PERCOBAAN I TANGGAP PANAS SUATU ZAT CAIR
I.
TUJUAN
1. 2. 3. 4. II.
Memahami asas-asas mengenai perpindahan panas. Memahami teori hantar panas. Mengamati kecepatan menerima/ melepaskan panas suatu zat cair. Membuat interpretasi terhadap grafik temperatur dengan waktu.
ALAT YANG DIGUNAKAN
1. 2. 3. 4.
Beker gelas 250 cc Stopwatch Kaki tiga dan kassa Aquades dan Oli
5. Termometer 6. Bunsen 7. Statif
III. TEORI RINGKAS
Perpindahan panas dapat terjadi dengan tiga cara yaitu konduksi (hantaran), konveksi (aliran), konveksi (aliran), dan radiasi (pancaran). radiasi (pancaran). Konduksi terjadi antara dua sistem berbeda temperatur yang berhubungan secara langsung. Terjadinya dengan zat antara alir (gas dan cair). Sedangkan radiasi tidak memerlukan zat antara seperti pada konduksi dan konveksi melainkan terpancar dalam bentuk gelombang elektromagnetik seperti cahaya atau gelombang radio. Bila suatu zat cair dipanaskan, kecepatan mendinginnya antara lain ditentukan oleh kekentalan zat cair tersebut. Faktor lain yang mempengaruhi adalah banyak atau sedikitnya serta tinggi rendahnya suhu zat cair tersebut. Salah satu pendinginan zat cair adalah dengan membiarkan terbuka beberapa saat. IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Sebutkan faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi kecepatan mendinginnya suatu zat cair! 2. Jelaskan pengertian Hukum ke Nol Termodinamika! 3. Sebutkan beberapa persamaan yang anda ketahui yang menunjukkan hubungan antara suhu dan waktu. Jelaskan! 4. Tuliskan bunyi hukum I, II, dan ke III Termodinamika!
1
V.
PROSEDUR KERJA
1. Susunlah alat-alat seperti gambar (1-1). 2. Masukkan oli dan aquades pada masing-masing beker gelas dengan volume kedua zat cair tersebut sama, sekitar 50 cc. 3. Catat suhu mula-mula (suhu awal pemanasan). 4. Panaskan zat cair sampai sekitar 85oC. 5. Kemudian dinginkan zat cair dengan mematikan bunsen. 6. Dalam proses pendinginan, ukur suhu zat cair setiap selang waktu tertentu, misalnya 2 menit, selama sekitar 40 menit. 7. Catat data terakhir, 5 menit setelah anda melakukan pengukuran terakhir.
Statif Termometer
Beker gelas Kasa Kaki tiga Bunsen
Gambar (1-1) VI. ANALISA DAN PERTANYAAN
1. Dari data yang anda peroleh, buatlah grafik antara temperatur dan waktu. Interpretasi data tersebut. 2. Pada percobaan ini, faktor-faktor apa saja yang dapat kontrol (sebagai variabel)? Jelaskan. 3. Apakah saran anda agar percobaan ini dapat memberikan hasil yang mendekat kebenaran?
2
PERCOBAAN II TITIK BEKU PARAFIN
I.
TUJUAN
1. Memahami konsep besaran yang berkaitan dengan titik beku parafin. 2. Menjelaskan pengertian titik beku parafin. 3. Menentukan titik beku parafin. 4. Membuat grafik hubungan antara waktu dengan penurunan suhu.
II.
ALAT DAN BAHAN
1. 2. 3. 4. 5.
III.
Alat pengaduk Stopwatch Tabung reaksi Termometer Spritus
6. 7. 8. 9.
