KALORIMETRI

Nama Kelompok : Nurul Yulaichah Salma Salsabila (210603110063) Farah Marsya Amalia (210603110074) Nur Rahma Ika Wati (201603110085) KALORIMETRI Menurut hukum kekekalan energi, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Ada banyak jenis energi di alam, termasuk energi kinetik, energi potensial gravitasi, energi listrik, dan energi panas. Dengan menggunakan kalorimeter untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas, hukum kekekalan energi diterapkan dalam satu cara. Kalorimetri adalah teknik yang digunakan untuk mengukur efek atau perubahan panas dari suatu reaksi,yang bisa meliputi perubahan fisik maupun perubahan kimia. Perubahan fisik seperti prosespeleburan, penguapan dan dehidrasi. Perubahan kimia seperti reaksi netralisasi asam-basa ,melarutkan, reaksi keadaan padat, dan transisi fase kristal Adapun alat yang digunakan untuk menentukan efek perubahan panas yang di dalamnyalangsung dilakukan pengukuran suhu disebut Kalorimeter. Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Dimana pada kalorimeter akan terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kalor sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan. Prinsip kerja kalorimeter berdasarkan azas black . Jadi ketika dua buah benda didekatkan satu sama lainnya maka akan terjadi perpindahan kalor dari benda panas ke benda dingin hingga mencapai suatu kesetimbangan termal atau mencapai suhu setimbang. Dalam kasus kalorimeter, bagian benda yang panas adalah wadah penampung sampel yang akan memberikan panas, sedangkan bagian benda dingin adalah benda yang akan menerima panas tersebut, biasanya berupa air. Kalorimeter dapat diaplikasikan pada laboratorium dan kehidupan sehari-hari, Pengaplikasian alat Kalotrimetri pada Laboratorium yaitu 1. Digunakan untuk mengukur/ menentukan nilai kalor zat makanan karbohidrat, protein atau lemak. 2. Digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam system 3. Kalorimetri sederhana digunakan untuk mengukur perubahan panas. Sedangkan pengaplikasian Kalorimetri di kehidupan sehari-hari yaitu pada teko pemanas, penananak nasi, kompor listrik, pemanas ruangan dan setrika. Kalor dapat didefinisikan dengan suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam suatu derajat panas. Kalor juga merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan suatu benda. Untuk jumlah energi kalor yang diterima dalam suatu sistem sama dengan energi kalor yang diserap atau biasa kita sebut dengan Q lepas sama dengan Q terima (Q lepas = Q terima). Kalor jenis sendiri merupakan banyakanya yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1C. Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda karena tergantung dari jenis benda yang dipanaskan atau di dinginkan. Kalor adalah suatu jenis energi yang dapat menimbulkan perubahan suhu pada suatu benda. Secara alami kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi kebenda yang bersuhu rendah, sehingga terjadi percampuran suhu dari kedua benda tersebut. Kesetaraan satua kalori: 1 kalor = 4,2 joule, 1 joule = 0,24 kalori, kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima. Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Berikut prinsip-prinsip yang menjabarkan Asas Black : a. Jika dua buah benda yang berbeda suhunya kemudian dicampur, maka benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya akan sama (tetap). b. Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas. c. Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan. Maka dari itu dari pernyataan diatas dapat disimpulkan dengan rumus berikut : Q lepas = Q terima (m 1 x c 1) (T 1 – Ta ) = (m 2 x c 2) (T a – T 2) Dengan keterangan : mı = massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi (gr) cı = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi (J/gr°C) Tı = temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi (°C) Ta = temperatur akhir pencampuran kedua benda (°C) m2 = massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah (gr) c2 = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah (J/gr°C) T2 = temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah (°C) Serta didapatkan rumus kalor jenis yaitu:

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis yakni: 1. Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu 2. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg). Pengukuran Kapasitas Kalor Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius. Kapasitas kalor atau kapasitas panas (biasanya dilambangkan dengan kapital C, sering dengan subskripsi). Kapasitas kalor yang ada pada sebagian besar sistem tidaklah konstan, namun bergantung pada variasi kondisi dari sistem termodinamika. Kapasitas kalor bergantung pada temperatur itu sendiri, dan juga tekanan maupun volume dari sistem. Berbagai cara untuk mengukur kapasitas kalor yang dapat dilakukan secara umum pada kondisi tekanan konstan atau volume konstan. Sehingga simbol kapasitas jenisnya disesuaikan, menjadi Cp untuk kapasitas jenis pada tekanan konstan, dan CV untuk kapasitas jenis pada volume konstan. Gas dan cairan umumnya dapat diukur pada volume konstan. Pengukuran pada tekanan konstan akan mendapatkan nilai yang lebih besar karena nilai tekanan konstan juga mencakup energi panas yang dipakai untuk melakukan kerja yang dapat mengembangkan volume zat ketika temperatur dinaikkan. Panas jenis spesifik dari suatu zat merupakan molekul yang tidak pada kondisi konstan melainkan bergantung pada temperaturnya. Temperatur pada lingkungan pengukuran yang dibuat biasanya juga ditentukan. Contohnya yakni ada dua cara untuk menuliskan panas jenis dari suatu zat: 1. Air (cair): cp = 4.1855 [J/(g·K)] (15 °C, 101.325 kPa) atau 1 kalori/gram °C 2. Air (cair): CvH = 74.539 J/(mol·K) (25 °C) Untuk cairan dan gas, penting untuk mengetahui tekanan yang digunakan dalam menuliskan nilai kapasitas kalornya. Kebanyakan data yang dipublikasikan dituliskan pada kondisi tekanan standar. Hubungan dengan termodinamika yakni : Energi internal dari sebuah sistem tertutup akan berubah dengan menambahkan panas ke sistem atau ketika sistem melakukan kerja, yakni didapatkan persamaan:

Untuk kerja sebagai hasil dari perubahan volume sistem:

Jika panas ditambahan pada volume konstan:

Maka didapatkan kapasitas panas pada volume konstan, Cv. Untuk kapasitas panas pada tekanan konstan, Cp, yang diturunkan dari persamaan perubahan entalpi adalah

Perubahan pada entalpi ini dapat dirumuskan dengan persamaan dibawah ini:

Sehingga pada tekanan (P) konstan, didapatkan persamaan sebagai berikut:

Hubungan antara kapasitas panas Pengukuran kapasitas panas pada volume konstan sering kali sulit untuk dilakukan pada benda berwujud padat maupun cair, karena perubahan temperatur dapat membuat volume zat mengalami pemuaian sehingga membutuhkan penampung yang memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Lebih mudah menghitung secara tekanan konstan dan lalu menurunkannya menggunakan persamaan termodinamika dasar, yakni:

Bisa juga dituliskan dengan:

Rasio kapasitas panas atau indeks adiabatik adalah rasio dari kapasitas panas pada tekanan konstan terhadap kapasitas panas pada volume konstan, yang dapat disebut juga sebagai faktor ekspansi isentropik. Gas ideal Untuk gas ideal, mengevaluasi persamaan turunan parsial di atas berdasarkan persamaan keadaan di mana R adalah konstanta gas ideal, yakni:

Maka dapat disubstitusikan menjadi:

Sehingga didapatkan persamaan mayer jika direduksi, yakni:

Kapasitas panas spesifik (panas jenis) Kapasitas panas spesifik (atau panas jenis) adalah kapasitas panas per basis massa, yakni dengan persamaan:

di mana pada ketiadaan transisi fase zat akan didapatkan panas jenis, sebagai berikut:

Untuk gas dan bahan yang lainnya yang berada pada tekanan yang tinggi, terdapat perbedaan nilai panas jenis pada kondisi yang berbeda, kapasitas panas ini dapat didefinisikan dengan memasukkan kondisi proses isobarik (tekanan konstan, dp = 0) dan proses isokhorik (volume konstan, dV= 0), maka dari itu hubungan panas jenisnya dapat dirumuskan menjadi berikut ini:

Sesuai dengan persamaan sebelumnya, yakni:

CONTOH SOAL 1. Gas Nitrogen (N2) dengan massa 280 gr ditekan secara isotermis pada suhu 47° C sehingga volumenya menjadi 0.5 volume semula Maka kerja luar gas yang dikeluarkan sebesar (BM nitrogen 28 In 0.5-0.69, R-8,31 1/mol) Pembahasan : Diketahui Massa Nitrogen = 280 gr T tetap = 47° C = (47+273) K = 320 K V₂ =0.5V₁ BM nitrogen=28 In 0,5 = 0,69 R = 8.31 J/mol K Maka besar kerja luar gas dapat dihitung sebagai berikut: 2. Pada keadaan isokhorik suatu gas mengalami kenaikan suhu dari 25°C menjadi 40° C. Besar tekanan gas awal sebesar 15 Pa. Maka besar usaha luar gas adalah.. Pembahasan Diketahui: T1 : 25°C T2 : 40°C P : 15 Pa Maka besar usaha luar gas dapat dihitung sebagai berikut : W = pΔV Sistem dalam keadaan isokkhorik (volume tetap) ΔV + 0 maka : W= p.0 = 0 3. Dengan usaha luar gas sebesar 150 1, suatu sistem mengalami proses adiabatik Perubahan energi dalam sistem adalah sebesar ΔU dan kalor yang terserap dalam sistem adalah sebesar Q. pernyataan yang benar adalah... Pembahasan : Diketahui : W = -150 J Q = 0 (proses dalam sostem secara adiabatik) Maka, berdasarkan hukum 1 Termodinamika adalah: ΔU + W = Q ΔU = -W ΔU = -(-150 J) ΔU = 150 J 4. Batang logam bermassa 2 kg memiliki suhu 25oC. Untuk menaikkan suhunya menjadi 75oC dibutuhkan kalor sebesar 5 × 104 kal. Jika suhunya dinaikkan menjadi 125oC maka berapakah kalor yang dibutuhkan? Pembahasan : Diketahui: m = 2 kg = 2.000 g ∆T1 = 75oC – 25oC = 50oC → Q1 = 5 × 104 kal ∆T2 = 125oC – 25oC = 100oC → Q2 = ? Kalor jenis benda dapat ditentukan dari keadaan pertama. Q1 = mc∆T1 5 × 104 = 2.000 × c × 50 5 × 104 = 100.000 × c c = 5 × 104/105 c = 5 × 10-1 c = 0,5 kal/goC berarti kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu ∆T2 sebesar: Q2 = mc∆T2 Q2 = 2.000 × 0,5 × 100 Q2 = 100.000 Q2 = 105 kal 5. Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20oC hingga 120oC. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ, tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi? Pembahasan : Diketahui: m = 3 kg ∆T = 120oC – 20oC = 100oC Q = 135 kJ = 135.000 J Ditanyakan: C dan c ? Jawab: Menentukan kapasitas kalor besi: C = Q ∆T C = 135.000 J 100oC C = 1.350 J/oC Menentukan kalor jenis besi: c = C m c = 1.350 J/oC 3 kg c = 450 J/kgoC 6. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari suhu 30oC menjadi 50oC. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/goC atau 4.200 J/kg K, tentukan: a) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori). b) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule). Diketahui: m = 300 g = 0,3 kg ∆T = 50oC – 30oC = 20oC c = 1 kal/goC = 4.200 J/kg K Ditanyakan: Q dalam kalor dan joule Jawab: a) Menentukan jumlah kalor dalam kalori Q = mc∆T Q = 300 g × 1 kal/goC × 20oC Q = 6.000 kalori Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalori. b) Menentukan jumlah kalor dalam joule Q = mc∆T Q = 0,3 kg × 4.200 J/kg K × 20 K Q = 6.000 kalori Q = 25.200 joule Catatan penting: perubahan suhu dari satuan celcius dan kelvin sama, jadi tidak perlu melakukan koversi satuan terlebih dahulu. Atau dengan menggunakan kesetaraan antara kalori dan joule diketahui bahwa: 1 kalori = 4,2 joule sehingga: Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule DAFTAR PUSTAKA Keenan, 1980, Kimia Untuk Universitas Jilid 1, Erlangga, Jakarta. Moran, M.J. (2004). Termodinamika Teknik. Jakarta: Erlangga. Muhsin, M. (2019). Application of Talking Stick Learning Model to Improve Students' Positive Attitude and Learning Achievement in the Subject of Heat. Jurnal Pendidikan Fisika, 7(1), 32-48. Zelvani, S., dkk. 2020. Nilai Termofisika Daun Kapuk, Daun Sirih, Dan Daun Bunga Kembang Sepatu Sebagai Bahan Kompres Demam. Jurnal Fisika dan Terapannya (2020) Vol. 7 (2): 107-113.