PENGUKURAN KESETARAAN KALOR-LISTRIK
I.
PENDAHULUAN
a. Pendah ndahul ulua uan n Hukum kekekalan energi menyatakan ahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat diuah dari suatu bentuk menjadi bentuk yang lain. Salah satu contohnya adalah energi energi listrik listrik diubah menjadi energi panas. Pengubahan energi listrik menjadi energi panas banyak ditemui di kehidupa kehidupan n seharisehari-har hari, i, seperti seperti pada pemanas pemanas ruangan ruangan elektr elektronik onik atau atau pada setrika.
b. Tujuan
-
Memperagakan adanya hubungan tenaga listrik dengan tenaga
panas
-
II.
Menentukan angka kesetaraan joule dengan kalori
DASAR TEORI
Bilanga Bilangan n yang menyat menyatakan akan besarn besarnya ya tenaga tenaga listri listrik k yang setara dengan dengan 1 satuan tenaga panas dinamakan angka kesetaraan kalor-listrik. Kesetaraan kalor mekanis pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil tenaga mekanik dari beban yang jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter kalorimeter sehingga sehingga air menjadi panas. Cara lain adalah dengan mengubah mengubah tenaga listrik listrik menjadi tenaga panas dalam dalam suatu suatu kawa kawatt tahan tahanan an yang yang terc tercel elup up dalam dalam air air yang yang bera berada da di dalam dalam kalorimeter. Tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya : W = V i t (Joule) t (Joule) dengan V = beda potensial antara ujung-ujung kawat (dalam volt), i = luat arus (dalam (dalam ampere ampere)) dan t = lamanya lamanya arus arus mengal mengalir ir (dalam (dalam detik). detik). Tenaga Tenaga listri listrik k besarnya besarnya Vit joule Vit joule ini adalah tenaga mekanik yang hilang dari elektron-elekt elektron-elektron ron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung berpotensial tinggi. Tenaga ini berubah menjadi panas.
Jika tidak ada panas yang keluar dari kalorimeter, maka panas yang timbul besarnya : Q = (m + H )(T a – T m) (kalori) dengan m = massa air, H = harga air kalorimeter beserta pemanas dan pengaduk, T a = temperatur akhir, dan T m = temperatur mula-mula. Panas yang keluar dari kalorimeter dapat sangat berkurang dan dianggap tak ada jika selisih antara temperatur akhir dengan temperatur kamar sama dengan selisih antara temperatur kamar dengan temperatur mula-mula. Besarnya angka kesetaraan kalor/listrik (a) adalah : a
III.
=
W Q
Vit
=
( m + H )(T a
− T m )
METODE EKSPERIMEN
a. Metode yang Digunakan Pada persamaan
W = V i t Q = (m + H )(T a – T m) a
=
W Q
=
Vit ( m + H )(T a
− T m )
diperoleh massa air m1 : a
=
Vit 1 ( m1 + H ) ⋅ ∆T 1
..........................(1)
dan untuk massa air m1 : ∆T 1 = T a1 – T m1
..........................(2)
dengan ∆T 1 = T a1 – T m1 dan ∆T2 = T a2 – T m2 Selanjutnya dengan pengaturan, dapat dituliskan untuk persamaan (1) dan (2) : H =
dan
H =
Vit 1 a ⋅ ∆T 1 Vit 2 a ⋅ ∆T 2
− m1
..........................(3)
− m2
..........................(4)
Bila tidak ada perubahan, baik komposisi maupun massa pada kalorimeter dan pengaduk untuk dua massa air yang berbeda, maka persamaan (3) adalah sama
dengan persamaan (4), sehinga H dapat dieliminasi, dan kemudian diselesaikan untuk a. Hasilnya adalah : a
=
t 1 t 2 − m1 − m2 ∆t 1 ∆t 2 Vi
...............(5)
Semua besaran dalam ruas kanan persamaan (5) adalah besaran hasil pengamatan, jadi a dihitung hanya dari hasil-hasil pengamatan. Sekilas nampak adanya ketidakcocokan satuan pada persamaan (5), karena nilai kapilaritas panas air tidak dituliskan (1 kal/g∙0C). Ralat dalam a dihitung dengan rumus perambatan ralat. Menentukan
a
dengan cara grafik
Untuk suatu massa air m1, persamaan a
∆T =
Vi ( m + H ) ⋅ a
=
Vit 1 (m1 + H ) ⋅ ∆T 1
dapat dituliskan
⋅ t
Dari persamaan di atas, terlihat bahwa jika diuat grafik antara t dengan ∆T , akan diperoleh garis lurus dengan kemiringan slope
=
Vi ( m + H ) ⋅ a
Jika harga air kalorimeter+pengaduk diketahui maka a dapat dihitung dari kemiringan garis.