Parafin Bunsen Statif Kertas grafik
TEORI RINGKAS
Suatu materi dapat berwujud sebagai zat padat, zat cair atau gas, misalnya H2O dalam fase padat berwujud sebagai es, dalam fase cair berwujud sebagai air dan dalam fase gas berwujud sebagai uap. Asalkan tidak terurai pada suhu yang tinggi, maka semua zat-zat dapat berwujud sebagai salah satu dari ketiga fase tersebut dengan syarat, suhu dan tekanannya cocok. Jika terjad pergantian dari fase yang stu ke fase yang lain, maka terjadi penyerapan atau pembebasan panas dan biasanya juga terjadi perubahan dari satu wujud ke wujud yang lain yang terjadi pada suatu yang tertentu. Tinggi suhu dimana suatu zat cair mulai membeku disebut titik beku. Tinggi suhu ini akan tetap sampai zat cair tersebut membeku seluruhnya.
IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa yang dimaksud dengan titik beku, titik lebur dan titik didih. 2. Jelaskan pengertian : a. Panas peleburan (kalor lebur) b. Panas pembekuan c. Panas peralihan
3
V.
PROSEDUR KERJA
1. Tumbuklah parafin kemudian masukkan ke dalam tabung sampai ½ batang. 2. Pasanglah tabung tersebut pada statif kemudian panaskan sampai seluruhnya mencair. 3. Masukkan termometer ke dalam tabung dan teruskan pemanasan sampai 4. 5. 6. 7. 8.
suhunya mencapai 80oC. Biarkan parafin tersebut mendingin sampai 30 oC dan amati penunjukkan termometer setiap 1 menit. Amati dan catat pada suhu berapa parafin mulai membeku. Buatlah grafik hubungan waktu dan suhu. Berdasarkan grafik, tentukanlah/ tunjukanlah dimana titik beku parafin. Bagaimana pendapat anda, apakah spritus yang dipakai pada pembakaran bunsen dapat dihitung? Kalay dapat, hitunglah berapa liter yang dipakai selama percobaan anda!
4
PERCOBAAN III KALOR JENIS BENDA PADAT
I.
TUJUAN
1. 2. 3. 4. 5. II.
Memahami asas-asas mengenai perpindahan kalor. Memahami teori hantar kalor. Menjelaskan pengertian kalor jenis. Menjabarkan rumus untuk menentukan kalor jenis benda padat. Menentukan kalor jenis benda padat.
ALAT dan BAHAN
1. Kalorimeter 2. Neraca digital 3. Bejana didih
4. Termometer batang 5. Kompor listrik 6. Benda yang diukur
III. TEORI RINGKAS
Kalor jenis suatu zat adalah bilangan yang menunjukkan berapa kalori yang diperlukan untuk memanaskan satu satuan massa dari zat dengan kenaikan temperatur sebesar 1 derajat celcius. Untuk memanaskan m gram massa dengan kenaikan temperatur sebesar t , diperlukan sebesar : Q = mc t
(3-1)
dengan c = kalor jenis Kalor jenis suatu zat ternyata tidak tetap, bergantung pada temperatur. Kalor jenis biasanya disebutkan untuk interval temperatur tertentu. Kalor jenis dalam hal ini adalah kalor jenis rata-rata untuk interval temperatur tersebut. Kalor jenis dapat ditentukan dengan kalorimeter. Jika tak ada pertukaran kalor antara kalorimeter dengan sekelilingnya, maka berlakulah : m bc b (t b - t2) = (ma + mk ck + m pc p) (t2 – t1)
(3-2)
dengan m b = massa benda padat c b = kalor jenis benda padat t b = temperatur benda padat mula-mula 5
t2 ma mk ck m p c p t1
= = = = = = =
temperatur kamar akhir massa air massa kalorimeter kalor jenis kalorimeter massa pengaduk kalor jenis pengaduk temperatur kalorimeter mula-mula
Pertukaran kalor dengan sekelilingnya dapat dikurangi dengan kalorimeter yang disempurnakan perlakuannya dan percobaan yang dilakukan dengan temperatur mula-mula yang lebih rendah dari temperatur kamar dengan selisih antara temperatur mula-mula dengan temperatur kamar sama dengan selisih antara temperatur akhir dengan temperatur kamar. Dalam percobaan di atas tidak ada temperatur yang menyatakan kalor yang diperlukan untuk penguapan air. Berarti bahwa dalam percobaan ini penguapan air dapat diabaikan. IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Buktikan persamaan (3-2) di atas. 2. Jelaskan perbedaan antara kalor dengan harga air. 3. Buatlah rancangan untuk menentukan kalor jenis benda padat yang jenis bahannya sama dengan kalorimeter yang digunakan. V.
