Termometri �dan �Kalorimetri

1

Temperatur

Skala Temperatur

Pembuatan skala temperatur dikaitkan dengan adanya perubahan sifat fisis bila temperatur berubah (sifat termometrik). Sifat-sifat ini antara lain : Volume cairan , hambatan listrik, tekanan gas dsb.

2

Misalkan dipilih X suatu sifat termometrik yang digunakan untuk pembuatan skala temperatur. Hubungan temperatur dan perubahan sifat fisis misalnya dipilih fungsi linier yang memenuhi hubungan :

T(X) = aX

a adalah konstanta yang masih harus di cari

Perbandingan dua temperatur yang diukur dengan menggunakan termometer yang sama, akan sama dengan perbandingan X nya,

3

Untuk menetukan konstanta a, ditentukan titik tetap standar yang mana semua termometer memberikan pembacaan yang sama untuk temperatur tertentu. Titik standar ini dipilih saat es, air dan uap berada dalam kesetimbangan ; disebut titik tripel air (triple point of water)

Titik tripel air ditetapkan secara sembarang memilih titik 0 dan 100 berdasarkan titik lebur dan titik didih zat tertentu (H₂O) maka koefisien muai gas renggang memperoleh nilai ≈ 1/273 dan titik nol kelvin menjadi -273,16 K.

4

Untuk semua termometer berlaku :

X_tr adalah nilai X pada titik tripel atau,

…………(1)

Pers(1) digunakan untuk menentukan skala pada termometer yang lain yang mempunyai sifat termometrik yang berbeda-beda.

Titik Tripel Air

5

Gambar sel titik tripel National Bureau of Standards.

Sel mengandung air murni dan disegel (ditutup) setelah semua udaranya dikeluarkan. Kemudian sel tersebut dicelupkan dalam bak air-es. Sistem tersebut berada pada titik-titik tripel bila es, air, dan uap semuanya ada, dan di dalam kesetimbangan di dalam sel tersebut. Termometer yang akan dikalibrasi dicelupkan di dalam sumur tengah.

• Temperatur : merupakan kuantitas panas suatu zat
• Alat: Termometer
• Kalibrasi: Titik Beku—es; Titik Didih—air mendidih
• Skala Pengukuran: Fahrenheit, Celcius, Kelvin

​

6

7

HUBUNGAN - HUBUNGANNYA

PEMUAIAN TERMAL

Ketika suhu suatu zat / bahan bertambah maka:

• Akan terjadi perubahan dimensi (memuai).
• Energi Kinetik atom-atomnya naik saling bertumbukan & mengembang

8

PEMUAIAN

Salah satu sifat termometrik yang umum adalah adanya perubahan dimensi (panjang, lebar, volume) yang disebabkan perubahan temperatur.

Dari hasil percobaan didapatkan perubahan dimensi relatif yang terjadi sebanding dengan perubahan temperaturnya dengan tetapan pembanding hanya bergantung pada jenis bahan, tidak pada ukuran bahan.

9

Bila suatu batang pada suatu temperatur mempunyai panjang l, dan panjangnya bertambah Δl karena perubahan temperaturΔT, maka :

Makroskopis

10

Tabel 1 Harga α untuk beberapa bahan pada temperatur 20^oC

11

Contoh Soal

Pada suhu 0^oC sebuah gelas kaca yang volumenya 50 cm³ berisi penuh dengan raksa. Berapa volume air raksa yang tumpah jika suhu sistem naik menjadi 100^oC? Diketahui koefisien muai panjang dari gelas = 9x10^-6(^oC)^-1 dan koefisien muai volume dari air raksa = 18x10^-5(^oC)^-1

12

PANAS atau KALOR

Kalor didefinisikan sebagai sesuatu yang dipindahkan diantara sebuah sistem dan lingkungannya sebagai akibat adanya perbedaan temperatur,

13

Satuan kalor adalah Kalori

1 kalori adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air dari 14,5^oC sampai 15,5^oC

Hubungan antara kalori dengan satuan energi mekanik berdasarkan percobaan :

1 kalori = 4,186 Joule

Kapasitas Kalor

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur benda tergantung pada massa dan jenis benda.

