Kesetaraan Panas Listrik
Disusun Oleh : 1. Angela Natalie Kodrat
(6132039)
2. Eric Yonathan
(6132064)
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SURABAYA TAHUN 2014
I.
Judul Percobaan Kesetaraan Panas Listrik
II.
Tujuan Percobaan 1. Memperagakan adanya hubungan energi listrik dengan panas 2. Menentukan angka kesetaraan joule dengan kalori
III.
Dasar Teori Energi bermacam-macam jenisnya, diantaranya energi mekanik, energi kalor (panas), energi listrik, energi kimia, energi nuklir dan sebagainya. Energi dapat berubah dari suatu bentuk ke bentuk lain karena energi bersifat kekal. Energi listrik pada hakikatnya merupakan energi mekanik elektronelektron yang berada dalam kawat penghantar dan memiliki satuan Joule. Elektron-elektron tersebut bergerak dari kutub negatif ke kutub positif yang menyebabkan timbulnya arus listrik dengan arah berlawanan arah gerak elektron. Energi listrik yang dihasilkan pada kawat dapat dihitung dengan rumus
dengan V = beda potensial antara ujung-ujung
kawat; i = arus listrik yang digunakan; t = lamanya arus dialirkan. Pada percobaan ini, energi listrik yang mengalir pada kawat masuk ke dalam air di kalorimeter dan diserap sebagai energi panas (kalor) yang digunakan untuk menaikkan temperaturnya. Suatu benda bersuhu semakin tinggi maka akan memiliki kandungan kalor yang semakin besar. Suhu benda lebih tinggi berarti tenaga gerak atom atau molekul dari benda itu lebih besar dan berlaku sebaliknya. Kalor yang diserap oleh air dan kalorimeter dapat dirumuskan sebagai berikut: (
)
dengan ∆T = suhu akhir-suhu awal. Kalorimeter adalah wadah tempat pencampuran dua zat atau lebih dapat berlangsung pada keadaan yang mendekati keadaan ideal. Keadaan ideal merupakan keadaan yang tidak memungkinkan adanya interaksi
sistem dalam kalorimeter dengan lingkungannya karena kalorimeteri terisolasi (isolator berupa gabus dan penutup plastik) sehingga tidak ada aliran kalor keluar dan masuk sistem. Hal ini menjamin energi listrik dikonversikan menjadi kalor seluruhnya (efisiensi mendekati 100%). Kalor jenis (c) merupakan jumlah energi yang dibutuhkan zat tiap satuan massa untuk mengubah temperaturnya. Dengan kata lain jumlah kalor Q yang dibutuhkan satu benda dengan benda lain berbeda satu sama lain. Berdasarkan konversi energi listrik menjadi energi panas dapat dihitung angka kesetaraan panas energi listrik:
dengan Q dalam kalori dan W dalam Joule Berdasarkan literatur (Felder, Rousseau. 2005. Elementary Principles of Chemical Processes. “Factor of Unit Conversion”. New Jersey: John & Wiley), kesetaraan antara kalori dengan Joule adalah sebagai berikut:
IV.
Cara Kerja dan Alat Cara Kerja : 1. Menimbang bejana kosong kalorimeter (bagian dalam) dengan timbangan digital. 2. Mengisi bejana kosong dengan air sampai kira-kira kawat pemanas tercelup. 3. Mendinginkan air dalam bejana dengan es batu hingga suhunya mencapai 14oC – 15oC di bawah suhu kamar (suhu kamar 29o C). Melakukan langkah 4 – 7 sesegera mungkin :
4. Menimbang bejana berisi air yang telah didinginkan, kemudian menghitung dan mencatat massa air dalam kalorimeter. 5. Memasukkan bejana berisi air dingin ke dalam kalorimeter luar, serta memasang pengaduk dan termometer pada kalorimeter. 6. Memasang rangkaian listrik dengan amperemeter dan voltmeter terhadap kutub-kutub kalorimeter. 7. Menyalakan power supply dan mengatur arus sebesar 2 Ampere serta mencatat beda potensialnya. 8. Mulai menjalankan stopwatch ketika suhu mencapai 17oC (suhu sistem 12oC di bawah suhu kamar) dan mencatat waktu yang dibutuhkan untuk setiap kenaikan suhu 1oC. Kemudian menggerakkan pengaduk perlahan-lahan selama percobaan diakukan agar panas tersebar merata. 9. Melakukan pencatatan waktu berulang hingga suhu mencapai 41oC (suhu sistem 12o C di atas suhu kamar). 10. Setelah suhu akhir tercapat, matikan stopwatch dan power supply. 11. Mengulangi langkah-langkah di atas dengan mengubah massa air yang digunakan (perbedaan massa air harus cukup besar). Alat : 1. Kalorimeter dengan pemanas 2. Termometer 3. Stopwatch 4. Voltmeter 5. Amperemeter 6. Power supply 7. Pendingin / Es 8. Pengaduk 9. Timbangan digital
V.
