LAPORAN RESMI PRAKTIKUM AKHIR FISIKA DASAR 2
PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS
LISTRIK (L1)
NAMA:
VENNY REVIANTY 1112100004
ELIS NURAINI 1112100022
MEGA PUTRI K 1112100035
LINA PURNAWATI 1112100041
TRI OKTAFIANA 1112100068
ACHMAD MAULANA 1112100103
WARTO 1112108750
ASISTEN:
SIGIT ADI KRISTANTO 1108100042
ABSTRAK
Telah dilakukan percobaan
berjudul “Panas yang Ditimbulkan Oleh Arus Listrik” dimana percobaan ini
bertujuan untuk menentukan panas yang ditumbulkan oleh
arus listrik, membuktikan Hukum Joule, serta untuk menentukan harga 1 Joule.
Berat air yang hendak dimasukkan ke dalam kalorimeter harus lebih dari 150 gram
hingga menyentuh kawat spiral. Suhu pada termometer diturunkan terlebih dahulu
dengan memasukkan es batu. Ketika listrik mengalir, setiap kenaikan suhu
sebanyak satu derajat waktu dapat dicatat. Panas yang timbul (H) kemudian
dibandingkan dengan jumlah dari persamaan Q1 dan Q2. Sehingga dapat
ditentukan harga satu joule sama dengan 0.321336 kalori. Sama seperti percobaan dengan menggunakan rangkaian B,
pada rangkaian A Q1 dan Q2 didapatkan dengan cara yang sama. Dari nilai H
rata-rata yang dihasilkan tidak dapat membuktikan bahwa harga 1 Joule adalah
0,24 kalori.
Kata Kunci
: Arus Listrik, Hukum Joule, Kalorimeter, Panas.
BAB I
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Tanpa disadari
konsep mengenai kalor sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya
saja ketika kita mencampurkan air yang terlalu panas dengan air yang lebih
dingin, maka akan terjadi perubahan suhu sampai suhu keduanya sama besar
(setimbang). Dari pencampuran kedua air tersebut, secara intuitif dapat
dikatakan bahwa ada sejenis fluida yang hilang dari air panas yang pindah ke
air yang lebih dingin. Fluida yang dimaksud dalam fisika dinamakan kalor. Pada
awalnya kalor dianggap sebagai suatu zat fluida yang berpindah dari benda
bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Konsep tersebut
dinamakan konsep “caloric”. Akan tetapi, konsep tersebut tidak bisa lagi
dipertahankan meskipun istilah kalor sendiri masih tetap dipergunakan sampai
saat ini. Kalor tidak lain adalah energi yang berpindah dari zat yang memiliki
temperature yang lebih tinggi ke zat lain yang memiliki temperature yang lebih
rendah, bukan berbentuk zat yang berpindah seperti yang semula diduga dalam
konsep “caloric”. Jadi dapat disimpulkan bahwa kalor merupakan suatu bentuk
energi yang berrpindah dari suatu zat ke zat lain akibat perbedaan temperature
(Mohamad Ishaq, 2007, 236).
Sejak awal, Helmzoultz menyatakan bahwa semua bentuk energi pada dasarnya adalah ekivalen (setara) serta hubungan antara energi mekanik dengan energi kalor dicetuskan oleh Joule yang menyatakan bahwa sejumlah kerja mekanik dilakukan untuk menghasilkan kalor, maka energi kalor tersebut dapat diubah kembali menjadi kerja mekanik (gerak). Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dan lain sebagainya. Melalui percobaan ini, kalor didapatkan melalui energi listrik yang yang berubah menjadi energi kalor dan kemudian dibandingkan hingga dapat dibuktikan Huku Joule = 0,24 kalori.
Sejak awal, Helmzoultz menyatakan bahwa semua bentuk energi pada dasarnya adalah ekivalen (setara) serta hubungan antara energi mekanik dengan energi kalor dicetuskan oleh Joule yang menyatakan bahwa sejumlah kerja mekanik dilakukan untuk menghasilkan kalor, maka energi kalor tersebut dapat diubah kembali menjadi kerja mekanik (gerak). Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dan lain sebagainya. Melalui percobaan ini, kalor didapatkan melalui energi listrik yang yang berubah menjadi energi kalor dan kemudian dibandingkan hingga dapat dibuktikan Huku Joule = 0,24 kalori.
1.2.Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam percobaan
kali ini adalah :
1.
Bagaimana cara menentukan panas
yang ditimbulkan oleh arus listrik.
2.
Bagaimana cara membuktikan Hukum
Joule.
3.
Menentukan harga 1 Joule.
1.3.Tujuan
Tujuan dari
percobaan ini adalah :
1.
Untuk menentukan panas yang
ditumbulkan oleh arus listrik.
2.
Untuk membuktikan Hukum Joule.
3.
