukan suhu pada selang waktu tertentu (menggunakan selang
waktu yang sama untuk setiap data), mencatat hasilnya pada tabel hasil
pengamatan.
5. Melakukan kegiatan yang sama dengan suhu mula-mula yang berbeda.
6. Mencatat waktu yang dibutuhkan ke dalam tabel pengamatan untuk setiap
selang kenaikan suhu.
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 (menggunakan volume terkecil pada
gelas ukur yang digunakan) dan memperhatikan penunjukan suhu dengan
termometer.
2. Menentukan suhu acuan (lebih besar dari suhu mula-mula sekitar 3°C) dan
besar kenaikan suhu yang diinginkan.
3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan
menggunakan pembakar spiritus.
4. Mengamati kenaikan suhu pada termometer dan menyalakan stopwatch tepat
ketika termometer menunjukkan suhu acuan. Mengukur waktu yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar nilai kenaikan suhu yang telah
ditentukan. Mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.
5. Mengganti volume air yang digunakan, dan mengulangi langkah ke 3 dan ke
4. Mengganti volume air yang digunakan sampai diperoleh 5 data.
Kegiatan 3. Gaya magnet (Fm) sebagai fungsi kuat medan magnetik (B).
1. Memanaskan air dalam gelas kimia 250 ml sebanyak 100 ml sampai suhunya
mencapai 80 derajat celcius.
2. Menimbang kalorimeter kosong beserta pengaduknya.
3. Mengukur suhu air panas degan menuangkan air panas ke dalam kalorimeter
dengan cepat, dan menimbangnya untuk menentukan massa air panas
4. Mengukur suhu es batu dan memasukkan es batu ke dalam kalorimeter dan
aduk sampai semua es batu mencair. mengukur suhu pada saat itu sebagai
suhu campuran kemudian menimbang kalorimeter untuk menentukan massa
campuran.
5. Mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Hasil Pengamatan
Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan
suhu (ΔT)
Volume
= |100 ± 1| ml
Jenis Zat Cair = Air
No
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Tabel 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan
suhu (ΔT)
Suhu Awal
Lama Pemanasan
Suhu Akhir
T0 (°C)
|30,0 ± 0,5|
|40,0 ± 0,5|
t (s)
|30,0 ± 0,1|
|60,0 ± 0,1|
|90,0 ± 0,1|
|120,0 ± 0,1|
|150,0 ± 0,1|
|180,0 ± 0,1|
|210,0 ± 0,1|
|240,0 ± 0,1|
|20,0 ± 0,1|
|40,0 ± 0,1|
|60,0 ± 0,1|
|80,0 ± 0,1|
|100,0 ± 0,1|
|120,0 ± 0,1|
|140,0 ± 0,1|
|160,0 ± 0,1|
TC (°C)
|31,5 ± 0,5|
|34,0 ± 0,5|
|36,0 ± 0,5|
|39,0 ± 0,5|
|42,0 ± 0,5|
|45,0 ± 0,5|
|48,0 ± 0,5|
|51,0 ± 0,5|
|41,5 ± 0,5|
|43,0 ± 0,5|
|45,0 ± 0,5|
|47,0 ± 0,5|
|49,0 ± 0,5|
|51,0 ± 0,5|
|53,0 ± 0,5|
|55,0 ± 0,5|
Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q)
ΔT
= |3,00 ± 1| °C
Tabel 2. Hubungan massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q)
Jenis Zat Cair
Massa Zat Cair (g)
Lama Pemanasan (s)
Air
|46,895 ± 0,005|
|31,1 ± 0,1|
|68,740 ± 0,005|
|42,7 ± 0,1|
|85,550 ± 0,005|
|44,8 ± 0,1|
|112,740 ± 0,005|
|63,1 ± 0,1|
|136,680 ± 0,005|
|58,3 ± 0,1|
No
1
2
3
4
5
Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 3. Hasil pengukuran
Pengukuran
Massa kalorimeter kosong beserta
pengaduknya
Massa kalorimeter + pengaduk + air
panas
Suhu air panas dan kalorimeter
Suhu es batu
Suhu campuran
Massa kalorimeter + pengaduk + air
panas + air (es batu yang mencair)
Hasil Pengukuran
|62,400 ± 0,005| g
|157,455 ± 0,005| g
|64,0 ± 0,5|°C
|-12,0 ± 0,5|°C
|56,9 ± 0,5|°C
|162,705 ± 0,005| g
ANALISIS DATA
Kegiatan 1
Lama pemanasan diasumsikan sebagai jumlah kalor (Q)
Suhu Awal │30,0 ± 0,5│°C
1.
Kenaikan suhu (ΔT)
a.
Data 1
∆ T1 = ( T C - T 0 ) = ( 31,5 - 30,0 ) = 1,5 ℃
KR =
∆ ∆T 1
1
×100% =
×100% = 67% = 2 AB
∆T 1
1,5
ΔT1 = │ ΔT1 ± ΔΔT1│= │1,5 ± 1,0│°C
b.
Data 2
∆ T2 = ( TC - T 0 ) = ( 34,0 - 30,0 ) = 4,0 ℃
KR =
∆ ∆T 2
1
×100% = ×100% = 25% = 2 AB
∆T 2
4
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│4,0 ± 1,0│°C
c.
Data 3
∆ T3 = ( TC - T 0 ) = ( 36,0 - 30,0 ) = 6,0 ℃
KR =
∆ ∆T 3
1
×100% = ×100% = 17% = 2 AB
∆T 3
6
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│6,0 ± 1,0│°C
d.
Data 4
∆ T4 = ( TC - T0 ) = (39,0 - 30,0 ) = 9,0 ℃
KR =
∆ ∆T 4
1
×100% = ×100% = 11% = 2 AB
∆T 4
9
ΔT4 = │ ΔT4 ± ΔΔT4│=│9,0 ± 1,0│°C
e. Data 5
∆ T5 = ( TC - T 0 ) = ( 42,0 - 30,0 ) = 12,0 ℃
KR =
∆ ∆T 5
1
×100% =
×100% = 8,3% = 2 AB
∆T 5
12
ΔT5 = │ ΔT5 ± ΔΔT5│=│12 ± 1│°C
f. Data 6
∆ T6 = ( TC - T 0 ) = ( 45,0 - 30,0 ) = 15,0 ℃
KR =
∆ ∆T 6
1
×100% =
×100% = 6,7% = 2 AB
∆T 6
15
ΔT6 = │ ΔT6 ± ΔΔT6│=│15 ± 1│°C
g. Data 7
∆ T7 = ( TC - T 0 ) = ( 48,0 - 30,0 ) = 18,0 ℃
KR =
∆ ∆T 7
1
×100% =
×100% = 5,6% = 2 AB
∆T 7
18
ΔT7 = │ ΔT7 ± ΔΔT7│=│18 ± 1│°C
h. Data 8
∆ T8 = ( TC - T 0 ) = ( 51,0 - 30,0 ) = 21,0 ℃
KR =
∆ ∆T 8
1
×100% =
×100% = 4,7% = 2 AB
∆T 8
21
ΔT8 = │ ΔT8 ± ΔΔT8│=│21 ± 1│°C
2.
Grafik hubungan
Tabel 4. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu (ΔT)
No
Lama Pemanasan t (s)
Perubahan Kenaikan Suhu ΔT (°C)
.
1
│30,0 ± 0,1│
│1,5 ± 1,0│
2
│60,0 ± 0,1│
│4,0 ± 1,0│
3
│90,0 ± 0,1│
│6,0 ± 1,0│
4
│120,0 ± 0,1│
│9,0 ± 1,0│
5
│150,0 ± 0,1│
│12 ± 1│
6
│180,0 ± 0,1│
│15 ± 1│
7
│210,0 ± 0,1│
│18 ± 1│
8
│240,0 ± 0,1│
│21 ± 1│
25.0
Kenaikan Suhu (°C)
20.0
f(x) = 0.09x - 1.86
R² = 1
15.0
10.0
5.0
0.0
0
50
100
150
200
250
300
Lama Pemanasan (s)
Grafik 1. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)
Suhu Awal │40,0 ± 0,5│°C
1.
Kenaikan suhu (ΔT)
a. Data 1
∆ T1 = ( T C - T 0 ) = ( 41,5 - 40,0 ) = 1,5 ℃
KR =
∆ ∆T 1
1
×100% =
×100% = 67% = 2 AB
∆T 1
1,5
ΔT1 = │ ΔT1 ± ΔΔT1│= │1,5 ± 1,0│°C
b.
Data 2
∆ T2 = ( TC - T 0 ) = ( 43,0 - 40,0 ) = 3,0 ℃
KR =
∆ ∆T 2
1
×100% = ×100% = 33% = 2 AB
∆T 2
3
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│3,0 ± 1,0│°C
c.
