HUKUM JOULE PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK(L1)
SANTI NUR AINI 1413100048 JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA Abstrak Telah dilakukan percobaan panas yang disebabkan oleh arus listrik untuk mengetahui panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, untuk membuktikan Hukum Joule, dan untuk menentukan harga satu Joule. Percobaan ini menggunakan prinsip Hukum Joule yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi hanya bisa diubah menjadi bentuk yang lain. Pada percobaan percobaan ini digunakan dua rangkaian alat, yaitu rangkaian (a) (a) dan rangkaian rangkaian (b). Hal ini untuk membandingkan membandingkan rangkaian rangkaian yang yang lebih baik. Setiap rangkaian dibuat arus yang berbeda, untuk mengetahui pengaruh arus listrik terhadap waktu yang dihasilkan untuk menaikkan suhu. Dari data yang diperoleh kita dapat menghitung besar panas yang dihasilkan, pada rangkaian a yaitu 422,85 Joule, dan pada rangkaian b yaitu 556,51 Joule. Selain itu kita juga mendapat harga dari satu Joule pada rangkaian a yaitu 0,36 kalori dan harga 1 Joule pada rangkaian b yaitu 0,28 kalori. Dari percobaan percobaan terbukti bahwa arus arus listrik bisa menimbulkan menimbulkan panas. Kata kunci : arus listrik, kalor, energi dan gaya listrik, teori hukum Joule, prinsip kerja kalorimeter
i
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................... ......................................................... ............................................. .............................................. .......................... ... i DAFTAR ISI .................................................... .......................................................................... ............................................. ................................. .......... ii BAB 1 PENDAHULUHUAN ....................................................... ............................................................................. ......................... ... 1 1.1
Latar Belakang .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 1
1.2
Permasalahan ............................................ ................................................................... ............................................. ......................... ... 1
1.3
Tujuan ............................................ ................................................................... ............................................. .................................... .............. 2
BAB II DASAR D ASAR TEORI .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 3 2.1 Arus .................................................... ........................................................................... ............................................. .................................... .............. 3 2.2 Kalor ..................................... ........................................................... ............................................ ............................................. ............................. ...... 5 2.3 Kapasitas Panas ............................... ..................................................... ............................................ ........................................ .................. 7 2.3 Kalorimetri dan Kalorimeter ................................. ....................................................... ........................................ .................. 8 2.4 Azaz Black ................................................. ....................................................................... ............................................ ............................. ....... 9 2.6 Perpindahan Panas ............................................ .................................................................. .......................................... .................... 10 BAB III METODOLOGI PERCOBAAN......................................... ............................................................. .................... 11 3.1 Peralatan dan Bahan .......................................... ................................................................ .......................................... .................... 11 3.2 Cara Kerja ............................................................. ................................................................................... ...................................... ................ 11 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ ............................................ 12 24.1 Analisa Data ......................................... ............................................................... ............................................ ............................... ......... 12 4.2 Perhitungan ............................................ .................................................................. ............................................ ............................... ......... 13 4.3 Grafik .......................................... ................................................................ ............................................ .......................................... .................... 16 4.4 Pembahasan ............... ..................................... ............................................ ............................................ ...................................... ................ 17 BAB V KESIMPULAN ........................................... ................................................................. ............................................ ........................ 20 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 21
ii
BAB 1 PENDAHULUHUAN 1.1 Latar Belakang
Sejauh ini, pengetahuan kita terhadap fenomena listrik sebatas tentang muatan listrik dalam kesetimbangan atau elektrostatik. Penerapan listrik kebanyakan berhubungan dengan arus listrik. Arus listrik terdiri dari muatanmuatan yang bergerak dari satu tempat ke tempat lain. Apabila pergerakan ini berada pada suatu lintasan yang tertutup, maka disebut dengan rangkaian listrik. Ketika partikel bermuatan bergerak dalam suatu rangkaian listrik, akan terjadi perpindahan energi potensial listrik dari sumber menuju tempat energi itu disimpan atau dikonversi menjadi bentuk energi yang lain seperti energi bunyi pada radio atau kalor pada pemanas roti. Pada kehidupan sehari-hari, kita sangat sering menemui aplikasi dari panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, seperti pemanas air listrik (heater), kompor listrik, rice cooker dan lain sebagainya. Kita menggunakan alat-alat diatas untuk mempercepat kegiatan kita guna memenuhi kebutuhan sehari-hari. Apabila kita akan menggunakan alat-alat diatas, kita harus menyambungkan alat-alat tersebut ke tegangan PLN (listrik) terlebih dahulu agar alat-alat tersebut dapat digunakan. Setelah disambungkan, perlahan-lahan alat-alat tersebut akan mengeluarkan panas/kalor. Hal ini membuktikan bahwa alat-alat diatas dapat mendatangkan panas yang berasal dari tegangan listrik atau arus listrik. Untuk itulah dilakukan percobaan ini untuk mengetahui cara menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, untuk mengetahui cara membuktikan hukum Joule dan untuk menentukan harga 1 joule.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah bagaimana cara menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan bagaimana cara membuktikan hukum Joule dan menentukan harga 1 joule.