Untuk menentukan harga 1 Joule.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Hukum Termodinamika
Termodinamika
adalah proses dimana energi ditransfer sebagai kalor dan sebagai kerja. Di
dalam Termodinamika, terdapat beberapa Hukum yang berlaku, yaitu Hukum
Termodinamika ke Nol, Hukum Termodinamika Pertama, Hukum Termodinamika Kedua,
dan Hukum Termodinamika Ketiga. Energi dalam sistem akan naik jika kerja
dilakukan pada semua molekul atau jika kalor ditambahkan pada sistem tersebut.
Dengan cara yang sama, energi dalam akan menurun jika kaor keluar dari sistem
atau jika kerja dilakukan oleh sistem pada yang lainnya. Berarti, kekekalan
energi berperan penting dalam
mengungkapkan sebuah hukum yang penting dimana perubahan energi dalam
pada sistem yang tertutup, ∆U, akan sama dengan kalor yang ditambahkan ke
sistem dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem. Bentuk persamaannya adalah
sebagai berikut :
∆U = Q – W………………………………………(2.1)
Dimana Q adalah kalor total yang
ditambahkan ke sistem dan W adalah kerja total yang dilakukan oleh sistem.
Karena W pada Persamaan (2.1) adalah kerja yang dilakukan oleh sistem, maka
jika kerja dilakukan pada sistem, W akan negatif dan U akan bertambah. Dengan
cara yang sama, Q positif apabila kalor di tambahkan ke sistem, sehingga
apabila kalor meninggalkan sistem, maka Q akan negatif (Haliday,1978,741).
2.2.1 Hukum
Pertama Termodinamika
Bila sebuah benda dari suatu titik
permulaan i ke suatu titik f didalam sebuah medan gravitasi tanpa
ada gesekan, maka kerja yang dilakukan hanya bergantung pada kedudukan kedua
titik tersebut dan sama sekali tidak bergantung pada jalan yang dilalui ketika
benda digerakkan. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa ada sebuah fungsi
dari kordinat ruang benda yang nilai akhirnya dikurangi dengan nilai
permulaannya adalah sama dengan kerja yang dilakukan didalam memindahkan benda
tersebut. Dalam termodinamika didapatkan bahwa bila keadaan sebuah sistem
berubah dari keadaan i ke keadaan f , maka kuantitas Q – W hanya
bergantung pada kordinat-kordinat mula-mula dan akhir dan tidak bergantung sama
sekali pada jalan yang diambil diantara titik-titik ujung. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa ada sebuah fungsi dari kordinat-kordinat termodinamika yang
nilai akhirnya dikurangi nilai permulaannya menyamai perubahan Q – W di dalam
proses tersebut.
Q adalah kalor total yang ditambahkan
kepada sistem melalui perpindahan kalor dan W adalah tenaga yang diserahkan
oleh sistem didalam melakukan kerja, sehingga menurut definisi, Q-W menyatakan
perubahan energi dari sistem tersebut. Apabila fungsi perubahan energi diganti
dengan huruf U. maka perubahan energi dari sistem didalam keadaan f, yakni Uf, dikurangi perubahan energi dari sistem didalam
keadaan i, yakni Ui , adalah tak lain dari
perubahan energi dari sistem, dan kuantitas ini mempunyai suatu nilai tertentu
yang tak begantung dari bagaimana sistem tersebut pergi dari keadaan i ke keadaan f .
Uf
- Ui = ∆U dan ∆U
= Q-W………………………………….(2.2)
Seperti halnya untuk tenaga
potensial, demikian juga untuk perubahan energi maka perubahannyalah yang
peting. Jika suatu nilai sembarang dipilih untuk perubahan energi didalam suatu
keadaan referensi standart, maka nilainya didalam setiap keadaan lain dapat
diberikan sebuah nilai tertentu. Persamaan (2.2) dikenal sebagai hukum pertama termodinamika. Di dalam
pemakaian persamaan (2.2) harus diingat bahwa Q dianggap positif bila kalor
memasuki sistem dan W adalah positif bila kerja dilakukan oleh sistem. Jika
hanya mengalami suatu perubahan keadaan yang sangat kecil maka persamaan (2.2)
dapat dituliskan dalam bentuk diferensial seperti
dU = dQ – dW………………………………………..(2.3)
Hukum pertama dinyatakan dalam kata-kata sebagai berikut : “terdapat sebuah kuantitas termodinamika yang
berguna yang dinamakan “perubahan energi””(Haliday,1978,742).