Data 3
∆ T3 = ( TC - T 0 ) = ( 45,0 - 40,0 ) = 5,0 ℃
KR =
∆ ∆T 3
1
×100% = ×100% = 20% = 2 AB
∆T 3
5
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│5,0 ± 1,0│°C
d.
Data 4
∆ T4 = ( TC - T0 ) = ( 47,0 - 40,0 ) = 7,0 ℃
KR =
∆ ∆T 4
1
×100% = ×100% = 14% = 2 AB
∆T 4
7
ΔT4 = │ ΔT4 ± ΔΔT4│=│7,0 ± 1,0│°C
e. Data 5
∆ T5 = ( TC - T 0 ) = ( 49,0 - 40,0 ) = 9,0 ℃
KR =
∆ ∆T 5
1
×100% = ×100% = 11% = 2 AB
∆T 5
9
ΔT5 = │ ΔT5 ± ΔΔT5│=│9 ± 1│°C
f. Data 6
∆ T6 = ( TC - T 0 ) = ( 51,0 - 40,0 ) = 11,0 ℃
KR =
∆ ∆T 6
1
×100% =
×100% = 9% = 2 AB
∆T 6
11
ΔT6 = │ ΔT6 ± ΔΔT6│=│11 ± 1│°C
g. Data 7
∆ T7 = ( TC - T 0 ) = ( 53,0 - 40,0 ) = 13,0 ℃
KR =
∆ ∆T 7
1
×100% =
×100% = 7,7% = 2 AB
∆T 7
13
ΔT7 = │ ΔT7 ± ΔΔT7│=│13 ± 1│°C
h. Data 8
∆ T8 = ( TC - T 0 ) = ( 55,0 - 40,0 ) = 15,0 ℃
KR =
∆ ∆T 8
1
×100% =
×100% = 6 , 7% = 2 AB
∆T 8
15
ΔT8 = │ ΔT8 ± ΔΔT8│=│15 ± 1│°C
2.
Grafik hubungan
Kenaikan Suhu (°C)
Tabel 5. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu (ΔT)
No
Lama Pemanasan t (s)
Perubahan Kenaikan Suhu ΔT (°C)
.
1
│20,0 ± 0,1│
│1,5 ± 1,0│
2
│40,0 ± 0,1│
│3,0 ± 1,0│
3
│60,0 ± 0,1│
│5,0 ± 1,0│
4
│80,0 ± 0,1│
│7,0 ± 1,0│
5
│100,0 ± 0,1│
│9 ± 1│
6
│120,0 ± 0,1│
│11 ± 1│
7
│140,0 ± 0,1│
│13 ± 1│
8
│160,0 ± 0,1│
│15 ± 1│
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
f(x) = 0.1x - 0.75
R² = 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Lama Pemanasan (s)
Grafik 2. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)
Kegiatan 2
1.
Grafik hubungan
Tabel 6. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan massa zat cair (m)
180
No
.
1
2
3
4
5
Massa Zat Cair (kg)
Lama Pemanasan (s)
0,046895
0,068740
0,085550
0,112740
0,136680
31,1
42,7
44,8
63,1
78,3
90.0
80.0
Lama Pemanasan (s)
70.0
f(x) = 519.46x + 5.19
R² = 0.98
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0.04000 0.06000 0.08000 0.10000 0.12000 0.14000 0.16000
Massa Zat Cair (kg)
Grafik 3. Hubungan massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)
Dari grafik 1 dan 2, dimana lama pemanasan diasumsikan sama dengan
jumlah kalor atau t = Q, dapat diketahui bahwa:
Q ~ ΔT
Maksudnya, kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu. Semakin besar
kenaikan 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. Dengan demikian salah satu faktor yang memengaruhi
jumlah kalor (Q) yakni perubahan kenaikan suhu (ΔT).
Selain itu dari grafik 3 diketahui bahwa:
Q~m
Maksudnya, Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima
semakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima
semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding
dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆ T) dan kalor jenis zat (c) tetap.
Dengan demikian faktor lain yang memengaruhi jumlah kalor (Q) adalah massa
zat (m).
Dari kedua hubungan di atas, dapat di rumuskan persamaan matematis dari
jumlah kalor yakni:
Q ~ ΔT m
Q = ΔT × m
Adapun dalam penyetaraannya dibutuhkan suatu konstanta yang dalam
persamaan ini menggunakan c yakni kalor jenis dari zat/bahan. Sehingga
persamaan akhir untuk jumlah kalor yakni:
Q = m × c × ΔT
Adapun penentuan dari satuan kalor jenis (c) dapat diperoleh dengan
menggunakan analisis dimensi dari persamaan matematis jumlah kalor (Q) di atas
sebagai berikut.
Q = m × c × ΔT
c=
Q
m × ∆T
c=
kg m s
kg × °C
2 -2
M L2 T -2
c=
Mθ
c=
J
Kg ℃
Kegiatan 3
Massa kalorimeter kosong dan pengaduknya = │62,400 ± 0,005│ gram
Massa air panas = │157,455 ± 0,005│gram - │62,400 ± 0,005│gram
= │95,055 ± 0,01│gram
Massa es batu
= │162,705 ± 0,005│gram - │157,455 ± 0,005│gram
= │5,25 ± 0,01│gram
1. Kalor untuk menaikkan 5,25 gram es dari -12 oC sampai 0 oC.
Q1 = mes × ces × ∆T
Q1 = 5,25 × 10-3 kg × 2100 J/kgoC × (0 – (12)oC
Q1 = 11,025 J/oC × 12 oC
Q1 = 132,3 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 1 (Q1)
Q1 = mes × ces × ∆T
Karena ces bernilai konstan, jadi,
Q1 = mes × ∆T
| |
d Q1 =
| |
∂ Q1
∂ Q1
d m es +
d∆T
∂ m es
∂∆T
d Q1 =|∆T|d m es + |m es|d∆T
| |
d Q 1 ∆T
m es
=
d m es +
d∆T
Q1
Q1
Q1
| |
| || |
d Q1 d m es
d∆T
=
+
Q1
m es
∆T
| || |
∆ Q 1 ∆ m es
∆∆T
=
+
Q1
m es
∆T
∆Q 1 =
|
|
∆Q 1 =
× 10 -3 kg
1℃
+
132,3 J
|0,01
5,25 × 10 -3 kg
12 ℃ |
∆ m es ∆∆T
+
Q1
m es
∆T
∆Q 1 =|0,0019 + 0,083|132,3 J
∆Q1 = 0,0849 × 132,3 J
∆Q1 = 11,232 J
KR =
∆ Q1
11,232 J
× 100 % =
× 100 % = 8,5 % (2 AB)
Q1
132,3
Q1 = │Q1 ± ∆Q1 │= │0,13 ± 0,01│103 J
2. Kalor untuk menaikkan 5,25 gram air dari 0 oC sampai suhu campuran
(Tc = 56,9 oC).
Q2 = mes × cair × ∆T
Q2 = 5,25 × 10-3 kg × 4200 J/kgoC × (56,9 – 0) oC
Q2 = 22,05 J/oC × 56,9 oC
Q2 = 1254,645 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 2 (Q2)
|
∆ Q2 =
|
∆ m es ∆∆T
+
Q2
m es
∆T
10 -3 kg
1℃
+
1254,645 J
|0,01×
5,25 × 10-3 kg 56,9 ℃ |
∆ Q2 =
∆ Q 2 =|0,0019 + 0,018 |1256,645 J
∆Q2 = 0,0199 × 1256,645 J
∆Q2 = 25,00 J
KR =
∆ Q2
25,00 J
× 100 % =
× 100 % = 1,9 % (3 AB)
Q2
1256,645 J
Q2 = │Q2 ± ∆Q2 │= │1,26 ± 0,02│103 J
3. Kalor yang hilang dari 95,055 gram air dengan mendingin dari 64,0 oC
sampai suhu campuran (Tc = 56,9 oC).
Q3 = mair × cair × ∆T
Q3 = 95,055 × 10-3 kg × 4200 J/kgoC × (64,0 – 56,9) oC
Q3 = 399,231 J/oC × 7,1oC
Q3 = 2834,54 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 3 (Q3)
|
∆ Q3 =
|
∆ m air ∆∆T
+
Q3
m air
∆T
× 10 -3 kg
1℃
+
2834,54 J
|0,01
95,055 × 10 -3 kg
7,1 ℃ |
∆ Q3 =
∆ Q 3 =|0,0001 + 0,141| 2834,54 J
∆Q3 = 0,1411 × 2834,54 J
∆Q3 = 399,95 J
KR =
∆ Q3
399,95 J
× 100 % =
× 100 % = 14 % (2 Angka Berarti)
Q3
2834,54 kal
Q3 = │Q3 ± ∆Q3│ =│2,8 ± 0,4│103 J
4. Kalor yang hilang dari kalorimeter dengan mendingin dari 64,0 oC sampai
suhu campuran (Tc = 56,9oC).
