Laporan Praktikum Suhu dan Kalor Fisika Dasar II 2022

Laporan Praktikum Suhu dan Kalor Fisika Dasar II 2022

SUHU DAN KALOR

Mardianti Rukmana, Muhammad Rizal Fahlepy*), Wahyuni

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar

Abstrak

Telah dilakukan eksperimen tentang Suhu dan Kalor dengan tujuan untuk agar mahasiswa dapat memahami hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (∆T), memahami hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q), merumuskan persamaan kalor (Q), dan untuk menentukan kalor lebur es. Eksperimen ini terdiri atas tiga kegiatan, di mana pada kegiatan pertama kami mengamati hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (∆T). Pada kegiatan kedua, diamati hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q). Pada kegiatan terakhir, kami menentukan kalor lebur es dengan cara membuat campuran antara air dan es batu dan menentukan kalor lebur es dari variabel-variabel yang diukur. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kenaikan suhu pada suatu zat mempengaruhi jumlah kalor yang dibutuhkannya, dalam hal ini berbanding lurus. Massa zat juga mempengaruhi jumlah kalor yang dibutuhkan, semakin banyak massa suatu zat maka semakin banyak pula kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya. Dari grafik analisis kita menyimpulkan bahwa persamaan kalor adalah Q = c.∆T.m. Dari analisis perhitungan pada kegiatan ketiga, didapatkan kalor es sebesar │86 ± 1│kal/g. 

Kata kunci: Kalor, kalor jenis, kalor laten, suhu

A. RUMUSAN MASALAH

  1. Bagaimana hubungan antara jumlah kalor dengan kenaikan suhu?
  2. Bagaimana hubungan antara massa zat dengan jmlah kalor?
  3. Bagaimana merumuskan persamaan kalor?
  4. Bagaimana menentukan kalor lebur es? 

B. TUJUAN

  1. Mahasiswa dapat memahami hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT)
  2. Mahasiswa dapat memahami hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)
  3. Mahasiswa dapat merumuskan persamaan kalor (Q)
  4. Mahasiswa dapat menentukan kalor lebur es

C. TEORI SINGKAT

Untuk memahami konsep suhu, kita perlu mendefinisikan dua istilah yang sering digunakan: kontak termal dan kesetimbangan termal. Untuk memahami makna dari kontak termal, bayangkan dua benda diletakkan dalam sebuah kotak yang terisolasi di mana benda tersebut saling memengaruhi satu sama lain, tetapi bukan dengan lingkungannya. Apabila suhu kedua benda tersebut berbeda, maka akan terjadi pertukaran energi di antara benda tersebut, walaupun pada awalnya kedua benda tersebut tidak melakukan kontak fisik. Kita mengasumsikan bahwa kedua benda mengalami kontak termal satu sama lain apabila terjadi pertukaran energi di antara kedua benda tersebut melalui proses-proses yang diakibatkan oleh perbedaan suhu. Keseimbangan termal adalah situasi di mana dua benda tidak akan bertukar energi melalui kalor ataupun radiasi elektromagnetik jika mereka berada dalam kontak termal (Serway: 2010).

Menurut Halliday (2010), kalor adalah energi yang ditranfer antara sistem dan lingkungannya dikarenakan perbedaan suhu yang ada di antara sistem dan lingkungan. Sebelum para ilmuwan menyadari bahwa panas adalah energi yang ditransfer, panas diukur dalam hal kemampuan untuk menaikkan suhu air. Sehingga, kalori (kal) didefinisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 g air dari 14,5 derajat celcius sampai 15,5 derajat celcius. Dalam sistem satuan inggris, satuan yang digunakan adalah British thermal unit (Btu) yang didefenisikan sebagai jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 lb air dari 63 hingga 64. 

Pada tahun 1948, komunitas ilmiah memutuskan bahwa panas ( seperti usaha W ) merupakan energi yang ditransfer, maka satuan SI yang digunakan untuk panas harus seperti satuan yang digunakan untuk energi, yaitu joule. Sementara kalori saat ini didefinisikan menjadi tepat 4,1868 J, tanpa mengacu pada pemanasan air. (Istilah “kalor” yang digunakan dalam nutrisi, terkadang disebut dengan Kalori (Cal). Hubungan antara berbagai satuan-panas adalah

1 cal = 3,969 Btu = 4,1868 J (1.1)

Menurut Herman & Asisten LFD (2015), 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. 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 dapatdisimpulkan bahwa terdapat hubungan antara banyak kalor (Q), kenaikan suhu (∆T ) 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 (1.2)

Selain melakukan percobaan diatas, banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda dapat juga kita amati ketika kita 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.∆T (1.3)