2.2 Suhu dan Kesetimbangan Termal
Untuk mengukur
suhu sebuah benda, bisa dilakukan dengan cara menyentuhkan termometer dengan
benda tersebut. Contohnya apabila hendak mengetahui suhu yang ada pada
secangkir kopi panas maka termometer dimasukkan ke dalam kopi. Saat keduanya
berinteraksi, termometer akan menjadi lebih panas dan kopi sedikit menjadi
lebih dingin. Setelah termometer mencapai nilai tunaknya, maka suhu dapat
dihitung. Sistem telah mencapai kondisi kesetimbangan, di mana interaksi antara
termometer dan kopi tidak menyebabkan perubahan lebih jauh pada sistem. Keadaan
seperti ini dinamakan kesetimbangan termal (thermal
equilibrium). Apabila dua sistem terpisah oleh bahan isolasi atau isolator
(insulator), seperti kayu, gabus
pastik, atau serat gelas, maka keduanya saling mempengaruhi dengan lebih
lambat. Kotak pendingin piknik yang dibuat dengan bahan isolator bertujuan
untuk menunda penghangatan terhadap es dan makanan dingin didalamnya serta
tercapainya kesetimbangan termal dengan udara panas di luar. Isolator ideal
adalah bahan yang tidak memungkinkan terjadinya interaksi sama sekali antara
kedua sistem. Fungsinya adalah untuk mencegah kedua sistem mencapai
kesetimbangan termal, jika pada awalnya kesetimbangan termal belum tercapai.
Namun, sesungguhnya tidak ada isolator yang ideal. Isolator yang nyata,
misalnya kotak pendingin piknik tidaklah ideal, sehingga isi kotak pendingin akan
menjadi hangat secara perlahan-lahan (Hugh D. young,
2001, 375).
2.3 Perpindahan Panas
Andaikan sistem A yang suhunya lebih
tinggi dari suhu sistem B, dihubungkan dengan sistem B. Apabila telah tercapai
kesetimbangan termal, ternyata suhu A menurun dan suhu B naik. Karena itu
banyak yang beranggapan bahwa A kehilangan sesuatu yang diperkirakan mengalir
ke B. Perihal perubahan suhu yang terjadi biasanya dikatakan bahwa dalam
peristiwa tersebut terjadi aliran panas atau perpindahan panas dari A ke B. Dahulu
proses perpindahan panas itu diduga adalah aliran suatu zat alir tidak berbobot
dan tidak dapat dilihat yang disebut sebagai kalorik, yang timbul apabila suatu
zat dibakar dan bergerak dari daerah yang banyak kaloriknya (suhu tinggi) ke
daerah yang kurang kaloriknya (suhu rendah). Semakin berkembangnya zaman, teori
kalori ini sudah tertinggal. Berkat ketrampilan Count Rumford (1753-1814),
seorang sarjana kelahiran Woburn, Massachusetts, dan Sir James Prescolt Joule
(1818-1889) dalam melakukan percobaan serta keahlian mereka dalam bidang
fisika, muncullah lambat laun gagasan bahwa aliran panas tidak lain adalah
suatu perpindahan energi. Apabila perpindahan energi semata-mata terjadi karena
perbedaan suhu, peristiwa demikian disebut pengaliran panas (Hugh
D. young, 2001, 375).
2.4 Arus
Listrik
Elektron-elektron
bebas di dalam sebuah penghantar logam yang terisolasi, seperti pada suatu
kawat tembaga, bergerak secara sembarang (random motion) seperti pada
molekul-molekul gas yang di batasi di dalam sebuah tabung (wadah).
Elektron-elektron bebas tersebut tidak mempunyai gerakan terarah sepanjang
kawat. Jika kita menempatkan sebuah bidang anggapan (bidang khayal tidak
sebenarnya) melalui kawat tersebut, maka banyaknya elektron yang melalui bidang
tersebut per satuan waktu dari kanan ke kiri sama seperti banyaknya elektron
yang melalui bidang tersebut per satuan waktu dari kiri ke kanan; jumlah
resultan dari elektron yang lewat melalui bidang tersebut adalah nol. Karena
banyaknya elektron berhingga, maka terdapat fluktuasi-fluktuasi statistik yang
kecil di dalam banyaknya elektron yang lewat persatuan waktu dan sebuah
penghantar akan mengandung suatu arus kecil yang berfluktuasi secara cepat,
walaupun, jika di rata-ratakan pada perioda waktu yang cukup panjang, maka
arus “i” adalah nol.
Jika
ujung-ujung kawat tersebut dihubungkan ke sebuah baterai maka sebuah medan
listrik akan ditimbulkan pada setiap titik di dalam kawat tersebut. medan “E”
ini akan bertindak pada elektron-elektron dan akan memberikan suatu gerak
resultan pada elektron-elektron tersebut di dalam arah “E”. Dikatakan bahwa
sebuah arus listrik “i” dihasilkan; jika sebuah muatan “q” lewat melalui suatu penampang penghantar selama
waktu “t”, maka arus (yang dianggap konstan) adalah
i=q/t
………………………………….(2.13 )
satuan
SI yang sesuai adalah ampere (A) untuk “i”, coulomb untuk muatan “q”, dan detik
untuk “t”. Jika banyaknya muatan yang mengalir per satuan waktu tidak konstan,
maka arus akan berubah dengan waktu dan diberikan oleh limit diferensial, atau
i=dq/dt..................................................(2.14)
arus
i adalah sama untuk semua penampang penghantar yang sama, walaupun luas
penampangnya mungkin berbeda pada titik yang berbeda. Jika diumpamakan dengan cara
yang sama banyaknya air (yang dianggap tidak termampatkan) yang mengalir per
satuan waktu melewati setiap penampang pipa adalah sama walaupun jika penampang
tersebut berubah. Air mengalir lebih cepat di tempat dimana pipa adalah lebih
kecil dan mengalir lebih lambat di tempat dimana pipa lebih besar. Sehingga
banyaknya volume per satuan waktu adalah yang di ukur bisa jadi dalam
liter/detik, tetap tidak berubah. Tetapnya arus listrik ini diperoleh karena
muatan harus kekal; muatan tersebut tidak menumpuk terus menerus atau mengalir
terus menerus dari suatu titik di dalam penghantar tersebut.