14

Perbandingan antara banyaknya kalor ΔQ yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan temperaturnya sebesar ΔT disebut Kapasitas Kalor

Panas atau Kalor

15

• Kalor lebur benda (heat of fusion) ialah kalor yang diperlukan untuk melebur satu satuan massa pada suhu tetap. Kalor ini sama dengan kalor yang dilepas satu satuan massa lelehan sewaktu membeku pada suhu tetap tadi. Kalor lebur air pada 0^oC adalah 80 kal/g atau 335 kJ/kg
• Kalor uap (heat of vaporation) cairan adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan satu satuan massa cairan pada suhu tetap. Untuk air pada 100^oC, kalor uap = 540 kal/g atau 2,26 MJ/kg.
• Kalor sublimasi benda padat adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa padatan menjadi uap pada suhu tetap.

16

Azas Black

• Bila dua sistem yang mempunyai temperatur T₁ dan T₂ (T₁ > T₂) dihubungkan maka akan terjadi perpindahan panas dari sistem yang bertemperatur T₁ ke sistem yang bertemperatur T₂ hingga tercapai kesetimbangan pada temperatur T_a dengan T₂<T_a<T₁.
• Jadi KALOR YANG DILEPAS = KALOR YANG DITERIMA
• Q₁= Q₂
• m₁.c₁.(T₁ – T_a) = m₂.c₂.(T_a – T₂)

17

Contoh Soal

Satu kilogram es yang suhunya -20⁰C dipanaskan hingga menjadi uap air yang suhunya 120^oC. Berapa kalori yang diperlukan untuk pemanasan ini, bila diketahui :

Kalor jenis es = 0,5 kalori/gram^oC

Kalor jenis air = 1 kalori/gram^oC

Kalor jenis uap air = 0,24 kalori/gram^oC

Kalor lebur es = 80 kalori/gram

Kalor uap air = 540 kalori/gram

Titik lebur es = 0^oC

Titik didih air = 100^oC

18

Penyelesaian

19

-20

0

100

120

suhu

kalor

I

II

III

IV

V

es

es

air

air

uap

uap

Q₁

Q₂

Q₃

Q₄

Q₅

Kalorimeter

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter umumnya digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat.

​

20

Macam-macam kalorimeter

1. Kalorimeter bom

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

• Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter makanan.

21

2. Kalorimeter makanan adalah alat untuk

menentukan nilai kalor menentukan nilai kalor zat makanan

karbohidrat karbohidrat, protein karbohidrat, protein, atau lemak.

22

3. Kalorimeter larutan

adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kaloradalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimiaadalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutanadalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan. Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan/diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter.

5. Kalorimeter aluminium

• Beker aluminiumBeker aluminium dan gelas plastikBeker aluminium dan gelas plastik jenis polistirin (busa) dapat digunakan sebagai kalorimeter sederhana dengan termometer sebagai pengaduk. Keuntungan menggunakan gelas plastik sebagai kalorimeter adalah murah harganya dan setelah dipakai dapat dibuang.
• Kalorimeter yang biasa digunakan di laboratoriumKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisikaKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinderKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logamKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembagaKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminiumKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50 mm (garis tengah). Bejana ini dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan di dalam bejana yang lebih besar yang disebut mantel/jaket. Mantel/jaket tersebut berguna untuk mengurangi hilangnya kalor karena konveksiKalorimeter yang biasa digunakan di laboratorium fisika sekolah berbentuk bejana biasanya silinder dan terbuat dari logam misalnya tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50 mm (garis tengah). Bejana ini dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan di dalam bejana yang lebih besar yang disebut mantel/jaket. Mantel/jaket tersebut berguna untuk mengurangi hilangnya kalor karena konveksi dan konduksi.