1
1.3 Tujuan
Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan hukum Joule serta untuk menentukan harga 1 joule.
2
BAB II DASAR TEORI 2.1 Arus
Kalau ada aliran netto muatan melewati suatu daerah, dapat dikatakan bahwa ada arus yang melalui daerah tersebut. Jika sebuah konduktor terisolasi ditempatkan dalam medan elektrostatik, muatan dalam konduktor itu akan menyusun diri kembali sehingga menjadikan interior (bagian dalam) konduktor itu suatu daerah bebas medan, dan dalam daerah ini potensial konstan. Gerak muatan dalam proses penyusunan diri kembali itu merupakan sebuah arus,dan arus itu tidak ada lagi kalau medan pada konduktor menjadi nol (Zemansky,1986). Jika terminal-terminal baterai dihubungkan dengan jalur penghantar yang kontinu, akan didapatkan rangkaian listrik. Alat yang diberi daya oleh baterai, yang mana bisa berupa bola lampu, pemanas, radio, atau apapun. Ketika rangkaian seperti ini terbentuk, muatan dapat mengalir melalui kawat rangkaian dari satu terminal baterai ke yang lainnya. Aliran muatan seperti ini disebut arus listrik. Arus listrik pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Dengan demikian, arus rata-rata I didefinisikan sebagai :
I=
.........................................................(2.1)
di mana ∆Q adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu lokasi selama jangka waktu ∆t. Arus listrik diukur dalam coloumb per detik, satuan ini diberi nama khusus, ampere (disingkat amp atau A). Berarti 1A =1C/det.Satuan satuan terkecil yangsering kali digunakan adalah seperti miliampere (1mA = 10 3
A) dan mikroampere(10 -6 A). Pada rangkaian tunggal, arus pada setiap saat sama
pada satu titik. Hal ini sesuai dengan kekekalan muatan listrik (muatan tidak hilang) (Giancoli,2001). Menurut konvensi, arah arus dianggap searah dengan aliran muatan positif. Konvensi ini ditetapkan sebelum diketahui bahwa elektron-elektron bebas, yang muatannya negatif adalah partikel-partikel yang sebenarnya bergerak
3
dan akibatnya menghasilkan arus pada kawat penghantar. Gerak dari elektronelektron bermuatan negatif dalam satu arah ekivalen dengan aliran muatan positif yang arah geraknya berlawanan. Jadi, elektron-elektron bergerak dalam arah yang berlawanan dengan arah arus. Jika dimisalkan suatu arus dalam kawat penghantar berpenampang lintang A. Misalkan n adalah jumlah partikel-partikel pembawa muatan bebas per satuan volume. Diasumsikan bahwa masing-masing partikel membawa muatan q dan bergerak dengan kecepatan alir vd .. Dalam waktu ∆t semua partikel dalam volume Avd ∆t , daerah yang melewati elemen luasan. Jumlah partikel dalam volume ini adalah nAvd ∆t, dan muatan totalnya adalah :
I=
= nqAvd ....................................................(2.2) (Tipler,1996)
Tahanan dan Tahanan Jenis
Tahanan adalah penghambat bagi elektron-elektron pada saat pemindahannya. Mengacu pada hukum Ohm, yang menyatakan bahwa pada tahanan konduktor yang tetap, maka arus listrik yang mengalir sebanding dengan beda potensial antara kedua ujung konduktor yang memenuhi persamaan:
...................................................................(2.3)
Tahanan jenis adalah tahanan suatu penghantar pada panjang penghantar dan luas penampang dan pada keadaan temperatur 200°C. Tahan jenis juga disebut sebagai resistivitas konduktor dan bersatuan ohmmeter, atau besaran konduktivitas yang memenuhi hubungan:
...................................................................(2.4)
Sehingga hubungan antara arus listrik dengan tahan jenis adalah:
Karena
.............................................................(2.5)
, sehingga nilai tahanan dari konduktor adalah:
4
..............................................................(2.6)
Dan nilai tahanan jenis adalah:
...........................................(2.7) (Priyambodo, 2009).