PROSEDUR KERJA
1. Nyalakan pemanas dan panaskan air secukupnya dengan bejana didih. 2. Timbanglah kalorimeter kosong, pengaduk dan benda dari logam. 3. Isilah kalorimeter dengan air sedemikian tinggi sehingga benda logam dapat terbenam dan timbanglah kembali. 4. Masukkan benda logam ke dalam bejana didih. 5. Dinginkan kalorimeter berisi air tadi sehingga temperaturnya berada di bawah temperatur kamar. Bersihkanlah dinding luar dari kalorimeter agar tak ada embun yang melekat. 6. Masukkanlah kalorimeter tadi pada tempatnya dan catatlah temperatur mula-mula. 7. Catatlah tekanan yang terbaca pada barometer dan temperatur kamar. 8. Catat pula temperatur benda logam kemudian angkatlah benda logam dari bejana didih dan dengan cepat masukkanlah ke dalam kalorimeter. 9. Aduklah dan amati temperatur maksimum (temperatur akhir) dan catatla h. 10. Ulangi percobaan beberapa kali dengan jumlah air yang berbeda. 6
PERCOBAAN IV KALOR UAP AIR
I.
TUJUAN
1. 2. 3. 4. 5. II.
Memahami konsep kalor uap. Memahami asas-asas perpindahan kalor. Menjelaskan pengertian kalor uap. Menentukan benda yang melepaskan kalor dan menerima kalor. Menentukan kalor uap dari air.
ALAT dan BAHAN
1. 2. 3. 4.
Statif Neraca digital Bejana didih Penjepit
5. Termometer batang 6. Kompor listrik 7. Stopwach
III. TEORI RINGKAS
Kalor penguapan suatu zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh tiap satu satuan massa zat cair ketika berubah menjadi uap pada titik didihnya. Pengukuran kalor penguapan ini menggunakan alat pemanas yang dapat memberikan jumlah yang tetap, misalnya alat pemanas listrik. Air yang diketahui massanya dibiarkan menguap pada titik didihnya dalam batas waktu yang ditentukan. Dengan mengukur berapa massa air yang telah enjadi uap dalam batas waktu tersebut maka dapat dihitung berapa besar panas penguapan. Jika banyaknya kalor yang diberikan oleh lat pemanas adalah x kalor/detik, lamanya adalah t detik dan lebih banyak air yang telah menjadi uap dalam waktu tersebut adalah m, maka kalor penguapan adalah sebagai berikut : L=
tx m
(4-1)
IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa sebabnya selama penguapan terjadi, temperatur air tidak naik ? 2. Apa yang dimaksud dengan kalor uap dan kalor embun ? 3. Disainlah suatu cara lain untuk menentukan kalor uap suatu zat cair.
7
V.
PROSEDUR KERJA
1. Pasanglah alat-alat seperti pada gambar (4-1). 2. Isilah air ke dalam bejana didih yang volumenya tertentu, misalnya m 1, ukur massanya. 3. Panaskan air tersebut dengan alat pemanas. 4. Amati kenaikan temperatur setiap 5 menit mulai saat suhunya kira-kira 40oC. 5. Panaskan air sampai mendidih dan biarkan air tersebut mendidih selama waktu tertentu. 6. Sesudah waktu tersebut, matikan alat pemanas, kemudian timbanglah sisa air (m2).
Keterangan : S = Statif T = Termometer B = Beker P = Pemanas
Gambar (4-1)
VI.