b. Alat dan Bahan
- Kalorimeter dengan pengaduk dan pemansa - Voltmeter AC (0 – 15 V) - Amperemeter AC (0 – 5 A) - Termometer (-100 – 1000 C) - Transformator Ster-Down (220 V ke 18 V AC) - Hambatan geser - Saklar - Timbangan
- Stopwatch c. Skema Percobaan
Keterangan gambar : T = trafo step down S
= saklar
V = voltmeter A = amperemeter VR = hambatan geser
d. Tata Laksana Percobaan 1)
Kalorimeter kosong (bejana dalam) ditimbang. Kemudian diisi
dengan air sampai kira-kira kawat pemanasnya tercelum, dan ditimbang lagi. Massa air dihitung dari selisihnya. 2)
Temperatur kamar (To) dicatat. Kalorimeter tadi didinginkan
dalam lemari es sampai beberapa derajat di bawah temperatur kamar. 3)
Kalorimeter dipasang.
4)
Rangkaian listrik dipasang seperti pada skema.
5)
Rangkaian tersebut dihubungkan, saklar ditutup dan tahanan geser
diatur sehingga arusnya bernilai 2 ampere. Pastikan bahwa pemanas telah tercelup air sebelm saklar ditutup. 6)
Air diaduk kemudian temperatur mula-mula (Tm) dicatat.
IV.
7)
Saklar ditutup seketika itu stopwatch dinyalakan.
8)
Langkah-langkah diatas diulangi dengan massa air yang berbeda.
DATA, GRAFIK dan ANALISA
a. Data Untuk m1 : Massa kalorimeter kosong
: 115 gr
Massa kalorimeter + air
: 350 gr
Massa air (m1)
: 235 gr
Temperatur kamar (T o)
: 27 0C
Temperatur mula-mula (T m)
: 19 0C
Temperatur akhir (T a)
: 53 0C
Beda potensial (V )
:7V
Arus ( I )
:2A
Lama Pemanasan (t )
: 38 menit
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
T (m) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
0
∆T ( C) 4 5 7 8 9 11 12 13 15 16 17 19 20 21 22 23 25 26 27
Untuk m2 : Massa kalorimeter kosong
: 115 gr
Massa kalorimeter + air
: 300 gr
Massa air (m2)
: 190 gr
Temperatur kamar (T o)
: 27 0C
Temperatur mula-mula (T m)
: 21 0C
Temperatur akhir (T a)
: 64 0C
Beda potensial (V )
:7V
Arus ( I )
:2A
Lama Pemanasan (t )
: 26 menit
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
t 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
∆T 3 4.5 6.5 8.5 10.5 12 14 15.5 17 19 20.5 22 23
b. Analisa Data Dengan penghitungan rumus :
t 1 t 2 − m1 − m2 ∆t 1 ∆t 2 7 ⋅ 2 38 ⋅ 60 26 ⋅ 60 a= − 235 − 190 4 2
V.
Vi
a
=
a
=
14
a
=
a
=
⋅ −210 45 −65.33
45 14
( 570 − 780 )
PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini dilakukan dua kali percobaan. Prinsip kedua percobaan ini adalah sama , yang membedakan adalah massa airnya. Pada saat percobaan, kalorimeter kosong ditimbang, saat diisi air pun ditimbang, hal ini
dilakukan untuk menghitung selisihnya yakni massa air. Setelah itu air didiamkan sebentar dalam lemari pendingin untuk manurunkan suhunya. Setelah itu kalorimeter dipasang dan waktu dicatat. Sambil diaduk-aduk termometer diperhatikan untuk kenaikan suhunya. Hasil yang diperoleh setelah dilakukan analisa adalah a = -65.33 Kelebihan metode yang digunakan pada praktikum kali ini adalah metode ini tergolong sederhana dan tidak rumit. Namun kekurangannya adalah dituntut untuk bersabar saat menunggu air dipanaskan hingga mencapai suhu yang diinginkan.
VI.
KESIMPULAN
Dengan cara pengitungan rumus didapatkan hasil a = -65.33
VII.
REFERENSI
Johannes, H. 1978. Listrik dan Magnet. Jakarta: PN Balai Pustaka. Meiners, F. M., Eppenstein, W., dan Kenneth H. Moore. 1969. Laboratory Physics Chapter VI. New York: John Wiley & Sons.