Tahanan Seri dan Paralel
Tahanan Seri
gambar 2. 1 Tahanan Seri
Terdapat 3 tahanan masing-masing (gambar 2.1) yang tersusun seri mempunya nilai arus listrik yang sama. Untuk mengetahui nilai tahanan serinya adalah:
..........................................................(2.8) (Priyambodo, 2009).
Tahanan Paralel
gambar 2. 2 Tahanan Paralel
Tahanan yang terhubung paralel mempunyai potensial yang sama besar pada kedua ujung tahanan. Untuk mengetahui nilai tahanan paralel adalah:
............................................................(2.9) (Priyambodo, 2009).
2.2 Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari zat yang suhunya lebih tinggi ke zat yang suhunya lebih rendah jika kedua benda bersentuhan. 5
Dengan kata lain, kalor adalah bentuk energi yang menaikkan suhu jika bentuk energi itu diberikan kepada benda tersebut. Akan tetapi, perlu diketahui bahwa kalor yang diberikan kepada benda tersebut tidak selalu menaikkan suhu. Sebagai contoh, jika kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud, maka suhu benda itu tidak naik (tetapi tidak berubah). Oleh karena kalor adalah salah satu bentuk energi seperti halnya energi kinetik, energi potensial, dan lain sebagainya, maka satuan kalor sama dengan satuan energi yaitu joule (J) atau kilojoule (kJ). Pada mulanya kalor dianggap sejenis zat alir (disebut kalorik) yang terkandung di dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori kalorik ini pertama kali dikemukakan oleh Antonie
Laurent
Lavoiser
seorang
ahli
kimia
berkebangsaan
Perancis.
Berdasarkan teori inilah maka satuan kalor yang dikenal sebelumnya diberi nama kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Satuan ini masih sering digunakan untuk menyatakan kandungan energi yang dimiliki oleh makanan. 1 kalori (kal) sama dengan 4,2 Joule atau satu Joule sama dengan 0,24 kalori (kal). Teori kalorik menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalorik
daripada
benda
yang
suhunya
rendah.
Ketika
kedua
benda
disentuhkan maka benda yang kaya kalorik kehilangan sebagian kaloriknya yang diberikan kepada benda yang sedikit kalorik sampai akhirnya terjadi kesetimbangan termal (kedua benda suhunya sama). Teori ini dapat menjelaskan pemuaian benda ketika dipanaskan dan proses hantaran kalor di dalam sebuah kalorimeter. Akan tetapi, teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa kedua telapak tangan kita akan terasa hangat ketika kita menggesek-geseknya. Ketika benda panas menyentuh benda
dingin,
partikel-partikel dalam benda panas menabrak partikel-partikel dalam benda dingin. Energi termal partikel-partikel dalam benda dingin betambah sehingga suhunya naik dan begitu pula dengan partikel dalam benda dingin yang menjadi lebih energetik (Zemansky,1986). Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar satu derajat celcius. Sedangkan 1 kkal adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar satu
6
derajat celcius. Kadangkala satu kilokalori disebut Kalori (dengan huruf k besar). Pada sistem satuan British, kalor diukur dalam satuan termal British (British thermal unit/Btu). Satu Btu didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air sebesar satu derajat Fahrenheit. Sehingga 1 Btu sama dengan 0,252 kkal sama dengan 1055 Joule (Giancoli,2001).