Walaupun pengangkut
muatan-muatan adalah elektron-elektron,
di dalam elektrolit atau di dalam penghantar yang berbentuk gas
pengangkut muatan-muatan tersebut dapat juga merupakan ion positif atau
negatif. Diperlukan sebuah perjanjian atau (konvensi) untuk menandai arah-arah
arus karena muatan-muatan yang tandanya berlawanan bergerak di dalam arah yang
berlawanan. Maka, untuk sederhananya dan untuk konsistensi aljabarnya, maka
dianggap bahwa “semua pengangkut muatan adalah positif dan digambarkan
panah-panah arus di dalam arah panah yang menunjukan arah pergerakan pengangkut
muatan tersebut”. jika pengangkut muatan adalah negatif, maka pengangkut muatan
tersebut akan bergerak saja di dalam arah yang berlawanan dengan arah panah
arus. (Resnick Halliday, 1978, 376).
2.5 Hukum
Joule
Arus listrik adalah aliran partikel-partikel
listrik bermuatan positif didalam suatu pengantar atau arus listrik adalah
gerakan atau aliran muatan listrik. Pergerakan muatan ini terjadi pada bahan
yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam, gas, atau larutan,
sedangkan pembawa muatan sendiri tergantung pada jenis konduktor yaitu pada :
Logam, pembawa muatannya adalah electron-elektron, kemudian pada gas sebagai
pembawa muatannya adalah ion positif dan electron, yang terakhir adalah pada
larutan dimanalarutan berperan sebagai pembawa muatannya adalah ion positif dan
ion negatif.
Untuk mengukur suatu benda secara tepat haruslah
mempergunakan suatu alat yang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena
terjadi suatu perubahan yangdapat diukur dengan berubahnya temparatur benda
tersebut. Alat untuk mengukur temperature disebut thermometer, yang bekerja
atas perubahan fisis yang bersamaan dengan perubahan temperatur, yaitu
perubahan volume zat air,perybahan tahanan listrik dari suatu kawat penghantar,
perubahan warna filament lampu pijar. Perubahan-perubahan ini semua bersamaan
dan berbanding dengan temperatur yang dapat diukur. Satu kalori didefenisikan
sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga
suhunya naik satu derajat celcius.Satu kalori didefenisikan sebagai
banyaknya kalor yang diperlukan untuk
memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius.
1 kalori = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kalori…………………………(2.16)
karena kalor adalah bentuk energi, maka satuan SI untuk kalor sama
seperti energi, yaitu Joule.
Pada sebuah benda yang mempunyai suhu yang tidak
sama untuk seluruh bagian-bagiannya akan terjadi perpindahan kalor dari bagian
yang bersuhu lebih tinggi ke bagian benda yang bersuhu lebih rendah. Demikian
juga bila sebuah bendabersuhu lebih tinggi dari suhu lingkungannya. Benda
tersebut akan memancarkan energi sampai suhu benda sama dengan suhu
lingkungannya. Bila suhu sudah samaakan terjadi keseimbangan atau tidak ada
lagi perpindahan kalor atau energi.
Suatu zat yang menerima kalor, selain mengalami
pemuaian atau perubahanwujud, pada zat tersebut juga terjadi kenaikan suhu.
Ketika kita memanaskan air didalam ketel, makin besar nyala api berarti makin
besar kalor yang diberikan pada air, dan menghasilkan kenaikan suhu air yang
lebih besar daripada kenaikan suhu air sebelumnya. Jika kalor yang sama
diberikan pada ketel yang berisi lebih sedikit air,kenaikan suhu air lebih
cepat kenaikan suhu air sebelumnya. Akibatnya, untuk selangwaktu pemanasan yang
sama akan dicapai suhu air yang lebih tinggi daripada sebelumnya. Besarnya
kenaikan suhu dari zat tersebut dapat dituliskan dalam persamaan berikut :
Q = m.c.
∆t………………………………………(2.17)
dengan,
c = kalor jenis (kal/g) atau (J/Kg.K)
Q = kalor ( kalor atau Jou le)
m = massa benda ( gram atau Kg)
∆t = perubahan suhu
Jadi, ∆t adalah perubahan
suhu dari suatu zat yang menerima kalor sebesar Q. Kalor jenis suatu zat
didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan olehsuatu zat untuk
menaikan suhu 1 Kg zat itu sebesar 1 (Resnick Halliday, 1978, 378).