Q4 = mkalorimeter × caluminium × ∆T
Q4 = 62,400 × 10-3 kg × 900 J/kgoC × (64,0 – 56,9) oC
Q4 = 56,16 J/oC × 7,1 oC
Q4 = 398,736 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil pengukuran jumlah kalor 4 (Q4)
∆ Q4 =
|
|
∆ Q4 =
× 10 -3 kg 1 ℃
+
398,736 J
|0,01
62,4× 10 -3 kg
7,1 ℃ |
∆ m kalorimeter ∆∆T
+
Q4
m kalorimeter
∆T
∆ Q 4 =|0,00016 + 0,141 |398,736 J
∆Q4 = 0,14116 × 398,736 J
∆Q4 = 56,286 J
KR =
∆ Q4
56,286 J
× 100 % =
× 100 % = 14 % (2 AB)
Q4
398,736 J
Q4 = │Q4 ± ∆Q4│= │0,40 ± 0,06│J
Dalam menentukan kalor lebur es kita menggunakan azas black, yaitu:
Qterima = Qlepas
Q1 + Qes-air + Q2 = Q3 + Q4
Q1 + mes × Les+ Q2 = Q3 + Q4
130 J + mes × Les + 1260 J = 2800 J + 400 J
5,25 × 10-3 kg × Les + 1390 J = 3200 J
5,25 × 10-3 kg × Les = 3200 J – 1390 J
5,25 × 10-3 kg × Les = 1810 J
Les =
1810 J
5,25 × 10-3 kg
Les = 344761,9 J/kg
Jadi, ketidakpastian mutlak dari kalor lebur es di atas yaitu:
Qterima = Qlepas
Q1 + Qes-air + Q2 = Q3 + Q4
Q1 + mes × Les + Q2 = Q3 + Q4
mes × Les = (Q3 + Q4) - (Q1 + Q2)
Les =
( Q3 + Q4 ) - ( Q1 + Q2 )
m es
Les = ((Q3 + Q4) - (Q1 + Q2)) mes-1
Les = Q3 × mes-1 + Q4 × mes-1 - Q1 × mes-1 - Q2 × mes-1
|
dL es =
||
||
||
||
|
∂ Les
∂ Les
∂ Les
∂ Les
∂ Les
d Q3 +
d Q4 +
d Q1 +
d Q2 +
d m es
∂ Q3
∂Q 4
∂ Q1
∂ Q2
∂ m es
dL es =|m es-1 d Q3|+|m es -1 d Q 4|+|m es-1 d Q 1|+|m es -1 d Q 2|
+|(Q3 + Q 4 - Q1 - Q2 ) d m es|
| || || || |
dL es =
d Q3
d Q4 d Q1 d Q2
+
+
+
+|(Q 3 + Q4 - Q 1 - Q 2 ) m es -2 d m es|
m es
m es
m es
m es
400 J
60 J
10 J
+|
+|
+
|5,25
|
|
× 10 -3 kg
5,25 × 10 -3 kg 5,25 × 10 -3 kg |
∆L es =
( 2800 J+ 400 J- 130 J- 1260 J ) 0,01 × 10 -3 kg
|205,25J × 10 -3 kg |+|(5,25
|
× 10 -3 kg)
2
|
∆L es =|93333,4 J/kg|+
18,1 × 10 -3 J/kg
27,5625× 10 -6 J/ kg2
|
∆Les = 93333,4 J/kg + 656,75 J/kg
∆Les = 93990,15 J/kg
KR =
∆ Les
93990,15
× 100 % =
× 100 % = 27,2 % (2 AB)
Les
344761,9
Les = │Les ± ∆Les│= │0,34 ± 0,09│106 J/kg
%diff =
|
|
Lteori - Lpraktikum
334400 J/kg- 344761
×100% =
×100%
Lrata-rata
339580,5
|
|
×100 % = 0,03 × 100 % = 3%
|-10361
339580,5 |
=
PEMBAHASAN
Praktikum ini terdiri atas tiga kegiatan. Kegiatan pertama adalah
menyelidiki hubungan jumlah kalor denga kenaikan suhu. Kegiatan kedua adalah
menyelidiki hubungan jumlah kalor dengan massa zat. Sedangkan kegiatan ketiga
adalah menentukan kalor lebur es.
Berdasarkan analisis data pada kegiatan pertama dapat diperoleh bahwa
perubahan kenaikan suhu berbanding lurus dengan jumlah kalor. Dimana semakin
banyak kalor yang diterima maka suhu zat cair akan semakin besar, begitupula
sebaliknya. Hal ini dibuktikan dengan membandingkan data-data yang diperoleh
dalam percobaan yakni perubahan kenaikan suhu yang diperoleh dengan
mengurangkan suhu akhir dengan suhu awal untuk masing-masing data. Adapun
data perubahan kenaikan suhu untuk suhu awal sebesar │30,0 ± 0,5│°C yang
diperoleh untuk masing-masing data secara berurutan yaitu │1,5 ± 1,0│°C; │4,0
± 1,0│°C; │6,0 ± 1,0│°C; │9,0 ± 1,0│°C; │12 ± 1│°C; │15 ± 1│°C; │18 ±
1│°C; dan │2,1 ± 1,0│°C. Perubahan kenaikan suhu tersebut dibandingkan
dengan lama pemanasan yang diasumsikan jumlahnya sama dengan jumlah kalor,
dengan data-data secara berurutan yakni: │30,0 ± 0,1│ s; │60,0 ± 0,1│ s; │90,0
± 0,1│ s; │120,0 ± 0,1│ s; │150,0 ± 0,1│ s; │180,0 ± 0,1│ s; │210,0 ± 0,1│ s;
dan │240,0 ± 0,1│ s. Dari grafik diperoleh hasil bahwa jumlah kalor berbanding
lurus dengan kenaikan suhu.
Untuk lebih membuktikan hal yang diperoleh pada suhu awal sebelumnya,
maka dibuat perbandingan kedua dengan suhu awal dan selang lama pemanasan
yang berbeda. Data untuk perubahan kenaikan suhu untuk suhu awal
│40,0 ± 0,5│°C secara berurutan yakni: │1,5 ± 1,0│°C; │3,0 ± 1,0│°C; │5,0 ±
1,0│°C; │7,0 ± 1,0│°C; │9 ± 1│°C; │11 ± 1│°C; │13 ± 1│°C; dan│15 ± 1│°C.
Adapun lama pemanasan yang digunakan secara berurutan yakni: │20,0 ± 0,1│s;
│40,0 ± 0,1│s; │60,0 ± 0,1│s; │80,0 ± 0,1│s; │100,0 ± 0,1│s; │120,0 ± 0,1│s;
│140,0 ± 0,1│s; dan │160,0 ± 0,1│s. Dengan membandingkan perubahan
kenaikan suhu dengan lama pemanasan melalui grafik, ternyata grafik membentuk
garis linear maka dinyatakan bahwa kenaikan suhu berbanding lurus dengan
jumlah kalor atau dapat dinyatakan:
Q ∆T
Q=∆T
Dapat ditarik kesimpulan bahwa kedua variabel ini berbanding lurus.
Maksudnya semakin banyak kalor yang diterima maka semakin besar pula
kenaikan suhu pada zat cair, begitupula sebaliknya.
Pada kegiatan kedua, analisis data dimulai dengan membandingkan massa
zat cair dengan lama pemanasan. Adapun data massa zat cair yang diperoleh
secara terurut yaitu 0,046895 kg; 0,068740 kg; 0,085550 kg; 0,112740 kg; dan
0,136680 kg. Sedangkan lama pemanasan yang digunakan secara terurut yakni
31,1 s; 42,7 s; 44,8 s; 63,1 s; dan 78,3 s. Ketika membandingkan hubungan antara
data-data dari kedua variabel tersebut dengan grafik maka diketahui bahwa massa
zat berbanding lurus dengan jumlah kalor, maksudnya semakin besar massa zat
yang digunakan, maka semakin besar pula jumlah kalor yang diterima, begitupula
sebaliknya. Peryataan ini dapat dituliskan sebagai:
Q m
Q=m
Jika persamaan gaya magnetik ini dihubungkan dengan persamaan yang
didapatkan dari kegiatan pertama dan kedua, maka dapat dirumuskan persamaan
kecepatan rambat gelombang yakni:
Q ∆T
Q m
Maka
Q=m ∆ T
Dengan c sebagai konstanta maka
Q=m c ∆ T
Adapun pada kegiatan pertama dan kedua ini juga dicari satuan dari kalor
jenis (c). Dengan melakukan analisis dimensi maka didapatlah satuan dari kalor
jenis itu sendiri yakni:
c = J/kg°C
Pada kegiatan ketiga yang dilakukan adalah menentukan kalor lebur es.