2.3 Kapasitas Panas
Zat-zat terhadap satu sama lain di dalam kuantitas kalor yang diperlukan untuk menghasilkan suatu kenaikan temperatur yang diberikan di dalam sebuah massa yang diberikan. Perbandingan banyaknya tenaga kalor ∆Q
yang
dibekalkan kepada sebuah benda untuk menaikkan temperaturnya sebanyak ∆T dinamakan kapasitas panas C (heat capacity C) dari benda tersebut,yakni :
C=
.................................................................... (2.10)
Terkadang kita salah dalam menganalogikan kata “kapasitas” dalam konteks ini. Yang dimaksud kapasitas panas bukanlah kemampuan suatu benda untuk menyerap panas yang dibatasi kapasitasnya, melainkan hanyalah tenaga yang harus ditambahkan sebagai kalor untuk menaikkan temperatur benda sebanyak satu derajat. Kapasitas panas per satuan massa sebuah benda yang dinamakan kalor jenis (spesific heat) adalah ciri (karakteristik) dari bahan yang membentuk benda tersebut :
.................................................................... (2.11)
Kapasitas panas sebuah benda tidaklah konstan tetapi bergantung pada tempat dari interval temperatur tersebut (Halliday,1985).
7
2.3 Kalorimetri dan Kalorimeter
Salah satu cara untuk menghitung nilai dari kalor jenis dengan melibatkan pemanasan beberapa sampel disebut dengan teknik kalorimetri. Sedangkan alat yang digunakan sebagai tempat terjadinya transfer energi ini disebut kalorimeter. Apabila sampel sistem dan air terisolasi, hukum kekekalan energi mensyaratkan bahwa jumlah energi yang tertinggal pada sampel sebanding dengan jumlah energi yang masuk pada air. Kekekalan energi menyebabkan adanya persamaan berikut:
...............................................................(2.12) Tanda negatif hanya untuk menjaga konsistensi konveksi untuk panas (Serway, 2004). Kalorimeter digunakan dalam pengukuran, sehingga sebaiknya kalorimeter menggunakan air yang sebaiknya diisolasi agar pada saat digunakan, tidak ada panas yang keluar dari sistem. Salah satu kegunaan penting pada kalorimeter adalah untuk menentukan nilai kalor jenis suatu zat. Salah satu tekniknya disebut dengan “metode pencampuran”, yakni suatu zat dipanaskan pada temperatur yang tinggi kemudian diukur secara akurat dan segera dipindahkan ke kalorimeter yang berisi air dingin. Panas yang hilang akan ditangkal oleh air dan oleh bagian dari kalorimeter tersebut. Dengan mengukur temperatur akhir dari campuran tersebut, sehingga dapat dihitung/diketahui nilai kalor jenisn ya (Giancoli,2001). Kalorimetri adalah proses mengukur perubahan suhu dari sejumlah air atau larutan sebagai akibat dari suatu reaksi kimia dalam suatu wadah terisolasi. Sedangkan kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jrnis suatu benda dalam bejana tembaga yang lebih besar. Pada prinsipnya, antara bejana kecil (dinding dalam) dengan bejana besar (dinding luar) dibatasi oleh bahan yang tidak dapat dialiri kalor (adiabatik), dan diberi tutup yang mempunyai dua lubang untuk memasukkan termometer dan pengaduk. Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada Azaz Black. Macam-macam kalorimeter adalah sebagai berikut:
8
Kalorimeter Bom: alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang dibebaskan pada proses pembakaran sempurna suatu senyawa. Kalorimeter bom 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.
Kalorimeter Sederhana/ Kalorimeter Larutan: kalorimeter yang digunakan untuk mengukur kalor reaksi yang berlangsung dalam fase larutan. Pada dasarnya kalor yang dibebaskan /diserap menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu perkuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut (Halliday,1985).
2.4 Azaz Black
Pengukuran kalor jenis menggunakan kalorimeter didasarkan pada Azaz Black, yaitu kalor yang diterima kalorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian apabila dua bendayangsuhunyaberbeda saling bersentuhan, maka akan menuju kesetimbangan termodinamika (Frederick,2006). Untuk dua benda yang berbeda temperatur (misalkan dan dengan
) kemudian keduanya saling dihubungkan, maka akan terjadi perpindahan panas sampai kedua benda mencapai kesetimbangan. Pada keadaan setimbang ini kedua
benda
bertemperatur
bertemperatur
sama
lebih
melepaskan
tinggi
katakanlah panas,
sebesar
. Benda yang
sebaliknya
benda
yang
bertemperatur lebih rendah menerima panas. Menurut Azaz Black jumlah panas yang dilepas sama dengan jumlah panas yang diterima, yaitu sesuai persamaan berikut:
.........................................(2.13) Dimana , , , adalah massa dan kapasitas panas jenis masing-masing benda (Mashuri, 2004).