ANALISA DAN PERTANYAAN
1. Hitunglah harga rata-rata kenaikan temperatur dalam setiap menit. 2. Hitunglah banyaknya kalor yang diberikan oleh alat pemanas dalam 1 detik. 3. Hitung kalor uap air tersebut. 4. Bila ada perbedaan antara hasil percobaan ini dengan kalor uap yang ada pada daftar, terangkanlah apa yang menyebabkan adanya perbedaan tersebut.
8
PERCOBAAN V TARA KALOR MEKANIK
I.
TUJUAN
1. Memahami prinsip kesetaraan kalor dengan energi. 2. Memahami asas-asas perpindahan kalor. 3. Mengamati hubungan antara besarnya hambatan dengan banyaknya kalor yang ditimbulkan. 4. Menganti hubungan antara besarnya kuat arus dengan banyaknya kalor yang ditimbulkan. 5. Mengamati hubungan antara lamanya arus mengalir dengan banyaknya kalor yang ditimbulkan. 6. Menentukan angka kesetaraan joule dengan kalori. II.
ALAT dan BAHAN
1. 2. 3. 4. 5.
Kalorimeter Amperemeter AC/DC Rheostat Stopwatch Neraca Digital
6. 7. 8. 9.
Termometer batang Voltmeter AC/DC Power Supply Air
III. TEORI RINGKAS
Dua bentuk tenaga diantara tenaga-tenaga yang dibicarakan disini adalah tenaga listrik dan tenaga kalor. Tenaga dari bentuk yang satu dapat diubah ke bentuk yang lain. Misalkan pada peristiwa gsekean, tenaga mekanik berubah menjadi tenaga panas, di dalam mesin uap, tenaga panas berubah menjadi tenaga mekanik. Bilangan yang menyatakan besarnya tenaga listrik yang setara dengan 1 satuan tenaga panas/kalor dinamakan angka kesetaraan kalor listrik. Kesetaraan kalor mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil tenaga mekanik dari beban yang jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter sehingga air menjadi panas. Cara lain adalah dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga panas dalam suatu kawat tahan yang tercelup dalam air yang berada di dalam kalorimeter. Tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya. W = V i t (Joule) dengan :
V
(5-1)
= beda potensial antara ujung-ujung kawat 9
Catat kuat arus dan beda potensial pada ujung-ujung kumparan pemanas
Gambar (5-1) 1. Sambil mengaduk air dalam kalorimeter, biarkan arus mengalir terus
sampai suhu/temperatur naik kira-kira 10oC di atas te mperatur mula-mula. 2. Putuskan saklar dan hentikan stopwatch dan catatlah temperatur tertinggi yang dicapai kalorimeter beserta isinya. 3. Catat lamanya aru mengalir. IV. ANALISA DAN PERTANYAAN
1. Buatlah tabel berdasarkan data yang anda peroleh. 2. Tentukan angka kesetaraan joule dengan kalori 3. Sebutkan kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi dan bagaimana cara mengatasinya.
10
PERCOBAAN VI PENDINGINAN NEWTON
I.
TUJUAN
1. Memahami hubungan antara teori dan praktek tentang penggunaan hukum pendinginan Newton. 2. Memahami asas-asas fisika tentang perubahan temperatur. 3. Menggambarkan kurva pendinginan antara temperatur dan waktu. 4. Menentukan panas jenis zat cair. 5. Menghitung dengan teori ralat tentang presentasi kesalahan pengamatan. II.