Adapun cara penentuannya yakni dengan menggunakan Asas Black yang
menyatakan bahwa jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang di
lepaskan. Dalam hal ini kalor lebur es termasuk dalam zat cair yang menerima
kalor, sama dengan keadaan ketika es dilelehkan dari suhu awalnya hingga nol
derajat yang disebut (Q1), sama pula dengan keadaan ketika es yang sudah
mencair memanas hingga suhu campuran (Q 2), namun berbeda dengan air yang
mendingin setelah dilelehkan es didalamnya (Q 3), dan keadaan ketika kalorimeter
mendingin akibat hal yang serupa dengan Q 3 (Q4). Dengan menerapkan asas black
tersebut maka diperolehlah hasil kalor lebur es sebesar │0,34 ± 0,09│106 J/kg.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT) adalah
berbanding lurus, semakin banyak kalor yang diterima maka kenaikan suhu
akan semakin besar, begitupula sebaliknya.
2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) adalah berbanding
lurus, semakin banyak jumlah zat maka jumlah kalor yang diterima juga
semakin besar, begitupula sebaliknya.
3. Persamaan matematis dari pecobaan suhu dan kalor ini diperoleh dengan
mencari hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT) dan jumlah
kalor (Q) dengan massa zat (m), yang secara keseluruhan berbanding lurus.
Sehingga dapat dituiskan sebagai:
Q=m c ΔT
4. Kalor lebur es yang diperoleh berdasarkan percobaan ini dapat dituliskan
sebagai berikut.
Les = │Les ± ∆Les│= │0,34 ± 0,09│106 J/kg
Saran
Sebaiknya
praktikan
meningkatkan
ketelitiannya
sehingga
dalam
melakukan percobaan tidak terjadi kesalahan yang berakibat fatal. Sama halnya
dalam melakukan prosedur kerja diharapkan lebih konsentrasi sehingga tidak
perlu mengulang-ulang dalam memperoleh data seperti praktikan sebelumnya.
Adapun kepada kakak asisten untuk lebih memperhatikan praktikan agar
kesalahan yang bisa terjadi lebih diminimalkan dan percobaan dapat berlangsung
lancar.
Kepada laboran diharapkan agar alat dan bahan yang digunakan dapat
diganti jika memang sudah tidak dapat digunakan dan lebih dilengkapi agar
kesalahan kalibrasi dapat dihindari.
DAFTAR RUJUKAN
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika (Edisi 5 Jilid 1), terjemahan Dra. Yuhilza
Hanum, M.Eng., dkk. Jakarta:Erlangga
Herman, asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Unit
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM
Tipler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik (Edisi 3 Jilid 1), terjemahan
Dr. Lea Prasetio, M.Sc, dkk. Jakarta: Erlangga
Young, Hugh D, dkk. 2002. Fisika Universitas (Edisi 10 Jilid 1), terjemahan Ir.
Endang Juliastuti, M.S., dkk. Jakarta: Erlangga.
Nur’arizkah, Sukmawati, Susi Suryani Syam
PENDIDIKAN FISIKA 2015
Abstrak
Telah dilakukan suatu praktikum dengan judul suhu dan kalor. Kegiatan pertama
percobaan ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara jumlah kalor dengan kenaikan suhu,
kegiatan kedua bertujuan mengetahui hubungan massa zat dengan jumlah kalor. Sedangkan
kegiatan ketiga bertujuan untuk menentukan kalor lebur es. Pada kegiatan pertama, digunakan dua
suhu awal yakni │30,0 ± 0,5│°C dan │40,0 ± 0,5│°C, dan juga lama pemanasan yang berbeda,
dengan data-data dari kedua variabel tersebut dibuat grafik hubungan yang menunjukkan bahwa
jumlah kalor berbanding lurus dengan kenaikan suhu. Pada kegiatan kedua, hubungan massa zat
cair dengan jumlah kalor dicari dengan membandingkan nilai massa dengan lama pemanasan
dengan perbandingan yakni 0,046895 kg: 31,1 s; 0,068740 kg: 42,7 s; dan 0,085550 kg: 44,8 s.
Dengan memasukkan perbandingan tersebut melalui grafik didapat hasil bahwa jumlah kalor
berbanding lurus dengan massa zat. Sehingga jika dinyatakan dalam persamaan matematis dapat
dituliskan Q = m c ΔT. Adapun satuan dari kalor jenis (c) ditentukan dengan analisis dimensi
sehingga diperoleh hasil satuan dari kalor jenis yakni J/kg °C. Pada kegiatan ketiga dicari nilai dari
kalor lebur es dengan menggunakan asas black, dengan hasil akhir kalir lebur es bernilai │0,34 ±
0,09│106 J/kg.
Kata kunci : kalor, suhu, massa, hubungan.
RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)?
2. Bagaimana hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)?
3. Bagaimana persamaan kalor (Q)?
4. Berapa kalor lebur es?
TUJUAN
1. Menyelidiki hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT).
2. Menyelidiki hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q).
3. Merumuskan persamaan kalor (Q).
4. Menetukan kalor lebur es.
METODOLOGI EKSPERIMEN
Teori Singkat
Air yang dipanaskan dalam panci akan mulai panas dan lama-kelamaan akan
mendidih. Peristiwa ini sering dijumpai dalam keseharian. 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 pemberian kalor tersebut, maka suhu air akan
mengalami kenaikan dimana semakin lama dipanaskan maka semakin besar kenaikan
suhu pada air (Herman, 2015: 1).
Interaksi yang menyebabkan perpindahan suhu ini pada dasarnya adalah
perpindahan energi dari satu bahan ke bahan yang lainnya. Perpindahan energi
yang hanya terjadi karena perbedaan suhu disebut aliran panas atau perpindahan
panas, dan energi yang dipindahkan disebut panas (heat) (Young, 2002:467).
Dua wadah berisi air yang massanya berbeda, jika dipanaskan dengan
waktu yang sama maka suhu yang terukur pada kedua wadah tersebut akan
berbeda. Suhu air dalam wadah yang memiki air yang massanya lebih kecil akan
memilki suhu yang lebih tinggi dibanding wadah yang berisi air lebih banyak.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan antara banyak kalor (Q),
kenaikan suhu (ΔT) dan massa air (m). Segelas air panas yang dicampurkan
dengan segelas air dingin, akan terasa hangat. Hal 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.
Jadi banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang
diserap. Pernyataan ini disebut Azaz Black yang secara matematis dapat
dituliskan;
Qlepas = Qserap
................................................ (1)
Bila energi panas ditambahakan pada suatu zat, maka temperatur zat
biasanya naik. (pengecualian terjadi selama perubahan fasa, seperti bila air
membeku atau menguap, yang akan kita bahas dalam subbab berikut). Jumlah
energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah
sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat itu (Tipler, 1998:598)
Q = C ΔT = m c ΔT
..........................................(2)
Dengan C merupakan kapasitas panas zat, yang didefinisikan sebagai
energi panas yang dibutuhkan untk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu
derajat. Panas jenis c adalah kapasistas panas per satuan massa (Tipler, 1998:599):
c=
C
m
...........................................(3)
Satuan energi panas historis, kalori mula-mula didefinisikan sebagai
jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air
satu derajat Celcius (atau satu Kelvin karena derajat Celcius dan Kelvin besarnya
sama). Selanjutnya kilokalori ialah banyaknya energi panas yang dibutuhkan
untuk menaikkan temperatur satu kilogram air dengan satu derajat Celcius
(“Kalori” sebenarnya adalah kilokalori). Kalori sekarang didefinisikan dengan
menyatakan dalam satuan SI untuk panas, yaitu Joule (Tipler, 1998:599):
1 kal = 4,184 J
Dari definisi awal kalori, panas jenis air adalah(Tipler, 1998:599)
cair = 1 kal/g°C = 1 kkal/kg°C
= 1 kkal/kg.K = 4,184 kJ/kg.K
Nilai-nilai untuk kalor lebur dan penguapan disebut juga kalor laten. Kalor
penguapan dan lebur juga mengacu pada jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat
ketika berubah dari gas ke cair, atau dari cair ke padat. Tentu saja kalor yang
terlibat dalam perubahan fase tidak hanya bergantung pada kalor laten, tetapi juga
pada massa total zat tersebut. Sehingga (Douglas, 2001: 497 – 498).
Q=mL
...............................................(4)
Dimana L adalah kalor laten proses dan zat tertentu, m adalah massa zat
dan Q adalah kalor yang dibutuhkan atau dikeluarkan selama perubahan fase.
Proses ini adalah reversible (bisa bolak-balik). Untuk membekukan cairan
air pada 0°C, panas yang harus dihilangkan besarnya adalah sama, tapi dalam
kasus ini, Q negatif
karena panas dikeluarkan bukan ditambahkan. Untuk
melingkupi kedua kemungkinan dan mencakupi jenis perubahan fasa lainnya, kita
tuliskan
Q = ± mL
..........................................(5)
Tanda plus (panas masuk) dipakai ketika bahan melebur; tanda minus
(panas keluar) dipakai saat membeku panas peleburan berbeda untuk bahan yang
berlainan, dan juga bervariasi terhadap tekanan.