9
2.6 Perpindahan Panas
Energi termal dapat dipindahkan ke atau dari suatu sistem melalui mekanisme konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas adalah energi yang dipindahkan dari suatu sistem dengan temperatur yang lebih tinggi ke suatu sistem dengan temperatur yang lebih rendah (di mana keduanya mengalami kontak) melalui tumbukan partikel-partikel penyusunnya. Konduksi terjadi ketika energi panas berpindah melalui suatu material sebagai akibat tumbukan antar elektron, ion, atom, dan molekul bebas material tersebut. Semakin panas suatu zat, semakin tinggi energi kinetik (EK) rata-rata atomnya.Jika terdapat perbedaan temperatur antara material-material yang mengalami kontak, ketika tumbukan atom terjadi antara keduanya, atom-atom dengan energi yang lebih tinggi di dalam zat yang lebih hangat memindahkan energi ke atom-atom dengan energi yang lebih rendah di dalam zat yang lebih dingin. Jadi, panas mengalir dari panas ke dingin. Konveksi energi termal terjadi dalam suatu cairan ketika material yang hangat mengalir sehingga menggantikan material yang lebih dingin.
Contoh
umum adalah aliran udara hangat dari suatu lubang udara suatu alat pemanas dan aliran air hangat dalam arus. Radiasi adalah cara perpindahan energi elektromagnetik yang bersinar melalui vakum dan ruang kosong antar atom. Energi yang bersinar berbeda dengan panas, meskipun keduanya berkaitan dengan energi yang berpindah (Frederick,2006).
10
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan dan Bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ; 1 set perlengkapan kalorimeter, 1 buah thermometer, 1 buah adaptor, 1 buah stopwatch, 1 buah tahanan geser (Rg), serta ampermeter (A) dan voltmeter (V) masing-masing 1 buah. 3.2 Cara Kerja
Gambar 3. 2 Rangkaian A
Gambar 3. 1 Rangkaian B
Pertama dibuat rangkaian seperti gambar 3.1(a) kemudian dihubungkan tegangan PLN dengan seijin assisten, kemudian kalorimeter K diisi dengan air, dan ditimbang massa air sebanyak 120 gram, selanjutnya waktu diukur setiap kenaikan satu derajat celcius, kenaikan suhu diukur 4 kali diusahakan arus konstan dengan mengatur tahanan geser Rg, dan dicatat hasil yang diperoleh, diakukan percobaan yang sama untuk rangkaian gambar 3.2(b)
11
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 24.1 Analisa Data
Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data-data sebagai berikut : Tabel 1. Data Percobaan Rangkaian A Arus Listrik = 0,3 A No.
m (gram)
V (Volt)
T(°C)
t (sekon)
1
120
6,5
21
187
2
120
6,5
22
384
3
120
6,5
23
632
4
120
6,5
24
893
Arus listrik = 0,4 A 1
120
8,75
21
99
2
120
8,75
22
216
3
120
8,75
23
322
4
120
8,75
23
469
Tabel 2. Data Percobaan Rangkaian B Arus Listrik = 0,3 A No.
M (gram)
V (Volt)
T(°C)
t (sekon)
1
120
6,75
21
248
2
120
6,75
22
454
3
120
6,75
23
742
4
120
6,75
24
1043
Arus listrik = 0,4 A 1
120
9
21
179
2
120
9
22
300
3
120
9
23
496
4
120
9
24
650
12
4.2 Perhitungan
Contoh perhitungan dengan Rangkaian A pada suhu 21 oC sebagai berikut :
= 6,5.0,3.187 = 364,65 Joule Q1 = w (Ta-Tm) = 120 (21-20) = 120 Kalori Q2= 0,26w (Ta-Tm) = 0,26.120 (21-20) = 31,2 kalori H = Q1+Q2 364,65 Joule = 120+31,2 364,65 Joule
= 151,2 Kalori
1 Joule = 0,41 Kalori Tabel 3. Tabel Perhitungan H dan Q Rangkaian A No.
I(A)
V(V)
(s)
H(J)
Q(kal)
1
0,3
6,5
187
364,65
151.2
2
0,3
6,5
197
384,15
151,2
3
0,3
6,5
248
483,6
151,2
4
0,3
6,5
261
508,95
151,2
5
0,4
8,75
99
346,5
151,2
6
0,4
8,75
117
409,5
151,2
13
7
0,4
8.75
106
371
151,2
8
0,4
8.75
147
514,5
151,2
Tabel 4. Tabel Harga 1 Joule Rangkaian A No.