Menurut Halliday (2010), menguapkan zat cair adalah mengubah keadaan zat cair dari zat tersebut ke keadaan (gas) uap. Proses ini, seperti mencair, membutuhkan energi dikarenakan molekul harus dibebaskan dari susunannya. Pendidihan air untuk mengubah keadaan cair ke uap air (atau uap-gas-molekul air individu) adalah salah satu contoh umum. Mengkondensasi gas untuk membentuk cairan adalah kebalikan dari proses penguapan; pada proses ini, energi dilepaskan dari molekul gas sehingga molekul akan menjauh satu sama lain. Jumlah energi per satuan massa yang yang harus ditransfer sebagai kalor ketika suatu sampel mengalami perubahan fasa disebut kalor transformasi L. Jadi, ketika sampel massa m mengalami perubahan fasa, maka total energi yang ditransfer akan sebesar

Q = Lm (1.4)

Ketika terjadi perubahan fasa dari cair ke gas (maka sampel harus menyerap panas) atau dari gas ke cair (sampel harus melepaskan panas), kalor transformasi disebut sebagai kalor penguapan. Untuk air di titik didih normal atau kondensasi suhu

= 539 cal/g = 40,7 kJ/mol = 2256 kJ/kg (1.5)

Ketika perubahan fasa dari padat ke cair (maka sampel harus menyerap panas) atau dari cair ke padat (samoel harus melepaskan panas), kalor transformasi disebut sebagai kalor penggabungan. Untuk air pada nilainya di titik beku normal suhu leleh adalah

= 79,5 cal/g = 6,01 kJ/mol = 333 kJ/kg (1.6)



D. METODE EKSPERIMEN

Alat dan Bahan

1. Alat

a. Termometer 1 buah
b. Kaki tiga + kasa asbes 1 buah
c. Pembakar spritus 1 buah
d. Beacker gelas 1 buah
e. Stopwatch 1 buah
f. Statif + klem 1 buah
g. Gelas kimia 250 ml 1 buah
h. Neraca Ohauss 311 gram 1 buah
i. Korek Api 1 buah
j. Spritus 1 buah

2. Bahan
a. Air
b. Minyak goreng
c. gliserin

Identifikasi Variabel

Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan suhu (∆T).

1. Variabel kontrol : Suhu awal zat (ºC), volume air (ml), jenis zat cair.

2. Variabel bebas : Lama pemanasan (s)

3. Variabel terikat : Suhu akhir (ºC).

Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat cair (m) dan julah kalor (Q)

1. Variabel kontrol : Kenaikan suhu (°C), jenis zat cair.

2. Variabel bebas : Massa zat cair (g)

3. Variabel terikat : Lama pemanasan (s)

Kegiatan 3. Menentukan kalor lebur es.

Dalam kegiatan 3 ini, kami hanya menentukan nilai kalor lebur es dari data-data yang didapatkan dari campuran es dan air, sehingga tidak ada variabel-variabel yang diamati.

Definisi Operasional Variabel

Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan perubahan suhu (∆T).

1. Variabel kontrol

a. Suhu awal zat (°C). Pada kegiatan ini, suhu awal zat adalah tingkat panasnya zat cair sebelum dipanaskan. Suhu awal zat merupakan variabel kontrol/tetap karena tidak memengaruhi variabel lainnya. Suhu awal zat diukur menggubakan thermometer celcius dengan satuan °C.

b. Volume air (ml) juga merupakan variabel kontrol pada kegiatan ini. Volume air adalah banyaknya air yang dimasukkan ke dalam gelas ukur dan dipanaskan. Volume air diukur menggunakan gelas ukur dengan satuan milliliter (ml).

c. Jenis zat cair, yaitu zat cair yang dimasukkan ke dalam gelas ukur. Jenis zat cair merupakan variabel tetap karena pada setiap keadaan tidak pernah berubah.

2. Variabel bebas

a. Lama pemanasan (s). Dalam kegiatan ini, lama pemanasan adalah banyaknya waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat cair. Dalam hal ini, lama pemanasan merepresentasikan banyaknya kalor yang diserap oleh zat cair untuk menaikkan suhunya. Lama pemanasan ini diukur dengan stopwatch dengan satuan sekon (s).

3. Variabel terikat

a. Suhu akhir (°C) adalah tingkat panasnya zat cair yang diukur setelah zat cair tersebut dipanaskan. Suhu akhir diukur menggunakan thermometer celcius dengan satuan °C.

Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat cair (m) dan julah kalor (Q)

1. Variabel kontrol

a. Kenaikan suhu (°C), yaitu selang antara suhu tertentu yang ditentukan untuk mengamati lamanya pemanasan zat cair, yang dikur menggunakan thermometer celcius dengan satuan °C.

b. Jenis zat cair, yaitu zat cair yang dimasukkan ke dalam gelas ukur. Jenis zat cair merupakan variabel tetap karena pada setiap keadaan tidak pernah berubah.