Alat dan Bahan
1. Alat
a. Termometer batang
2 buah
b. Kaki tiga + kasa asbes
1 set
c. Pembakar spiritus
1 buah
d. Stopwatch
1 buah
e. Statif + klem
1 set
f. Gelas kimia 100 ml
1 buah
g. Gelas kimia 250 ml
1 buah
h. Neraca ohauss 311 gram
1 buah
i. Alat tulis menulis
2. Bahan
a. Korek api
b. Spiritus
c. Air
d. Es batu
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1
1. Variabel manipulasi
: suhu awal (°C) dan lama pemanasan (s)
2. Variable respon
: suhu akhir (°C)
3. Variable kontrol
: volume (ml) dan jenis zat cair
Kegiatan 2
1. Variable manipulasi
: massa zat cair (kg)
2. Variable respon
: lama pemanasan (s)
3. Variable kontrol
: kenaikan suhu (°C) dan jenis zat cair
Kegiatan 3
1. Massa kalorimeter (kg)
2. Massa air panas (kg)
3. Massa es batu (kg)
4. Suhu air panas (°C)
5. Suhu es batu (°C)
6. Suhu campuran (°C)
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1
1. Variabel manipulasi : suhu awal (°C) dan lama pemanasan (s)
a.
Suhu awal adalah derajat panas dinginnya air yang diukur sebelum
dipanaskan. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu awal yakni
termometer dengan hasil akhir menggunakan derajat celcius (°C) sebagai
satuannya.
b.
Lama pemanasan adalah banyaknya waktu yang digunakan ketika
memanaskan air. Alat yang digunakan untuk mengukur waktu pemanasan
yakni stopwatch dengan sekon (s) sebagai satuan akhirnya. Lama
pemanasan di asumsikan sama dengan jumlah kalor (Q).
2. Variabel respon
a.
: suhu akhir (°C)
Suhu akhir adalah derajat panas dinginnya air sesudah dipanaskan dalam
selang waktu yang telah ditentukan. Alat ukur suhu untuk variabel ini
yakni termometer dengan celcius sebagai satuan akhirnya.
3. Variabel kontrol
a.
: volume (ml) dan jenis zat cair
Volume adalah ukuran banyaknya jumlah air yang akan dipanaskan yang
diukur dengan menggunakan gelas ukur dengan mililiter merupakan satuan
akhir hasilnya.
b.
Jenis zat cair adalah jenis cairan yang akan dipanaskan, dimana dalam
percobaan ini air merupakan jenis zat cair yang digunakan.
Kegiatan 2
1. Variabel manipulasi : massa zat cair (kg)
a.
Massa zat cair adalah ukuran massa air yang diukur setelah dipanaskan.
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur massa air yakni neraca ohauss
311 gram dengan kilogram sebagai satun akhir hasil pengukuran.
2. Variabel respon
a.
: lama pemanasan (s)
Lama pemanasan adalah banyaknya waktu yang digunakan ketika
memanaskan air. Alat yang digunakan untuk mengukur waktu pemanasan
yakni stopwatch dengan sekon (s) sebagai satuan akhirnya. Lama
pemanasan di asumsikan sama dengan jumlah kalor (Q).
3. Variabel kontrol
a.
: kenaikan suhu (°C) dan jenis zat cair
Kenaikan suhu (°C) adalah selisih derajat panas dinginnya zat cair
sebelum dan sesudah dipanaskan. Alat ukur yang digunakan yakni
b.
termometer dengan celcius merupakan satuan akhirnya.
Jenis zat cair adalah jenis cairan yang akan dipanaskan, dimana dalam
percobaan ini air merupakan jenis zat cair yang digunakan.
Kegiatan 3
1. Massa kalorimeter (kg)
Massa kalorimeter adalah ukuran massa dari kalorimeter kosong beserta
pengaduknya. Alat ukur yang digunakan adalah neraca ohauss 311 gram
dengan menggunakan kilogram sebagai satuan akhirnya.
2. Massa air panas (kg)
Massa air panas adalah ukuran massa air yang sudah dipanaskan terlebih
dahulu yang diperoleh dengan menimbang kalorimeter yang berisi air panas
dan pengaduknya menggunakan neraca ohauss 311 gram, yang kemudian
dikurangkan dengan massa kalorimeter kosong dengan pengaduknya. Hasil
akhirnya menggukan satuan kilogram.
3. Massa es batu (kg)
Massa es batu adalah ukuran massa es yang dihitung setelah dilelehkan dalam
air panas yang berada dalam kalorimeter yang ditimbang dengan menggunakan
neraca ohauss 311 gram, yang kemudian dikurangkan dengan massa air
kalorimeter yang berisi air panas dan pengaduknya. Kilogram merupakan
satuan akhir dari variabel ini.
4. Suhu air panas (°C)
Suhu air panas adalah derajat panas dari air yang sudah dipanaskan terlebih
dahulu dan dimasukkan ke dalam kalorimeter, alat ukur yang digunakan adalah
termometer dengan celcius sebagai satuan akhirnya.
5. Suhu es batu (°C)
Suhu es batu adalah derajat dinginnya es yang diukur ketika es masih berada
didalam pendingin kulkas, alat ukur yang digunakan yakni termometer dengan
celcius sebagai satuan akhirnya.
6. Suhu campuran (°C)
Suhu campuran adalah derajat panas dinginnya air setelah es batu dilelehkan
didalam air panas yang berada dalam kalorimeter. Alat ukur yang digunakan
adalah termometer dengan celcius merupakan satuan akhirnya.
Prosedur Kerja
Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalir (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT).
1. Menuangkan air ke dalam gelas ukur sebanyak 100 ml.
2. Mengukur suhu awal air dengan zat cair yang akan dipanaskan.
3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan
menggunakan pembakar spiritus.
4. Mengamati penunjukan suhu pada selang waktu tertentu (menggunakan selang
waktu yang sama untuk setiap data), mencatat hasilnya pada tabel hasil
pengamatan.
5. Melakukan kegiatan yang sama dengan suhu mula-mula yang berbeda.
6. Mencatat waktu yang dibutuhkan ke dalam tabel pengamatan untuk setiap
selang kenaikan suhu.
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 (menggunakan volume terkecil pada
gelas ukur yang digunakan) dan memperhatikan penunjukan suhu dengan
termometer.
2. Menentukan suhu acuan (lebih besar dari suhu mula-mula sekitar 3°C) dan
besar kenaikan suhu yang diinginkan.
3. Memanaskan air tersebut diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan
menggunakan pembakar spiritus.
4. Mengamati kenaikan suhu pada termometer dan menyalakan stopwatch tepat
ketika termometer menunjukkan suhu acuan. Mengukur waktu yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar nilai kenaikan suhu yang telah
ditentukan. Mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.
5. Mengganti volume air yang digunakan, dan mengulangi langkah ke 3 dan ke
4. Mengganti volume air yang digunakan sampai diperoleh 5 data.
Kegiatan 3. Gaya magnet (Fm) sebagai fungsi kuat medan magnetik (B).
1. Memanaskan air dalam gelas kimia 250 ml sebanyak 100 ml sampai suhunya
mencapai 80 derajat celcius.
2. Menimbang kalorimeter kosong beserta pengaduknya.
3. Mengukur suhu air panas degan menuangkan air panas ke dalam kalorimeter
dengan cepat, dan menimbangnya untuk menentukan massa air panas
4. Mengukur suhu es batu dan memasukkan es batu ke dalam kalorimeter dan
aduk sampai semua es batu mencair. mengukur suhu pada saat itu sebagai
suhu campuran kemudian menimbang kalorimeter untuk menentukan massa
campuran.
5. Mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Hasil Pengamatan
Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan
suhu (ΔT)
Volume
= |100 ± 1| ml
Jenis Zat Cair = Air
No
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Tabel 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan
suhu (ΔT)
Suhu Awal
Lama Pemanasan
Suhu Akhir
T0 (°C)
|30,0 ± 0,5|
|40,0 ± 0,5|
t (s)
|30,0 ± 0,1|
|60,0 ± 0,1|
|90,0 ± 0,1|
|120,0 ± 0,1|
|150,0 ± 0,1|
|180,0 ± 0,1|
|210,0 ± 0,1|
|240,0 ± 0,1|
|20,0 ± 0,1|
|40,0 ± 0,1|
|60,0 ± 0,1|
|80,0 ± 0,1|
|100,0 ± 0,1|
|120,0 ± 0,1|
|140,0 ± 0,1|
|160,0 ± 0,1|
TC (°C)
|31,5 ± 0,5|
|34,0 ± 0,5|
|36,0 ± 0,5|
|39,0 ± 0,5|
|42,0 ± 0,5|
|45,0 ± 0,5|
|48,0 ± 0,5|
|51,0 ± 0,5|
|41,5 ± 0,5|
|43,0 ± 0,5|
|45,0 ± 0,5|
|47,0 ± 0,5|
|49,0 ± 0,5|
|51,0 ± 0,5|
|53,0 ± 0,5|
|55,0 ± 0,5|
Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q)
ΔT
= |3,00 ± 1| °C
Tabel 2. Hubungan massa zat cair (m) dengan jumlah kalor (Q)
Jenis Zat Cair
Massa Zat Cair (g)
Lama Pemanasan (s)
Air
|46,895 ± 0,005|
|31,1 ± 0,1|
|68,740 ± 0,005|
|42,7 ± 0,1|
|85,550 ± 0,005|
|44,8 ± 0,1|
|112,740 ± 0,005|
|63,1 ± 0,1|
|136,680 ± 0,005|
|58,3 ± 0,1|
No
1
2
3
4
5
Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es
No
1
2
3
4
5
6
Tabel 3. Hasil pengukuran
Pengukuran
Massa kalorimeter kosong beserta
pengaduknya
Massa kalorimeter + pengaduk + air
panas
Suhu air panas dan kalorimeter
Suhu es batu
Suhu campuran
Massa kalorimeter + pengaduk + air
panas + air (es batu yang mencair)
Hasil Pengukuran
|62,400 ± 0,005| g
|157,455 ± 0,005| g
|64,0 ± 0,5|°C
|-12,0 ± 0,5|°C
|56,9 ± 0,5|°C
|162,705 ± 0,005| g
ANALISIS DATA
Kegiatan 1
Lama pemanasan diasumsikan sebagai jumlah kalor (Q)
Suhu Awal │30,0 ± 0,5│°C
1.
Kenaikan suhu (ΔT)
a.
Data 1
∆ T1 = ( T C - T 0 ) = ( 31,5 - 30,0 ) = 1,5 ℃
KR =
∆ ∆T 1
1
×100% =
×100% = 67% = 2 AB
∆T 1
1,5
ΔT1 = │ ΔT1 ± ΔΔT1│= │1,5 ± 1,0│°C
b.
Data 2
∆ T2 = ( TC - T 0 ) = ( 34,0 - 30,0 ) = 4,0 ℃
KR =
∆ ∆T 2
1
×100% = ×100% = 25% = 2 AB
∆T 2
4
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│4,0 ± 1,0│°C
c.
Data 3
∆ T3 = ( TC - T 0 ) = ( 36,0 - 30,0 ) = 6,0 ℃
KR =
∆ ∆T 3
1
×100% = ×100% = 17% = 2 AB
∆T 3
6
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│6,0 ± 1,0│°C
d.
Data 4
∆ T4 = ( TC - T0 ) = (39,0 - 30,0 ) = 9,0 ℃
KR =
∆ ∆T 4
1
×100% = ×100% = 11% = 2 AB
∆T 4
9
ΔT4 = │ ΔT4 ± ΔΔT4│=│9,0 ± 1,0│°C
e. Data 5
∆ T5 = ( TC - T 0 ) = ( 42,0 - 30,0 ) = 12,0 ℃
KR =
∆ ∆T 5
1
×100% =
×100% = 8,3% = 2 AB
∆T 5
12
ΔT5 = │ ΔT5 ± ΔΔT5│=│12 ± 1│°C
f. Data 6
∆ T6 = ( TC - T 0 ) = ( 45,0 - 30,0 ) = 15,0 ℃
KR =
∆ ∆T 6
1
×100% =
×100% = 6,7% = 2 AB
∆T 6
15
ΔT6 = │ ΔT6 ± ΔΔT6│=│15 ± 1│°C
g. Data 7
∆ T7 = ( TC - T 0 ) = ( 48,0 - 30,0 ) = 18,0 ℃
KR =
∆ ∆T 7
1
×100% =
×100% = 5,6% = 2 AB
∆T 7
18
ΔT7 = │ ΔT7 ± ΔΔT7│=│18 ± 1│°C
h. Data 8
∆ T8 = ( TC - T 0 ) = ( 51,0 - 30,0 ) = 21,0 ℃
KR =
∆ ∆T 8
1
×100% =
×100% = 4,7% = 2 AB
∆T 8
21
ΔT8 = │ ΔT8 ± ΔΔT8│=│21 ± 1│°C
2.
Grafik hubungan
Tabel 4. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu (ΔT)
No
Lama Pemanasan t (s)
Perubahan Kenaikan Suhu ΔT (°C)
.
1
│30,0 ± 0,1│
│1,5 ± 1,0│
2
│60,0 ± 0,1│
│4,0 ± 1,0│
3
│90,0 ± 0,1│
│6,0 ± 1,0│
4
│120,0 ± 0,1│
│9,0 ± 1,0│
5
│150,0 ± 0,1│
│12 ± 1│
6
│180,0 ± 0,1│
│15 ± 1│
7
│210,0 ± 0,1│
│18 ± 1│
8
│240,0 ± 0,1│
│21 ± 1│
25.0
Kenaikan Suhu (°C)
20.0
f(x) = 0.09x - 1.86
R² = 1
15.0
10.0
5.0
0.0
0
50
100
150
200
250
300
Lama Pemanasan (s)
Grafik 1. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)
Suhu Awal │40,0 ± 0,5│°C
1.
Kenaikan suhu (ΔT)
a. Data 1
∆ T1 = ( T C - T 0 ) = ( 41,5 - 40,0 ) = 1,5 ℃
KR =
∆ ∆T 1
1
×100% =
×100% = 67% = 2 AB
∆T 1
1,5
ΔT1 = │ ΔT1 ± ΔΔT1│= │1,5 ± 1,0│°C
b.
Data 2
∆ T2 = ( TC - T 0 ) = ( 43,0 - 40,0 ) = 3,0 ℃
KR =
∆ ∆T 2
1
×100% = ×100% = 33% = 2 AB
∆T 2
3
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│3,0 ± 1,0│°C
c.
Data 3
∆ T3 = ( TC - T 0 ) = ( 45,0 - 40,0 ) = 5,0 ℃
KR =
∆ ∆T 3
1
×100% = ×100% = 20% = 2 AB
∆T 3
5
ΔT2 = │ ΔT2 ± ΔΔT2│=│5,0 ± 1,0│°C
d.
Data 4
∆ T4 = ( TC - T0 ) = ( 47,0 - 40,0 ) = 7,0 ℃
KR =
∆ ∆T 4
1
×100% = ×100% = 14% = 2 AB
∆T 4
7
ΔT4 = │ ΔT4 ± ΔΔT4│=│7,0 ± 1,0│°C
e. Data 5
∆ T5 = ( TC - T 0 ) = ( 49,0 - 40,0 ) = 9,0 ℃
KR =
∆ ∆T 5
1
×100% = ×100% = 11% = 2 AB
∆T 5
9
ΔT5 = │ ΔT5 ± ΔΔT5│=│9 ± 1│°C
f. Data 6
∆ T6 = ( TC - T 0 ) = ( 51,0 - 40,0 ) = 11,0 ℃
KR =
∆ ∆T 6
1
×100% =
×100% = 9% = 2 AB
∆T 6
11
ΔT6 = │ ΔT6 ± ΔΔT6│=│11 ± 1│°C
g. Data 7
∆ T7 = ( TC - T 0 ) = ( 53,0 - 40,0 ) = 13,0 ℃
KR =
∆ ∆T 7
1
×100% =
×100% = 7,7% = 2 AB
∆T 7
13
ΔT7 = │ ΔT7 ± ΔΔT7│=│13 ± 1│°C
h. Data 8
∆ T8 = ( TC - T 0 ) = ( 55,0 - 40,0 ) = 15,0 ℃
KR =
∆ ∆T 8
1
×100% =
×100% = 6 , 7% = 2 AB
∆T 8
15
ΔT8 = │ ΔT8 ± ΔΔT8│=│15 ± 1│°C
2.
Grafik hubungan
Kenaikan Suhu (°C)
Tabel 5. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan perubahan kenaikan suhu (ΔT)
No
Lama Pemanasan t (s)
Perubahan Kenaikan Suhu ΔT (°C)
.
1
│20,0 ± 0,1│
│1,5 ± 1,0│
2
│40,0 ± 0,1│
│3,0 ± 1,0│
3
│60,0 ± 0,1│
│5,0 ± 1,0│
4
│80,0 ± 0,1│
│7,0 ± 1,0│
5
│100,0 ± 0,1│
│9 ± 1│
6
│120,0 ± 0,1│
│11 ± 1│
7
│140,0 ± 0,1│
│13 ± 1│
8
│160,0 ± 0,1│
│15 ± 1│
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
f(x) = 0.1x - 0.75
R² = 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Lama Pemanasan (s)
Grafik 2. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)
Kegiatan 2
1.
Grafik hubungan
Tabel 6. Hubungan jumlah kalor (Q) dengan massa zat cair (m)
180
No
.