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam
percobaan berjudul “Panas yang Ditimbulkan oleh Arus Listrik” antara lain, satu
set kalorimeter dengan perlengkapannya, satu buah Ampermeter, satu buah
Voltmeter, satu buah statip, satu buah tahanan geser, satu buah Thermometer,
satu buah sumber tegangan, satu buah stopwatch, satu set kabel, dan beberapa
buah es batu.
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan 1
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan 2
Pada mulanya, alat dan bahan dirangkai
seperti pada Gambar diatas. Sebelum dihubungkan dengan tegangan PLN, gelas pada
kalorimeter ditimbang dengan neraca Ohaus dan dicatat massanya, kemudian diisi
dengan air dan es batu sehingga massa total antara air, es batu dan gelas pada kalorimeter
tercatat sebesar 190,9 gram. Setelah ditimbang kemudian gelas dimasukkan
kedalam kalorimeter. Untuk mengukur suhu air dalam kalorimeter digantungkan
thermometer ditengah-tengah kalorimeter. Namun sebelum tegangan disambungkan
suhu awal air dicatat yaitu sebesar 10oC. setelah itu baru
disambungkan dengan tegangan PLN, kemudian setaip kenaikan satu derajat
dihitung waktu yang dibutuhkan hingga dicapai suhu 20 oC. Percobaan
yang sama diulangi sebanyak dua kali. Langkah-langkah tersebut kemudian
diulangi untuk percobaan dengan rangkaian Gambar.
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa
Data
4.1.1 Data Percobaan
Tabel 4.1
Data Percobaan Pertama dengan Menggunakan Rangkaian A
T1
|
T2
|
T2-T1
|
t (s)
|
I (A)
|
V (Volt)
|
Massa
|
10
|
11
|
1
|
75
|
0,9
|
11
|
190,9
|
11
|
12
|
1
|
77
|
0,9
|
11
|
190,9
|
12
|
13
|
1
|
79
|
0,9
|
11
|
190,9
|
13
|
14
|
1
|
87
|
0,9
|
11
|
190,9
|
14
|
15
|
1
|
67
|
0,9
|
11
|
190,9
|
15
|
16
|
1
|
88
|
0,9
|
11
|
190,9
|
16
|
17
|
1
|
89
|
0,9
|
11
|
190,9
|
17
|
18
|
1
|
88
|
0,9
|
11
|
190,9
|
18
|
19
|
1
|
87
|
0,9
|
11
|
190,9
|
19
|
20
|
1
|
78
|
0,9
|
11
|
190,9
|
Tabel 4.2 Data Percobaan Kedua dengan Menggunakan
Rangkaian A
T1
|
T2
|
T2-T1
|
t (s)
|
I (A)
|
V (Volt)
|
Massa
|
10
|
11
|
1
|
58
|
0,9
|
13
|
190,9
|
11
|
12
|
1
|
63
|
0,9
|
13
|
190,9
|
12
|
13
|
1
|
65
|
0,9
|
13
|
190,9
|
13
|
14
|
1
|
59
|
0,9
|
13
|
190,9
|
14
|
15
|
1
|
68
|
0,9
|
13
|
190,9
|
15
|
16
|
1
|
65
|
0,9
|
13
|
190,9
|
16
|
17
|
1
|
67
|
0,9
|
13
|
190,9
|
17
|
18
|
1
|
62
|
0,9
|
13
|
190,9
|
18
|
19
|
1
|
66
|
0,9
|
13
|
190,9
|
19
|
20
|
1
|
64
|
0,9
|
13
|
190,9
|
Tabel 4.3.
Data Percobaan Pertama dengan Menggunakan RangkaianB
T1
|
T2
|
T2-T1
|
t (s)
|
I (A)
|
V (Volt)
|
Massa
|
10
|
11
|
1
|
67
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
11
|
12
|
1
|
71
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
12
|
13
|
1
|
66
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
13
|
14
|
1
|
64
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
14
|
15
|
1
|
74
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
15
|
16
|
1
|
70
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
16
|
17
|
1
|
73
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
17
|
18
|
1
|
74
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
18
|
19
|
1
|
70
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
19
|
20
|
1
|
72
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
Tabel 4.4
Data Percobaan Kedua dengan Menggunakan RangkaianB
T1
|
T2
|
T2-T1
|
t (s)
|
I (A)
|
V (Volt)
|
Massa
|
10
|
11
|
1
|
48
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
11
|
12
|
1
|
44
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
12
|
13
|
1
|
67
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
13
|
14
|
1
|
71
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
14
|
15
|
1
|
70
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
15
|
16
|
1
|
70
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
16
|
17
|
1
|
69
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
17
|
18
|
1
|
67
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
18
|
19
|
1
|
81
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
19
|
20
|
1
|
68
|
0,9
|
12.5
|
190,9
|
4.1.2 Data Hasil Perhitungan
Dari hasil percobaan didapatkan contoh
perhitungan sebagai berikut :
Diketahui : Pada rangkaian A Suhu
awal :
100C
Suhu akhir : 110C
Tegangan (V) : 13 V
Arus (I) :
0,9 A
Waktu (t) :
58 sekon
Ditanya :
a). Berapa nilai H?
b). Berapa nilai Q1?
c). Berapa nilai Q2?
d). Berapa nilai 1 joule?