2. Variabel bebas

a. Massa zat cair yaitu banyaknya zat cair yang dipanaskan. Massa zat cair diukur menggunakan neraca Ohauss311 gram dengan satuan gram (g).

3. Variabel terikat

a. Lama pemanasan yaitu waktu yang dibutuhkan oleh zat cair untuk menaikkan suhunya dalam kenaikan suhu yang telah ditetapkan. Lama pemanasan ini diukur menggunakan stopwatch dengan satuan sekon (s).

Kegiatan 3. Hubungan antara kalor jenis (c) dengan jumlah kalor (Q)

1. Variabel kontrol

a. Kenaikan suhu (delta T), yaitu selang antara suhu tertentu yang ditentukan untuk mengamati lamanya pemanasan zai cair, yang diukur menggunakan termometer celcius dengan satuan.

2. Variabel bebas

a. Jenis zat cair, yaitu zat cair yang dimasukkan kedalam gelas ukur. Jenis zat cair merupakan variabel bebas karena pada setiap keadaan berubah.

3. Variabel terikat

a. Lama pemanasan, yaitu waktu yang dibutuhkan oleh zat cair untuk menaikkan suhu dalam kenaikan suhu yang telah ditetapkan. Lama pemanasan ini diukur menggunakan stopwatch dalam satuan sekon (s).

Prosedur Kerja

Kegiatan 1. Hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu ().

Menuangkan air ke dalam gelas ukur secukupnya. Mengukur suhu awal air dengan zat cair yang akan dipanaskan. Memanaskan air tersebut di atas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan menggunakan pembakar spiritus. Mengamati penunjukan suhu pada selang waktu tertentu (gunakan selang waktu yang sama untuk setiap data), mencatat hasilnya pada tabel hasil pengamatan. Melakukan kegiatan yang sama dengan suhu mula-mula yang berbeda. Mencatat ke dalam tabel pengamatan waktu yang dibutuhkan setiap selang kenaikan suhu.

Kegiatan 2. Hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q)

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. Menentukan suhu acuan (lebih besar dari suhu mula-mula sekitar 3 ºC) dan besar kenaikan suhu yang diinginkan. Memanaskan air diatas kaki tiga yang dilapisi dengan asbes dengan menggunakan pembakar spiritus. Mengamati kenaikan suhu pada termometer dan menyalakan stopwatch tepat ketika termometer menujukkan suhu acuan, kemudian mengukur waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebesar nilai kenaikan suhu yang telah ditentukan. Setelah itu mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan. Mengganti air yang digunakan, dan mengulangi langkah c dan d untuk volume air yang berbeda (lebih besar dari volume air yang sebelumnya). Kemudian mengulangi sampai memperoleh minimal 6 data.

Kegiatan 3. Hubungan antara kalor jenis (c) dengan jumlah kalor (Q).

Memasukkan air kedalam gelas ukur dengan massa yang telah ditentukan. Menentukn perubahan suhunya ketika dipanaskan. Setelah itu, memanaskan air yang telah ditimbang dan membaca penunjukan suhu pada termometer sesuai suhu awal hingga akhir beserta kenaikan suhunya. Kemudian mencatat hasilnya sesuai dengan pembacaan skal pada termometer. Mengganti zat cair yaitu gliserin dan melakukan hal yang sama dengan zat cair seperti air tadi. Begitupun dengan minya goreng. Mencatat hasilnya dalam tabel pegamatan.

Kegiatan 4. Menentukan kalor lebur es

Memanaskan air dalam gelas kimia sampai suhunya mencapai sekitar 75ºC. Menimbang kalorimeter kosong beserta pengaduknya. Mengukur suhu es batu dan masukkan kedalam kalorimeter dan menimbang untuk menetukan massa es batu. Mengukur suhu air panas, dan masukkan air tersebut kedalam calorimeter dengan cepat, tutup dan aduk-aduk sejenak sampai es batu mencair. Mengukur suhu pada saat itu sebagai campuran kemudian menimbang massa campuran untuk menentukan massa air panas. Mencatat hasilnya dalam table pengamatan.


Baca Juga: Laporan Praktikum Kesetaraan Energi

E. HASIL PRAKTIKUM DAN ANALISIS DATA

Untuk dapat melihat hasil praktikum dan analisis data silahkan klik link berikut (hasil dan analisis data suhu dan kalor)

F. PEMBAHASAN

Eksperimen tentang suhu dan kalor ini terdiri atas tiga kegiatan. Kegiatan pertama yaitu mengamati hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan kenaikan suhu (ΔT). Pada kegiatan pertama, kami memanaskan air dengan volume tetap dan mengamati kenaikan suhunya setiap tiga puluh detik. Pada kegiatan ini, kami menggunakan dua suhu awal, yaitu suhu 30° dan suhu 35°. Kedua grafik analisis menunjukkan bahwa semakin banyak waktu yang digunakan untuk memanaskan zt cair, maka suhunya akan semakin tinggi pula. Lama pemanasan dalam kegiatan ini dianggap merepresentasikan banyaknya kalor yang diserap oleh zat cair untuk menaikkan suhunya. Maka dari itu, bisa dikatakan bahwa semakin banyak kalor yang diserap oleh suatu zat, maka kenaikan suhunya akan semakin besar.