H(J)
Q(kal)
Harga 1 Joule (kal)
1
364,65
151,2
0,414644
2
384,15
151,2
0,393596
3
483,6
151,2
0,312655
4
508,95
151,2
0,297082
5
346,5
151,2
0,436364
6
409,5
151,2
0,369231
7
371
151,2
0,407547
8
514,5
151,2
0,293878
Rata-rata
422,8563
0,365625
Tabel 5. Tabel Pehitungan H dan Q Rangkaian B No.
I(A)
V(V)
t (s)
H(J)
Q(kal)
1
0,3
6,75
187
502,2
151,2
2
0,3
6,75
197
417,15
151,2
3
0,3
6,75
248
583,2
151,2
4
0,3
6,75
261
609,525
151,2
5
0,4
9
99
644,4
151,2
6
0,4
9
117
435,6
151,2
7
0,4
9
106
705,6
151,2
8
0,4
9
147
554,4
151,2
14
Tabel 6. Tabel Harga 1 Joule Rangkaian B No.
H(J)
Q(kal)
Harga 1 Joule
1
502,2
151,2
0,301075
2
417,15
151,2
0,36246
3
583,2
151,2
0,259259
4
609,525
151,2
0,248062
5
644,4
151,2
0,234637
6
435,6
151,2
0,347107
7
705,6
151,2
0,214286
8
554,4
151,2
0,272727
Rata-rata
556,5094
0,279952
15
4.3 Grafik
Grafik Fungsi T Terhadap t Pada Rangkaian A 25 24 ) 23 C ° ( 22 T
Arus 0,3 A
21
Arus 0,4 A
20 0
5
10
15
20
t (menit)
Grafik 1. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian A
Grafik Fungsi T Terhadap t Pada Rangkaian B 25 24 ) 23 C ° ( 22 T
Arus 0,3 A
21
Arus 0,4 A
20 0
5
10
15
20
t (menit)
Grafik 2. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian B
16
4.4 Pembahasan
Percobaan kali ini berjudul panas yang ditimbulkan oleh arus listrik berkode L1 yang bertujuan unuk mengetahui konsep panas oleh a rus listrik, untuk membuktikan hukum Joule, dan untuk menentukan harga 1 Joule. Dalam percobaan tentang panas yang ditimbulkan oleh arus listrik ini digunakan dua rangkaian yang berbeda, yaitu rangkaian (a) dan rangkaian (b). Kedua rangkaian tersebut bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik. Perbedaan dari kedua rangkaian tersebut yaitu letak resistor/hambatan dalam rangkaian. Kedua rangkaian tersebut memiliki tingkat keakuratan yang berbeda hal ini disebabkan oleh letak dari hambatan yang berbeda. Hambatan digunakan sebagai penghambat arus. Pada setiap rangkaian dilakukan percobaan dengan 2 variasi arus yaitu 0,3A dan 0,4A. Pemberian kuat arus yang berbeda ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kuat arus terhadap panas atau suhu yang dihasilkan. Percobaan dilakukan dengan 4 variasi suhu. Suhu yang digunakan sebagai acuan adalah 20oC. Setiap kenaikan suhu 1 oC waktunya dihitung. Selama percobaan arus yang digunakan harus konstan, oleh karena itu tahanan geser harus diperhatikan. Yang dilakukan pertama kali dalam percobaan ini adalah merangkai gambar rangkaian a, setelah itu disambungkan dengan tegangan PLN. Pada rangkaian yang pertama ini letak resistor ada di belakang. Massa yang digunakan adalah 120 gram, dengan menggunakan arus 0,3 Ampere, dan tegangan yang dihasilkan 6,5 Volt. Dari percobaan ini kita mendapat data waktu dan suhu. Data yang dihasilkan adalah semakin tinggi suhu maka waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin lama. Pada rangkaian a dengan menggunakan kuat arus 0,4 Ampere dihasilkan tegangan sebesar 8,75 Volt dan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin cepat dibandingkan dengan arus sebesar 0,3 Ampere, karena semakin besar arus maka jumlah muatan listrik yang mengalir semakin banyak sehingga tumbukan antara muatan dengan logam akan s emakin besar. Grafik yang dihasilkan antara hubungan waktu dan arus adalah berbanding lurus. Nilai ratarata panas yang dihasilkan pada rangkaian a adalah 422,8 Joule dan rata-rata
17