Jawab
:
a).
Nilai H = VIt
H = 13 V.0,9 A.58 S
H = 678,6 Joule
b).
Nilai Q1 = W (Tawal – Takhir)
Q1 = 190,9 (11-10)
Q1 = 190,9 Kalori
c).
Nilai Q2 = 0,26.W (Tawal – Takhir)
Q2 = 0,26.190,9 (11-10)
Q2 = 49,634 Kalori
d). Nilai 1 joule = (Q1+Q2)/V.I.t
1 joule = (190,9+49,634)/678,6
1 joule =
0,354456 Kalori
Ø Jadi,
Nilai H = 678,6 joule, Q1 = 190,9 kalori, dan Q2 = 49,634 kalori dimana nilai 1
joule = 0,354456 Kalori
Tabel 4.5.
Data Perhitungan Pertama dengan Menggunakan Data Rangkaian A
harga air
|
Q1
|
Q2
|
H (VIt)
|
H (Q1+Q2)
|
1 Joule
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
742,5
|
240,534
|
0,323952
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
762,3
|
240,534
|
0,315537
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
782,1
|
240,534
|
0,307549
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
861,3
|
240,534
|
0,279269
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
663,3
|
240,534
|
0,362632
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
871,2
|
240,534
|
0,276095
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
881,1
|
240,534
|
0,272993
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
871,2
|
240,534
|
0,276095
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
861,3
|
240,534
|
0,279269
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
772,2
|
240,534
|
0,311492
|
Tabel 4.6. Data
Perhitungan Kedua dengan Menggunakan Data Rangkaian A
harga air
|
Q1
|
Q2
|
H (VIt)
|
H (Q1+Q2)
|
1 Joule
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
678,6
|
240,534
|
0,354456
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
737,1
|
240,534
|
0,326325
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
760,5
|
240,534
|
0,316284
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
690,3
|
240,534
|
0,348449
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
795,6
|
240,534
|
0,30233
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
760,5
|
240,534
|
0,316284
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
783,9
|
240,534
|
0,306843
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
725,4
|
240,534
|
0,331588
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
772,2
|
240,534
|
0,311492
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
748,8
|
240,534
|
0,321226
|
Tabel 4.7.
Data Perhitungan Pertama dengan Menggunakan Data Rangkaian B
harga air
|
Q1
|
Q2
|
H (VIt)
|
H(Q1+Q2)
|
1 Joule
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
753,75
|
240,534
|
0,319116
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
798,75
|
240,534
|
0,301138
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
742,5
|
240,534
|
0,323952
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
720
|
240,534
|
0,334075
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
832,5
|
240,534
|
0,28893
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
787,5
|
240,534
|
0,30544
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
821,25
|
240,534
|
0,292888
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
832,5
|
240,534
|
0,28893
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
787,5
|
240,534
|
0,30544
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
810
|
240,534
|
0,296956
|
Tabel 4.8
Data Perhitungan Kedua dengan Menggunakan Data Rangkaian B
harga air
|
Q1
|
Q2
|
H(VIt)
|
H(Q1+Q2)
|
1 Joule
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
540
|
240,534
|
0,445433
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
495
|
240,534
|
0,485927
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
753,75
|
240,534
|
0,319116
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
798,75
|
240,534
|
0,301138
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
787,5
|
240,534
|
0,30544
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
787,5
|
240,534
|
0,30544
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
776,25
|
240,534
|
0,309867
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
753,75
|
240,534
|
0,319116
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
911,25
|
240,534
|
0,26396
|
0,26
|
190,9
|
49,634
|
765
|
240,534
|
0,314424
|
4.2. Pembahasan
4.2.1. Panas
Panas merupakan
energi yang berpindah dari zat yang memiliki temperatur lebih tinggi ke zat
lain yang memiliki temperatur lebih rendah, dan bukan merupakan suatu zat
‘fluida’ yang berpindah dari benda yang bertemperatur tinggi pada benda
bertemperatur rendah, seperti yang diduga oleh konsep awal yaitu konsep caloric. Dengan kata lain panas dapat
didefinisikan sebagai suatu bentuk energi yang berpindah dari satu zat ke zat
lain akibat perbedaan temperatur. Apabila apabila terdapat dua zat, yaitu zat A
dan zat B yang pada mulanya memiliki temperatur masing-masing t0A
dan t0B dicampurkan maka akan terjadi perubahan temperatur sampai
temperatur keduanya sama besar. Hal ini terjadi karena adanya aliran panas atau
perpindahan panas secara terus menerus sampai kedua zat mencapai kesetimbangan
termal yang ditandai dengan temperatur kedua zat sama besar. Dengan kata lain
aliran panas merupakan perpindahan energi. Jumlah energi yang berpindah dalam
kurun waktu tertentu disebut kuantitas panas. Satuan kuantitas panas adalah
kalori yang di definisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur satu gram satu dari
satu derajat celcius atau kelvin. Pada
percobaan ini, sesuai dengan judul percobaan bahwa arus litrik dapat
menimbulkan panas. Hal ini menandakan bahwa terdapat perpindahan panas atau
aliran panas dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki
temperatur lebih rendah. Dalam percobaan ini aliran atau perpindahan panas yang
terjadi berupa perpindahan panas secara konduksi yaitu dari spiral yang dialiri
arus listrik dimasukkan dalam air ke air yang sama-sama berada dalam
kalorimeter hingga terjadi kesetimbangan termal serta derajat perpindahan panas
berbanding lurus dengan arus listrik dan beda potensial.