ALAT dan BAHAN
1. Termometer 2. Tabung reaksi 3. Gelas ukur
4. Neraca digital 5. Bunsen 6. Statif
III. TEORI RINGKAS
Bila suatu zat cair yang temperaturnya di atas suhu kamar didinginkan dan penurunan temperaturnya diamati pada tiap selang waktu tertentu maka akan diperoleh suatu kurva yang menggambarkan hubungan antara suhu dan waktu. Dianggap bahwa penurunan temperatur zat cair sebanding dengan kuantitas panas yang diradiasikan, dengan kata lain kuantitas panas yang diradiasikan zat cair per satuan waktu sebanding dengan perbedaan temperatur sekelilingnya (hukum perbandingan Newton). Dengan membandingkan 2 buah kurva pendingin seperti yang terdapat pada gambar (VI-1), maka panas jenis zat cair dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : M 1T 2 m (T 1 T 2 ) (6-1) S M 2T 1
dengan : S M1 M2 T1
= panas jenis zat cair = kuat arus (dalam ampere) = massa zat cair yang mempunyai volume yang sama dengan volume air = waktu pendinginan yang dibutuhkan air (dari T 1 ke T2 o C)
11
m
= Nilai air tabung reaksi (massa tabung reaksi dikali panas jenisnya).
IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Buktikan persamaan (6-1) 2. Tuliskan definisi dari kapasitas panas serta satuannya dalam sistem SI 3. Mengapa termometer yang dipasang pada percobaan ini tidak boleh menyentuh dasar dari pinggiran tabung reaksi?
V.
PROSEDUR KERJA
1. Panas air dengan volume tertentu kemudian masukkan ke dalam tabung reaksi. 2. Panas termometer (digantung pada lengan statif) dalam tabung reaksi dan usahakan agar termometer tersebut tidak menyentuh dasar dan pinggiran tabung tersebut. 3. Amati dan catat penurunan temperatur untuk setiap selang waktu 30 detik atau sesuai anjuran asisten. 4. Ulangi langkah 1-3 dengan zat cair lain yang volumenya sama dengan volume air. 5. Ukur massa air, massa zat dan massa tabung reaksi yang anda gunakan. VI. ANALISA DAN PERTANYAAN
1. Gambarkan kurva pendingin masing-masing untuk air zat cair lainnya pada satu kertas grafik.
12
2. Bandingkan kurva yang Anda peroleh dengan sebenarnya (dalam literatur), apa perbedaannya? 3. Hitung panas jenis zat cair, bandingkan hasilnya dengan ada dalam li te
13
PERCOBAAN VII PENENTUAN KELEMBABAN UDARA
I.
TUJUAN
1. Memahami ukuran kelengasan udara 2. Memahami tentang kelembaban udara 3. Menentukan kelembaban nisbi udara II.
ALAT dan BAHAN
1. Termometer (2 buah) 2. Statif 3. Stopwatch
4. Kain tipis
III. TEORI RINGKAS
Udara lengas adalah campuran udara kering dan uap air, uap air sangat penting karena sumber dari semua kondensasi dan curahan, dapat menyerap baik radiasi matahari maupun radiasi bumi (oleh karena itu sangat berpengaruh terhadap suhu udara), uap air mengandng bahan laten dan energi ini dapat dilepas jika uap air mengkondensasi. Bahan laten yang dikandung oleh uap air merupakan sumber energi yang penting untuk sirkulasi atmosfer dan berbagai gangguan atmosfir. Banyaknya uap air di atmosfir merupakan faktor penting yang mempengaruhi besarnya laju penguapan dan evapotranspirasi serta dapat berubah bentuk menjadi uap atau padat pada kisaran suhu atmosfir normal. Banyaknya kengas atau uap air di udara lengas dapat dinyatakan dengan beberapa cara atau beberapa besaran : a. Kelembaban mutlak adalah ukuran banyaknya uap air (dalam gram) di dalam 1 m3 udara lengas, dinyatakan dengan gram/m 3. b. Perbandingan campuran x adalah perbandingan antara banyaknya uap air (dalam gram) dan banyknya udara kering (dalam kg) yang terdapat dalam udara lengas tersebut, dinyatakan dengan g/kg. c. Kelembaban spesifik q adalah banyaknya uap air (dalam gram) uang terdapat dalam kg udara lengas, dinyatakan dala mg/kg. d. Kelembaban nisbi adalah perbandingan dalam persen antara uap air dan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama.
