Prinsip Kerja Kalorimeter

A.    Pendahuluan

                Pertukaran energi, merupakan dasar untuk teknik yang dikenal sebagai kalorimetri, yang merupakan penggunaan kuantitatif dari pertukaran kalor. Untuk melakukan setiap pengukuran, menggunakan kalorimeter. Salah satu penggunaan kalorimeter yang terpenting adalah penentu kalor spesifik zat. Dalam teknik dikenal sebagai “metode campuran”, contoh zat dipanaskan sampai suhu tinggi, yang diukur secara akurat, dan kemudian dimasukkan secara cepat dalam kalorimetri yang berisi air dingin. Kalor yang hilang oleh zat akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dengan mengukur suhu akhir campuran, dan panas spesifik dapat dihitung.

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar  (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor / panas.

Diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik dan arus listrik pada suatu bahan maka tara panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu semakin kecil. Kita dapat melihat seolah  pengukuran dengan menggunakan arus kecil menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini merupakan suatu anggapan yang salah karena dalam pengukuran pertama perubahan suhu yang digunakan sangatlah kecil berbeda dengan data yang menggunakan arus besar. Tapi jika perubahan suhu itu sama besarnya maka yang berarus kecil  yang mempunyai tara panas listrik yang besar.

A.    Jenis-Jenis Kalorimeter

Beberapa jenis kalorimeter yang sering dipakai antara lain: kalorimeter alumunium, elektrik, gas dan kalorimeter bom. Berikut ini akan di bahas mengenai kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana.

1)   Kalorimeter bom

Kalorimeter bom merupakan kalorimeter yang khusus digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-reaksi pembakaran.Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bom ( tempat berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi ) dan sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom, akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air dan bom.Oleh karena tidak ada kalor yang terbuang ke lingkungan, maka :

Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter bom berlangsung pada volume tetap (DV = nol). Oleh karena itu, perubahan kalor yang terjadi di dalam sistem = perubahan energi dalamnya, sehingga :

1)   Kalorimeter Sederhana

Pengukuran kalor reaksi selain kalor reaksi pembakaran dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pada tekanan tetap yaitu dengan kalorimeter sederhana yang dibuat dari gelas stirofoam.Kalorimeter ini biasanya dipakai untuk mengukur kalor reaksi yang reaksinya berlangsung dalam fase larutan ( misalnya reaksi netralisasi asam – basa / netralisasi, pelarutan dan pengendapan ).Pada kalorimeter ini, kalor reaksi = jumlah kalor yang diserap / dilepaskan larutan sedangkan kalor yang diserap oleh gelas dan lingkungan diabaikan.

Jika harga kapasitas kalor kalorimeter sangat kecil  maka dapat diabaikan sehingga perubahan kalor dapat dianggap hanya berakibat pada kenaikan suhu larutan dalam kalorimeter.

Pada kalorimeter ini, reaksi berlangsung pada tekanan tetap (DP = nol ) sehingga perubahan kalor yang terjadi dalam sistem = perubahan entalpinya.

DH  = qp

Suatu benda yang mempunyai suhu lebih tinggi dari fluida bila dicelupkan kedalam  fluida, maka benda tersebut akan melepaskan kalor yang akan diserap oleh fluida hingga tercapai keadaan seimbang (suhu benda = suhu fluida).

Fenomena diatas sesuai dengan azas black yang menyatakan bahwa ‘jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda sama dengan jumlah kalor yang diserap fluida’.

Jika diukur panas jenis benda padat berupa logam dengan menggunakan kalorimeter. mula-mula benda dapat dipanaskan dalam gelas kimia sehingga diasumsikan bahwa tempratur benda sama dengan tempratur uap . Titik didih air tergantung pada tekanan udara dan kemudian menentukan titik didih air berdasarkan tabel yang ada.

Massa jenis benda padat dapat dihitung menggunakan persamaan :

Dimana :

mb	:	massa benda
Cb	:	panas jenis benda
Tb	:	temperatur benda mula-mula (setelah dipanaskan)
t1	:	temperatur air mula-mula
t2	:	temperatur kalorimeter saat keadaan seimbang
ma	:	massa air
H	:	harga air kalorimeter

            Adapun untuk menentukan massa air mula-mula (Mam) dan massa air setelah dipanaskan  (Map) adalah sebagai berikut :

Mam : (Massa kalorimeter + pengaduk + air) – (massa kalorimeter + pengaduk)

Map  : (Massa gelas beker + air) – (massa gelas beker)

Untuk menentukan harga air kalorimeter (H) dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut

H = mb  . Cb (tb – t2) = ma . Cb (t2 - tb)(t2  –  t1)

Keterangan :

    mb    = massa benda (kg)

    Cb    = panas jenis benda (J/kg.°K)

    tb    = suhu setelah dipanaskan (°K)

    t2    = suhu saat setimbang (°K)

    ma    = masa benda mula-mula (kg)

    t1    = suhu mula-mula (°K)

    H    = Harga air kalorimeter

    c    = 4200 J/kg.k

            Didapatkan bahwa kalor merupakan bentuk energi yaitu energi panas. oleh karena itu pada kalor berlaku hukum setelah energi jika dua buah benda yang suhunya barlainan hukum kekelan energi jika dua buah benda yang suhunya berlainan disentukan atau dicampur, benda yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor dan benda yang bersuhu rendah akan menyerap kalor. banyaknya kalor yang dilepas sama dengan banyaknya kalor yang diserap. pernyataan ini sesuai dengan pernyataan/azas blask yang menyatakan: Q  lepas = Q terima.

            Dimana kalor jenis merupakan perbandingan diantara kapasitas panas dengan massa benda =  c = Q/(M .  ∆t)Dimana c  adalah kalor jenis, Q adalah jumlah kalor, adalah massa benda dan ∆t adalah perubahan suhu perubahan suhu ini dapat dicari dengan t2 – t1. Dimana suhu saat setimbang kurang dengan suhu mula – mula, kalor jenis zat disebut dengan kalorimeter.

            Semakin tinggi suatu benda maka semakin rendah massa benda. kapasitas kalor juga disebut harga air (H) atau di sebut juga harga air kalorimeter. harga air kalorimeter dapat ditentukan dengan persamaan rumus yang di dapat melalui persamaan azas black yaitu :

Q lepas = Q trima

mb  . Cb (tb – t2) = (ma . Ca  + H) (t2 – t1)

ma  . Ca + H        = mb . Cb (tb – t2)(t2  –  t1)

                        H = mb  . Cb (tb – t2)  -  ma . Cb(t2  –  t1)

                        H = mb  . Cb (tb – t2)  -  ma . Cb  (t2  –  t1)(t2  –  t1)