1
2
3
4
5
Massa Zat Cair (kg)
Lama Pemanasan (s)
0,046895
0,068740
0,085550
0,112740
0,136680
31,1
42,7
44,8
63,1
78,3
90.0
80.0
Lama Pemanasan (s)
70.0
f(x) = 519.46x + 5.19
R² = 0.98
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
0.04000 0.06000 0.08000 0.10000 0.12000 0.14000 0.16000
Massa Zat Cair (kg)
Grafik 3. Hubungan massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)
Dari grafik 1 dan 2, dimana lama pemanasan diasumsikan sama dengan
jumlah kalor atau t = Q, dapat diketahui bahwa:
Q ~ ΔT
Maksudnya, kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu. Semakin besar
kenaikan 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. Dengan demikian salah satu faktor yang memengaruhi
jumlah kalor (Q) yakni perubahan kenaikan suhu (ΔT).
Selain itu dari grafik 3 diketahui bahwa:
Q~m
Maksudnya, Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima
semakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima
semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding
dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆ T) dan kalor jenis zat (c) tetap.
Dengan demikian faktor lain yang memengaruhi jumlah kalor (Q) adalah massa
zat (m).
Dari kedua hubungan di atas, dapat di rumuskan persamaan matematis dari
jumlah kalor yakni:
Q ~ ΔT m
Q = ΔT × m
Adapun dalam penyetaraannya dibutuhkan suatu konstanta yang dalam
persamaan ini menggunakan c yakni kalor jenis dari zat/bahan. Sehingga
persamaan akhir untuk jumlah kalor yakni:
Q = m × c × ΔT
Adapun penentuan dari satuan kalor jenis (c) dapat diperoleh dengan
menggunakan analisis dimensi dari persamaan matematis jumlah kalor (Q) di atas
sebagai berikut.
Q = m × c × ΔT
c=
Q
m × ∆T
c=
kg m s
kg × °C
2 -2
M L2 T -2
c=
Mθ
c=
J
Kg ℃
Kegiatan 3
Massa kalorimeter kosong dan pengaduknya = │62,400 ± 0,005│ gram
Massa air panas = │157,455 ± 0,005│gram - │62,400 ± 0,005│gram
= │95,055 ± 0,01│gram
Massa es batu
= │162,705 ± 0,005│gram - │157,455 ± 0,005│gram
= │5,25 ± 0,01│gram
1. Kalor untuk menaikkan 5,25 gram es dari -12 oC sampai 0 oC.
Q1 = mes × ces × ∆T
Q1 = 5,25 × 10-3 kg × 2100 J/kgoC × (0 – (12)oC
Q1 = 11,025 J/oC × 12 oC
Q1 = 132,3 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 1 (Q1)
Q1 = mes × ces × ∆T
Karena ces bernilai konstan, jadi,
Q1 = mes × ∆T
| |
d Q1 =
| |
∂ Q1
∂ Q1
d m es +
d∆T
∂ m es
∂∆T
d Q1 =|∆T|d m es + |m es|d∆T
| |
d Q 1 ∆T
m es
=
d m es +
d∆T
Q1
Q1
Q1
| |
| || |
d Q1 d m es
d∆T
=
+
Q1
m es
∆T
| || |
∆ Q 1 ∆ m es
∆∆T
=
+
Q1
m es
∆T
∆Q 1 =
|
|
∆Q 1 =
× 10 -3 kg
1℃
+
132,3 J
|0,01
5,25 × 10 -3 kg
12 ℃ |
∆ m es ∆∆T
+
Q1
m es
∆T
∆Q 1 =|0,0019 + 0,083|132,3 J
∆Q1 = 0,0849 × 132,3 J
∆Q1 = 11,232 J
KR =
∆ Q1
11,232 J
× 100 % =
× 100 % = 8,5 % (2 AB)
Q1
132,3
Q1 = │Q1 ± ∆Q1 │= │0,13 ± 0,01│103 J
2. Kalor untuk menaikkan 5,25 gram air dari 0 oC sampai suhu campuran
(Tc = 56,9 oC).
Q2 = mes × cair × ∆T
Q2 = 5,25 × 10-3 kg × 4200 J/kgoC × (56,9 – 0) oC
Q2 = 22,05 J/oC × 56,9 oC
Q2 = 1254,645 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 2 (Q2)
|
∆ Q2 =
|
∆ m es ∆∆T
+
Q2
m es
∆T
10 -3 kg
1℃
+
1254,645 J
|0,01×
5,25 × 10-3 kg 56,9 ℃ |
∆ Q2 =
∆ Q 2 =|0,0019 + 0,018 |1256,645 J
∆Q2 = 0,0199 × 1256,645 J
∆Q2 = 25,00 J
KR =
∆ Q2
25,00 J
× 100 % =
× 100 % = 1,9 % (3 AB)
Q2
1256,645 J
Q2 = │Q2 ± ∆Q2 │= │1,26 ± 0,02│103 J
3. Kalor yang hilang dari 95,055 gram air dengan mendingin dari 64,0 oC
sampai suhu campuran (Tc = 56,9 oC).
Q3 = mair × cair × ∆T
Q3 = 95,055 × 10-3 kg × 4200 J/kgoC × (64,0 – 56,9) oC
Q3 = 399,231 J/oC × 7,1oC
Q3 = 2834,54 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil perhitungan jumlah kalor 3 (Q3)
|
∆ Q3 =
|
∆ m air ∆∆T
+
Q3
m air
∆T
× 10 -3 kg
1℃
+
2834,54 J
|0,01
95,055 × 10 -3 kg
7,1 ℃ |
∆ Q3 =
∆ Q 3 =|0,0001 + 0,141| 2834,54 J
∆Q3 = 0,1411 × 2834,54 J
∆Q3 = 399,95 J
KR =
∆ Q3
399,95 J
× 100 % =
× 100 % = 14 % (2 Angka Berarti)
Q3
2834,54 kal
Q3 = │Q3 ± ∆Q3│ =│2,8 ± 0,4│103 J
4. Kalor yang hilang dari kalorimeter dengan mendingin dari 64,0 oC sampai
suhu campuran (Tc = 56,9oC).
Q4 = mkalorimeter × caluminium × ∆T
Q4 = 62,400 × 10-3 kg × 900 J/kgoC × (64,0 – 56,9) oC
Q4 = 56,16 J/oC × 7,1 oC
Q4 = 398,736 J
Adapun ketidakpastian mutlak hasil pengukuran jumlah kalor 4 (Q4)
∆ Q4 =
|
|
∆ Q4 =
× 10 -3 kg 1 ℃
+
398,736 J
|0,01
62,4× 10 -3 kg
7,1 ℃ |
∆ m kalorimeter ∆∆T
+
Q4
m kalorimeter
∆T
∆ Q 4 =|0,00016 + 0,141 |398,736 J
∆Q4 = 0,14116 × 398,736 J
∆Q4 = 56,286 J
KR =
∆ Q4
56,286 J
× 100 % =
× 100 % = 14 % (2 AB)
Q4
398,736 J
Q4 = │Q4 ± ∆Q4│= │0,40 ± 0,06│J
Dalam menentukan kalor lebur es kita menggunakan azas black, yaitu:
Qterima = Qlepas
Q1 + Qes-air + Q2 = Q3 + Q4
Q1 + mes × Les+ Q2 = Q3 + Q4
130 J + mes × Les + 1260 J = 2800 J + 400 J
5,25 × 10-3 kg × Les + 1390 J = 3200 J
5,25 × 10-3 kg × Les = 3200 J – 1390 J
5,25 × 10-3 kg × Les = 1810 J
Les =
1810 J
5,25 × 10-3 kg
Les = 344761,9 J/kg
Jadi, ketidakpastian mutlak dari kalor lebur es di atas yaitu:
Qterima = Qlepas
Q1 + Qes-air + Q2 = Q3 + Q4
Q1 + mes × Les + Q2 = Q3 + Q4
mes × Les = (Q3 + Q4) - (Q1 + Q2)
Les =
( Q3 + Q4 ) - ( Q1 + Q2 )
m es
Les = ((Q3 + Q4) - (Q1 + Q2)) mes-1
Les = Q3 × mes-1 + Q4 × mes-1 - Q1 × mes-1 - Q2 × mes-1
|
dL es =
||
||
||
||
|
∂ Les
∂ Les
∂ Les
∂ Les
∂ Les
d Q3 +
d Q4 +
d Q1 +
d Q2 +
d m es
∂ Q3
∂Q 4
∂ Q1
∂ Q2
∂ m es
dL es =|m es-1 d Q3|+|m es -1 d Q 4|+|m es-1 d Q 1|+|m es -1 d Q 2|
+|(Q3 + Q 4 - Q1 - Q2 ) d m es|
| || || || |
dL es =
d Q3
d Q4 d Q1 d Q2
+
+
+
+|(Q 3 + Q4 - Q 1 - Q 2 ) m es -2 d m es|
m es
m es
m es
m es
400 J
60 J
10 J
+|
+|
+
|5,25
|
|
× 10 -3 kg
5,25 × 10 -3 kg 5,25 × 10 -3 kg |
∆L es =
( 2800 J+ 400 J- 130 J- 1260 J ) 0,01 × 10 -3 kg
|205,25J × 10 -3 kg |+|(5,25
|
× 10 -3 kg)
2
|
∆L es =|93333,4 J/kg|+
18,1 × 10 -3 J/kg
27,5625× 10 -6 J/ kg2
|
∆Les = 93333,4 J/kg + 656,75 J/kg
∆Les = 93990,15 J/kg
KR =
∆ Les
93990,15
× 100 % =
× 100 % = 27,2 % (2 AB)
Les
344761,9
Les = │Les ± ∆Les│= │0,34 ± 0,09│106 J/kg
%diff =
|
|
Lteori - Lpraktikum
334400 J/kg- 344761
×100% =
×100%
Lrata-rata
339580,5
|
|
×100 % = 0,03 × 100 % = 3%
|-10361
339580,5 |
=
PEMBAHASAN
Praktikum ini terdiri atas tiga kegiatan. Kegiatan pertama adalah
menyelidiki hubungan jumlah kalor denga kenaikan suhu. Kegiatan kedua adalah
menyelidiki hubungan jumlah kalor dengan massa zat. Sedangkan kegiatan ketiga
adalah menentukan kalor lebur es.