4.2.2. Arus Listrik yang Menimbulkan Panas
Elektron-elektron
bebas di dalam sebuah penghantar logam atau konduktor yang terisolasi, seperti
suatu panjang dari kawat tembaga, berada di dalam gerakan sembarang (random motion) seperti halnya
molekul-molekul sebuah gas yang di batasi di dalam sebuah tabung (wadah).
Elektron-elektron tersebut tidak mempunyai gerakan terarah sepanjang kawat. Pada
percobaan kali ini konduktor berupa kawat spiral yang dimasukkan ke dalam air
yang terdapat di dalam kalorimeter. Apabila antar ujung kawat spiral diberikan
beda potensial, maka elektron bebas yang tidak mempunyai gerakan terarah akan
bergerak. Elektron-elektron tersebut akan menumbuk partikel konduktor selama
terjadi beda potensial. Dengan denikian elektron-elektron mempunyai kecepatan
rata-rata tetap. Adanya tumbukan, sebagian energi gerak elektro-elektron
tersebut diberikan kepada partikel yang akan menimbulkan getaran partikel.
Semakin banyak tumbukan yang terjadi, semakin bertambah besar pula getaran
partikel yang terjadi sehingga menimbulkan panas, yang nantinya akan terjadi
suatu aliran panas dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang
memiliki temperatur lebih rendah. Dalam percobaan ini aliran atau perpindahan
panas yang terjadi berupa perpindahan panas secara konduksi yaitu dari spiral
yang dialiri arus listrik dimasukkan dalam air ke air yang sama-sama berada
dalam kalorimeter hingga terjadi kesetimbangan termal serta derajat perpindahan
panas berbanding lurus dengan arus listrik dan beda potensial. .
4.2.3. Menentukan
Harga Satu Joule
Untuk menghitung
banyaknya energi yang berpindah selama terjadi pengaliran panas atau pengerjaan
usaha, cara yang termudah ialah dengan menggunakan alat dimana perubahan suhu
dan sistem didapatkan melalui pegerjaan usaha. Dengan begitu dapat diketahui
bahwa pengaliran panas ialah perpindahan energi yang disebabkan hanya oleh
perbedaan suhu. Jika sepotong kawat tahanan terendam dalam zat cair atau
berbalut zat padat, dan dimasukkan sebagai bagian sistem, maka akan timbul beda
potensial konstan V dan arus konstan I dalam kawat tahanan tersebut yang akan
membangkitkan suatu aliran engeri. Dalam hal ini disebut sebagai pengerjaan
usaha. Apabila usaha ini berlangsung terus selama waktu t maka jumlah usaha
yang dilakukan adalah hasil kali beda potensial konstan V dan arus konstan I
serta waktu yang diperlukan untuk menaikkan satu derajat celcius. Hal ini
merupakan jumlah energi yang ditambahkan kedalam sistem. Apabila tahanan itu bukan bagian dari sistem,
perpindahan energi dinamakan pengaliran panas, dan selama waktu t jumlah energi
yang berpindah disebut kuantitas panas (jumlah panas yang timbul) yaitu H.
Pada percobaan
ini salah satu tujuan dari percobaan tersebut adalah menentukan harga satu
Joule. Harga satu Joule dapat ditentukan berdasarkan asas black, yaitu panas
yang diterima sama dengan panas yang diberikan. Dalam hal ini panas yang
diterima merupakan spiral yang dialiri arus listrik dimasukkan dalam air,
sedangkan panas yang diberikan merupakan panas yang diterima air dan
kalorimeter beserta pengaduknya. Sehingga terdapat suatu hubungan bahwa jumlah panas yang timbul akan sama
dengan julah panas yang diterima air dimbah dengan jumlah panas yang diterima
kalorimeter beserta pengaduknya. Maka harga Joule dalam satuan kalori dapat
ditentukan. Berdasarkan data hasil percobaan, diperoleh harga satu Joule pada
percobaan pertama yang menggunakan gambar rangkaian 3.2 sebesar 0,32 kalori,
sedangkan pada pecobaab kedua yang mana menggunakan gambar rangkaian 3.1 harga
satu Joule diperoleh sebesar 0,31 kalori. Padahal harga satu Joule melalui
percobaan Joule diperoleh hrga sebesar 0,24 Joule, sehingga percobaan ini tidak
dapat membuktikan hukum Joule dan harga satu Joule sebesar 0,24 kalori. Hal ini
dikarenakan adanya beberapa faktor lingkungan
yaitu pada percobaan yang dilakukan baik itu rangkaian A maupun
rangkaian B menggunakan es yang terlalu banyak
selain itu pada calorimeter terdapat lubang sehingga udara dapat
berinteraksi kedalam sistem dalam hal ini kalorimeter.