14
Psikrometer :
Alat ini terdiri dari dua termometer yang identik dan letaknya saling berdekatan (gambar 7-1). Termometer yang satu tidak diapa-apakan sedang termometer lainnya, bolanya dibalut dengan kain tipis yang selalu dibuat basah dengan mencelupkan ujung kain tersebut di dalam air yang berada dalam tandon yang berisi cairan. Oleh karena itu termometer terakhir yang disebut termometer bola basah menunjukkan suhu T w yang lebih rendah dari suhu T yang ditunjukkan oleh termometer pertama. T disebut suhu bola kering dan T w disebut suhu bola basah. Beda atara kedua suhu ini ( T – T w), disebut sebagai depresi bola basah dan diberi lambang DT w. Dengan mengetahui nilai T , T w, dan DT w hasil pengamatan maka dapatlah dicari besarnya kelembaban nisbi udara dari suatu tabel yang disebut tabel psikrometer. Tabel psikrometer disusun berdasarkan rumus psikrometer semiempirik berikut ini : e
ew A p (T T w )
(7-2)
dimana ew adalah tekanan uap air jenuh pada suhu T w yang dapat ditentukan pada tabel ang memuat tekanan uap jenuh pada berbagai suhu (Lihat lampiran B dan C). Pada umumnya, A clari persamaan (7-2) tergantung dari desain psikrometrik, laju ventilasi aliran (aliran udara di sekitar terrnometer), suhu dan kelembaban tetapi ketergantungannya pada suhu dan kelembaban tidak terlalu besar sehingga dapat dianggap tidak penting. Yang panting ialah ketergantungan A pada laju ventilasi, terutama pada laju ventilasi yang rendah, yaitu dibawah 3 m/dtk. Untuk mendapatkan harga A tertentu, maka laju ventilasi harus tertentu pula. Pada ketinggian stasiun di bawah 1000 meter, pengaruh perbedaan p dalam persamaan psikrometer, dapat diabaikan. Jadi dengan menggunakan rumus psikrometer tersebut di atas, dapatlah dihitung tekanan uap air jenuh e pad a kon di si pe ng amat an da ri ) . Disamping itu dapat pula hasil pengamatan T w dan (T – T w ditentukan tekanan uap januh e w pada suhu pengamatan atau suhu bola kering dari tabel atau grafik yang menghubungkan tekanan uap jenuh pada berbagai suhu. Pada Lampiran C, dari kedua besaran yang didapatkan ini, e dan e w . pada suhu pengamatan atau suhu bola kering dari tabel atau grafik yang menghubungkan tekanan uap jenuh pada berbagai suhu, dapat dihitung kelembaban nisbi dengan menggunakan persamaan (7-1). 15
IV. TUGAS PENDAHULUAN
1. Untuk mengukur tekanan udara, biasanya digunakan satuan mb (milibar). Tentukanlah: 1 mb (milibar) dalam satuan Bar, Pascal, N/m 2, dyne/cm2. 2. Bagaimana ketergantungan V.
PROSEDUR KERJA
1. Susunlah peralatan seperti pada Gambar (7-1) 2. Masukkan cairan ke dalam tandon cairan. 3. Hubungkan antara bola termometer kedua dengan kain tipis yang tercelup ke dalam tandon cairan dan tandai sebagai T w. 4. Putar alat psikrometer selama 1 menit. 5. Catatlah pengukuran suhu dari masing-masing termometer, sebagai suhu T (termometer bola kering) untuk termometer yang tidak diganggu, dan T w (Termometer bola basah) pada termometer yang dihubungkan dengan tandon air. 6. Catatlah selisih antara suhu T dan T w. sebagai DT w (depresi bola basah). 7. Tentukanlah besarnya kelembaban nisbi dari Tabel A. 8. Lakukan pengamatan setelah 20 menit dan ulangi hingga 3 kali. 9. Dengan cara yang sama, lakukan pula di luar ruangan. VI.
ANALISA DAN PERTANYAAN
Buatlah kesimpulan
16