Berdasarkan analisis data pada kegiatan pertama dapat diperoleh bahwa
perubahan kenaikan suhu berbanding lurus dengan jumlah kalor. Dimana semakin
banyak kalor yang diterima maka suhu zat cair akan semakin besar, begitupula
sebaliknya. Hal ini dibuktikan dengan membandingkan data-data yang diperoleh
dalam percobaan yakni perubahan kenaikan suhu yang diperoleh dengan
mengurangkan suhu akhir dengan suhu awal untuk masing-masing data. Adapun
data perubahan kenaikan suhu untuk suhu awal sebesar │30,0 ± 0,5│°C yang
diperoleh untuk masing-masing data secara berurutan yaitu │1,5 ± 1,0│°C; │4,0
± 1,0│°C; │6,0 ± 1,0│°C; │9,0 ± 1,0│°C; │12 ± 1│°C; │15 ± 1│°C; │18 ±
1│°C; dan │2,1 ± 1,0│°C. Perubahan kenaikan suhu tersebut dibandingkan
dengan lama pemanasan yang diasumsikan jumlahnya sama dengan jumlah kalor,
dengan data-data secara berurutan yakni: │30,0 ± 0,1│ s; │60,0 ± 0,1│ s; │90,0
± 0,1│ s; │120,0 ± 0,1│ s; │150,0 ± 0,1│ s; │180,0 ± 0,1│ s; │210,0 ± 0,1│ s;
dan │240,0 ± 0,1│ s. Dari grafik diperoleh hasil bahwa jumlah kalor berbanding
lurus dengan kenaikan suhu.
Untuk lebih membuktikan hal yang diperoleh pada suhu awal sebelumnya,
maka dibuat perbandingan kedua dengan suhu awal dan selang lama pemanasan
yang berbeda. Data untuk perubahan kenaikan suhu untuk suhu awal
│40,0 ± 0,5│°C secara berurutan yakni: │1,5 ± 1,0│°C; │3,0 ± 1,0│°C; │5,0 ±
1,0│°C; │7,0 ± 1,0│°C; │9 ± 1│°C; │11 ± 1│°C; │13 ± 1│°C; dan│15 ± 1│°C.
Adapun lama pemanasan yang digunakan secara berurutan yakni: │20,0 ± 0,1│s;
│40,0 ± 0,1│s; │60,0 ± 0,1│s; │80,0 ± 0,1│s; │100,0 ± 0,1│s; │120,0 ± 0,1│s;
│140,0 ± 0,1│s; dan │160,0 ± 0,1│s. Dengan membandingkan perubahan
kenaikan suhu dengan lama pemanasan melalui grafik, ternyata grafik membentuk
garis linear maka dinyatakan bahwa kenaikan suhu berbanding lurus dengan
jumlah kalor atau dapat dinyatakan:
Q ∆T
Q=∆T
Dapat ditarik kesimpulan bahwa kedua variabel ini berbanding lurus.
Maksudnya semakin banyak kalor yang diterima maka semakin besar pula
kenaikan suhu pada zat cair, begitupula sebaliknya.
Pada kegiatan kedua, analisis data dimulai dengan membandingkan massa
zat cair dengan lama pemanasan. Adapun data massa zat cair yang diperoleh
secara terurut yaitu 0,046895 kg; 0,068740 kg; 0,085550 kg; 0,112740 kg; dan
0,136680 kg. Sedangkan lama pemanasan yang digunakan secara terurut yakni
31,1 s; 42,7 s; 44,8 s; 63,1 s; dan 78,3 s. Ketika membandingkan hubungan antara
data-data dari kedua variabel tersebut dengan grafik maka diketahui bahwa massa
zat berbanding lurus dengan jumlah kalor, maksudnya semakin besar massa zat
yang digunakan, maka semakin besar pula jumlah kalor yang diterima, begitupula
sebaliknya. Peryataan ini dapat dituliskan sebagai:
Q m
Q=m
Jika persamaan gaya magnetik ini dihubungkan dengan persamaan yang
didapatkan dari kegiatan pertama dan kedua, maka dapat dirumuskan persamaan
kecepatan rambat gelombang yakni:
Q ∆T
Q m
Maka
Q=m ∆ T
Dengan c sebagai konstanta maka
Q=m c ∆ T
Adapun pada kegiatan pertama dan kedua ini juga dicari satuan dari kalor
jenis (c). Dengan melakukan analisis dimensi maka didapatlah satuan dari kalor
jenis itu sendiri yakni:
c = J/kg°C
Pada kegiatan ketiga yang dilakukan adalah menentukan kalor lebur es.
Adapun cara penentuannya yakni dengan menggunakan Asas Black yang
menyatakan bahwa jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang di
lepaskan. Dalam hal ini kalor lebur es termasuk dalam zat cair yang menerima
kalor, sama dengan keadaan ketika es dilelehkan dari suhu awalnya hingga nol
derajat yang disebut (Q1), sama pula dengan keadaan ketika es yang sudah
mencair memanas hingga suhu campuran (Q 2), namun berbeda dengan air yang
mendingin setelah dilelehkan es didalamnya (Q 3), dan keadaan ketika kalorimeter
mendingin akibat hal yang serupa dengan Q 3 (Q4). Dengan menerapkan asas black
tersebut maka diperolehlah hasil kalor lebur es sebesar │0,34 ± 0,09│106 J/kg.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT) adalah
berbanding lurus, semakin banyak kalor yang diterima maka kenaikan suhu
akan semakin besar, begitupula sebaliknya.
2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q) adalah berbanding
lurus, semakin banyak jumlah zat maka jumlah kalor yang diterima juga
semakin besar, begitupula sebaliknya.
3. Persamaan matematis dari pecobaan suhu dan kalor ini diperoleh dengan
mencari hubungan jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT) dan jumlah
kalor (Q) dengan massa zat (m), yang secara keseluruhan berbanding lurus.
Sehingga dapat dituiskan sebagai:
Q=m c ΔT
4. Kalor lebur es yang diperoleh berdasarkan percobaan ini dapat dituliskan
sebagai berikut.
Les = │Les ± ∆Les│= │0,34 ± 0,09│106 J/kg
Saran
Sebaiknya
praktikan
meningkatkan
ketelitiannya
sehingga
dalam
melakukan percobaan tidak terjadi kesalahan yang berakibat fatal. Sama halnya
dalam melakukan prosedur kerja diharapkan lebih konsentrasi sehingga tidak
perlu mengulang-ulang dalam memperoleh data seperti praktikan sebelumnya.
Adapun kepada kakak asisten untuk lebih memperhatikan praktikan agar
kesalahan yang bisa terjadi lebih diminimalkan dan percobaan dapat berlangsung
lancar.
Kepada laboran diharapkan agar alat dan bahan yang digunakan dapat
diganti jika memang sudah tidak dapat digunakan dan lebih dilengkapi agar
kesalahan kalibrasi dapat dihindari.
DAFTAR RUJUKAN
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika (Edisi 5 Jilid 1), terjemahan Dra. Yuhilza
Hanum, M.Eng., dkk. Jakarta:Erlangga
Herman, asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Unit
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM
Tipler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik (Edisi 3 Jilid 1), terjemahan
Dr. Lea Prasetio, M.Sc, dkk. Jakarta: Erlangga
Young, Hugh D, dkk. 2002. Fisika Universitas (Edisi 10 Jilid 1), terjemahan Ir.
Endang Juliastuti, M.S., dkk. Jakarta: Erlangga.