​

23

Soal-soal

1. a. Berapa kalor diperlukan untuk memanaskan air 250 cm³ dari suhu 20^oC menjadi 35^oC ?

b. Berapa kalor dilepas air kalau air kembali mendingin?

24

jawaban

Karena 250 cm³ air massanya 250 gram, dan karena C_air = 1,0 kal/g.^oC, maka

a) ∆Q = m.c.∆T = (250 g).(1 kal/g.^oC).(15 ^oC) = 3750 kal = 15,7 kJ

b) ∆Q = m.c.∆T = (250 g).(1 kal/g.^oC).(-15 ^oC) = -3750 kal = -15,7 kJ

2. Dalam sebuah botol termos terdapat 250 gram kopi pada suhu 90^oC. Ditambahkan susu sebanyak 20 gram besuhu 5^oC. Berpakah suhu campuran ? Boleh dimisalkan tidak ada kalor yang terserap botol termos.

25

Jawaban :

Air , kopi dan susu mempunyai c yang sama = 1,0 kal/g^oC.

Berdasarkan asas black: kalor yang dilepas = kalor yang diterima

( 250 g)(90-ta) = (20g)(ta-5)

Maka t akhir (ta) = 83,7^oC

​

3. Dalam sebuah botol termos terdapat 150 g air pada 4^oC. Didalam air dicelupkan sepotong logam 90 g bersuhu 100⁰C. Setelah keadaan kesetimbangan tercapai, suhu akhir ternyata 21^oC. Berapakah c logam, bila dimisalkan tidak ada kalor yang hilang terserap botol termos ?

26

jawaban:

​

Asas black:

Q yang dilepas logam = Q yang diserap air

(150 g). C_logam . (100- ta)^oC = (150 g) (1 kal/g^oC). (ta- 4)^oC

Maka C_logam = 0,36 kal/g^oC

4. Tentukan kalor lebur es dari data berikut, diperoleh dalam percobaan dimana es bersuhu 0^oC dicampurkan pada air :

- massa kalorimeter 60 g

- massa kalorimeter + air 460 g

- massa kalorimeter + air + es 618 g

- suhu awal air 38^oC

- suhu akhir campuran 5^oC

- kapasitas kalor spesifik kalorimeter 0,10 kal/g^oC

27

Jawaban : 79,8 kal/g

5. Sebuah kalorimeter berisi 100 gram air pada 0^oC. Sebuah silinder tembaga 1000 gram dan sebuah silinder timah 100 gram yang keduanya bersuhu 100^oC diletakkan di dalam kalorimeter itu. Tentukanlah suhu akhir jika tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya.

c_timah = 0,083 kal/g/^oC

c_tembaga = 0,0923 kal/g^oC

28

29

30

31

SOAL

1. Untuk menentukan kalor lebur es, maka dilakukan percobaan sebagai berikut : sebuah tabung tembaga yang massanya 1 kg diisi dengan 2 kg air yang suhunya 40^oC, kemudian dimasukkan kedalamnya 0,5 kg es 0^oC. Setelah diaduk ternyata suhu akhir menjadi 16,8^oC. Jika diketahui kalor jenis tembaga 0,09 kal/g^oC dan kalor jenis air 1 kal/g^oC. Tentukanlah kalor lebur es tersebut ?

32

33

TEMPERATUR

HUBUNGAN ANTARA SKALA KELVIN, CELCIUS, RANKINE DAN FAHRENHEIT

Skala temperatur mutlak ada dua macam yakni :

Dalam satuan internasional

​

Tabs = 273 + T ⁰C (⁰K)

​

Dalam satuan British

Tabs = 460 + T ⁰F (⁰R)

34

Dimana :

T ⁰F = 9/5(T ⁰C) + 32

T ⁰C = 5/9(T ⁰F - 32)

Hubungan antara skala temperatur kelvin, celcius, rankine dan fahrenheit

Pemuaian

35