Pada kegiatan kedua, yaitu hubungan antara massa zat (m) dengan jumlah kalor (Q), kami memanaskan zat cair dengan volume yang berubah-ubah dan mengamati lama pemaasannya untuk mencapai kenaikan suhu yang diinginkan. Kenaikan suhu dalam kegiatan ini telah ditetapkan yakni sebesar 3°C. Dari grafik analisis didapatkan bahwa semakin besar massa suatu zat cair, maka semakin banyak pula waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya sebesar 3°C. Serupa dengan kegiatan pertama di atas, pada kegiatan kedua ini, lama pemanasan juga diasumsikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat cair. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin banyak massa zat cair, maka semakin banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya.

Berdasarkan kegiatan pertama dan kedua kita dapat merumuskan persamaan jumlah kalor. Jumlah kalor sebanding dengan kenaikan suhu dan massa zat sehingga dapat dituliskan , untuk membuatnya setara maka ditambahkan konstanta yaitu c, sehingga persamaannya ditulis sebagai Q = m. c. ΔT

Pada kegiatan ketiga kami menentukan nilai kalor lebur es. Untuk menentukan nilai kalor lebur es kami menerapkan azas black, dimana bunyinya adalah Qterima = Qlepas. Dalam kegiatan ini, zat yang melepaskan kalor dua, yaitu air panas dan kalorimeter. Zat yang menyerap kalor yaitu es. Pada perhitungan nilai penyerapan kalor oleh es terdapat beberapa kondisi sehingga ada beberapa jenis kalor yang dimasukkan ke dalam perhitungan. Q1 adalah kalor untuk menaikkan 12,84 gram es dari -9 oC sampai 0 oC. Q2 adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 12,84 gram air dari 0 oC sampai suhu campuran (Tc = 53,5 oC). Q3 adalah kalor yang hilang dari 12,84 gram air dengan mendingin dari 66,0 oC sampai suhu campuran. Q4 adalah kalor yang hilang dari kalorimeter dengan mendingin dari 66,0 oC sampai suhu campuran. Kalor yang termasuk kalor serap adalah Q1, Q2, dan kalor lebur es, sedangkan kalor yang termasuk kalor terima adalah Q3 dan Q4. Secara matematis ditulis sebagai Qterima = Qlepas sehingga Q1 + Qes-air + Q2 = Q3 + Q4. Dari hasil analisis perhitungan, didapatkan bahwa kalor lebur es adalah │86 ± 1| kal/gr. Hal ini berbeda dengan kalor lebur es yang didapatkan dari teori, yakni sebesar 80 kal/g. Perbedaan ini mungkin terjadi karena kesalahan pengamat pada saat pengambilan data atau pada saat analisis perhitungan.

G. SIMPULAN DAN DISKUSI

Dari eksperimen tentang suhu dan kalor ini, kami menyimpulkan beberapa hal, yaitu:

  1. 1. Jumlah kalor yang diserap oleh suatu zat berpengaruh terhadap kenaikan suhu yang dialaminya. Semakin banyak jumlah kalor yang diserap oleh zat, maka suhunya akan semakin meningkat pula. Ini artinya jumlah kalor berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
  2. 2. Massa zat cair juga mempengaruhi jumlah kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya. Semakin besar massa zat cair, maka semakin banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya.
  3. 3. Jumlah kalor 3478sebanding dengan kenaikan suhu dan massa zat sehingga dapat dituliskan , untuk membuatnya setara maka ditambahkan konstanta yaitu c, sehingga persamaannya ditulis sebagai Q = m. c. ΔT
  4. 4. Kalor lebur es yang didapatkan dari hasil praktikum yaitu sebesar │86 ± 1| kal/gr.

DAFTAR RUJUKAN

Halliday, David. Resnick, Robert. Walker, Jearl. 2010. Fisika Dasar Edisi Ketujuh Jilid 1 Terjemahan. Jakarta : Erlangga.

Herman & Asisten LFD. 2015. Penuntun Fisika Dasar 2. Laboratorium Fisika Unit Praktikum Fisika Dasar : Makassar.

Serway, Raymond A. dan John W. Jewett.. 2010. Fisika untuk Sains dan Teknik Buku 2 Edisi 6. Jakarta : Salemba Teknika.
Lebih baru Lebih lama