harga 1 Joule pada rangkaian a adalah 0,365625 kalori. Hasil ini tidak sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa harga 1 Joule adalah 0,24 Kalori. Pada rangkaian b, juga dilakukan dengan menggunakan kuat arus yang berbeda yaitu 0,3 Ampere dan 0,4 Ampere. Pada rangkaian b dengan menggunakan arus 0,3 Ampere, dihasilkan tegangan sebesar 6,75 Volt. Semakin tinggi suhu maka waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin lama. Sedangkan pada rangkaian b dengan menggunakan arus 0,4 Ampere tegangan yang dihasilkan adalah 9 Volt dan waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin cepat dibandingkan dengan menggunakan arus 0,3 Ampere. Rata-rata nilai panas yang dihasilkan pada rangkaian b adalah 556,5 Joule dan rata-rata harga 1 Joule pada rangkaian b ini adalah 0,28 kalori. Hasil ini juga tidak sesuai dengan teori. Dari data rata-rata harga 1 Joule untuk kedua rangkaian, keduanya tidak sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa harga 1 Joule adalah 0,24 Kalori. Hal ini berarti adanya kesalahan/ketidaktelitian atau faktor – faktor lain yang menyebabkan kesalahan perhitungan. Dari perbandingan rangkaian a dan rangkaian b tersebut tersirat bahwa energi listrik yang diubah menjadi energi panas tidak hanya terserap oleh air maupun kalorimeter namun juga oleh faktor – faktor yang lain, sehingga jumlah energi panas yang diserap air dan kalorimeter tidak sama dengan energi listrik. Dari pengamatan percobaan yang kami lakukan ada beberapa kemungkinan yang menyebabkan terjadinya ketidakcocokan dengan teori dasarnya, antara lain : 1. Pada Kalorimeter tidak tertutup rapat sehingga memungkinkan terjadinya penyerapan panas oleh udara. 2. Panas yang ditimbulkan oleh arus listrik tidak langsung diserap oleh air (tidak semuanya) dan masih adanya panas yang tertinggal pada kawat spiral, hal ini terjadi karena ketidak seimbangan pada suhu. 3. Adanya ketidaktelitian dalam mengamati perubahan suhu dan waktu sehingga pengukuran mengalami ketidaktepatan. Oleh Karena itulah terjadi pelencengan terhadap harga sebenarnya
18
Mekanisme kerja kalorimeter sehingga bisa menghasilkan panas yang disebabkan oleh arus listrik adalah arus listrik yang mengalir yang menyebabkan adanya suatu beda potensial antara kedua ujung rangkaian listrik sehingga terjadi aliran muatan listrik. Muatan listrik tersebut bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi potensial. Akibat pembawa muatan yang bertumbukan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya maka akan terjadi suatu efek panas.
19
BAB V KESIMPULAN
Dari percobaan Hukum Joule yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Terbukti bahwa arus listrik bisa menimbulkan panas. Dengan demikian bunyi Hukum Joule terbukti. 2. Harga dari 1 Joule pada rangkaian a adalah 0,36 kalori dan harga 1 Joule pada rangkaian b adalah 0,28 kalori. 3. Perbandingan waktu dan arus berbanding lurus, semakin besar arus yg digunakan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu juga semakin cepat.
20
DAFTAR PUSTAKA
Frederick. 2006.University of Physics. Washington : Wesley Publishing. Giancoli, Douglas. 2001. Fisika 2. Jakarta : Erlangga. Halliday, David. 1985. Fisika 2. Jakarta : Erlangga. Mashuri, Ali Yunus Rohedi. 2004. Fisika Dasar I. Surabaya : ITS Press. Priyambodo, dkk. 2009. Fisika Dasar. Yogyakarta : ANDI OFFSET. Serway, Raymond A. John W. Jewett. 2004. Physics for Scientist and Engineers. USA : Thomson Brooks/Cole. Tipler, Paul A. 1996. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga. Zemansky, Sears and. 1986. Fisika Universitas II. Jakarta : Erlangga.
21