4.2.4. Hubungan
Suhu dengan Waktu
Dalam
percobaan dengan judul percobaan “panas yang ditimbulkan oleh arus listrik”
memiliki tujuan dari percobaan tersebut yang harus tercapai melalui suatu
percobaan antara lain menentukan panas yang di timbulkan oleh arus listrik,
membuktikan hukum Joule dan menentukan harga satu Joule. Oleh karena itu
diperlukan beberapa alat dan bahan yang diperlukan agar tujuan dari percobaan
dapat tercapai antara lain satu set kalorimeter beserta perlengkapannya yang
digunakan untuk menghitung kalor, satu buah amperemeter yang berfungsi untuk
menghitung banyaknya arus yang mengalir dalam rangkaian dan voltmeter yang
digunakan untuk menghitung tegangan pada rangkaian, satu buah tahanan geser
yang berfungsi agar arus pada rangkaian tetap konstan, satu buah power supply sebagi sumber tegangan,
stopwatch untuk menghitung waktu yang diperlukan tiap kenaikan satu derajat
celcius, satu buah termometer yang diperlukan untuk mengukur suhu air yang ada
di dalam kalorimeter, dan satu set kabel penghubung untuk menhubungkan
peralatan yang digunakan dalam percobaan sesuai rangkaian percobaan. Pada
mulanya, alat dan bahan dirangkai seperti pada Gambar 3.2. Kemudian rangkaian
dihubungkan dengan tegangan PLN. Gelas pada kalorimeter ditimbang dengan neraca
Ohaus dan dicatat massanya,sehingga di dapatkan massanya sebesar 48 gram, lalu
diisi dengan air dan es sehingga massanya sebesar 238,9 gram Kemudian gelas
dimasukkan kedalam kalorimeter yang ditengahnya digantung sebuah termometer.
Angka pada termometer dicatat di dapatkan suhu awal sebesar 10oC
kemudian setaip kenaikan satu derajat dihitung waktu yang dibutuhkan. Percobaan
yang sama diulangi sebanyak dua kali. Langkah-langkah tersebut kemudian
diulangi untuk percobaan dengan rangkaian Gambar 3.1. Sehingga diperoleh data
suhu dan waktu yang diperlukan untuk menaikkan satu derajat celcius berupa
grafik hubungan antara suhu dan waktu seperti grafik di bawah ini
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan,
dapat ditarik kesimpulan bahwa :
1. Nilai jumlah panas (H) rata-rata yang
didapatkan melalui persamaan kecepatan, arus, dan waktu dibandingkan dengan Q1
dan Q2 pada percobaan menggunakan
rangkaian B adalah sebesar 0,321336
kalori.
2. Nilai Nilai jumlah panas (H) rata-rata yang
didapatkan melalui persamaan kecepatan, arus, dan waktu dibandingkan dengan Q1
dan Q2 pada percobaan menggunakan
rangkaian A adalah sebesar 0,312008
kalori
3. Dapat dikatakan bahwa tujuan dari
percobaan yaitu menentukan harga 1 Joule serta membuktikannya tidak tercapai dikarenakan
adanya beberapa faktor lingkungan yaitu
pada percobaan yang dilakukan baik itu rangkaian A maupun rangkaian B
menggunakan es yang terlalu banyak
selain itu pada calorimeter terdapat lubang sehingga udara dapat
berinteraksi kedalam sistem dalam hal ini kalorimeter.
DAFTAR
PUSTAKA
Chang, Raymond,2003.Chemistry Basics, Core Concepts, Third
Edition, Volume 1.
Erlangga: Jakarta.
Giancoli, Douglas C.1999.Fisika Edisi Kelima.Erlangga:Jakarta.
Halliday Resnick.1978.Fisika.Erlangga:Jakarta.
Ishaq,
Mohamad.2007.Fisika Dasar Edisi 2.Graha
Ilmu:Yogyakarta.
Young, Hugh D. and Roger A.
freedman.2001. Fiska Universitas.Erlangga:Jakarta.
NB: Terimakasih kepada Mas Sigit (Fisika ITS Angkatan 2008) selaku asisten pendamping di ujian akhir praktikum fisika dasar 2 kami :)