Data Hasil Pengukuran Massa kalorimetri kosong (bejana dalam)
= 53,2 g
Kalor jenis kalorimeter
= 0,215
Kalor jenis air
=1
⁄
⁄
Tabel hasil pengukuran Massa air 1
= 111,4 g
V=8 V, I = 2 A Suhu air ( ) Waktu(s) 17 0 18 13 19 20 20 38 21 67 22 106 23 149 24 183 25 218 26 255 27 296 28 337 29 377 30 417 31 460 32 508 33 554 34 603 35 650 36 709 37 756 38 818 39 871 40 927 41 978
Massa air 2 = 153,9 g V=8 V, I = 2 A Suhu air ( ) Waktu(s) 17 0 18 34 19 75 20 115 21 159 22 208 23 257 24 302 25 351 26 403 27 448 28 505 29 557 30 613 31 666 32 727 33 783 34 845 35 902 36 964 37 1022 38 1087 39 1150 40 1227 41 1306
Analisa Data Metode Grafik : (
(
Maka
)
)
(
)
(
)
dengan M = mair. cair dan H = mkalorimeter. ckalorimeter (
)
(
dimana adalah y,
) (
)
adalah B, (
)adalah x
0 adalah A.
Grafik :
Waktu[t(s)] vs Perubahan suhu [∆T( )] 1400
Mencari kecepatan rambat bunyi di udara dengan metode grafik : Percobaan 2
1200 1000
t = 54.75(∆T) - 71.65 = R² 333,750 m/s = 0.995
800
t (s)
VI.
Percobaan 1
600
t = 43.05(∆T) - 108.6 R² = 0.989
400 200 0 0
5
10
15
∆T
Percobaan 1 dengan massa air 1 Menghitung nilai dari grafik : (
)
(oC)
= 111,4 g
20
25
30
(
)
= 0,185
⁄
Error dan Akurasinya : Error =
=
= 22,715%
Akurasi = (100-22,715)% = 77,285 %
Percobaan 2 dengan massa air 2
= 153,9 g
Menghitung nilai dari grafik : (
)
(
)
= 0,194
⁄
Error dan Akurasinya : Error =
=
= 19,285%
Akurasi = (100-19,285)% = 80,715 %
VII.
Pembahasan Percobaan “Kesetaraan Panas Listrik” bertujuan untuk mengetahui angka kesetaraan energi listrik dan energi panas. Percobaan ini dilakukan dengan mengalirkan arus pada kawat yang dicelupkan ke dalam air yang berada di kalorimeter yang terisolasi. Air dalam calorimeter sebelumnya didinginkan hingga 17o C lalu ditimbang massanya. Air kemudian segera dimasukkan dalam kalorimeter dan dihubungkan dengan power supply
sambil terus diaduk perlahan. Setiap kenaikan suhu 1oC diukur waktunya dan dilakukan mulai suhu 17oC hingga suhu 41oC (interval 12oC di bawah dan diatas suhu ruang). Arus listrik yang digunakan sebesar 2 Ampere dan tegangannya 8 Volt, sedangkan massa air dalam kalorimeter divariasikan 2 kali yaitu 111,4 gram dan 153,9 gram. Kenaikan suhu air dari 17oC hingga suhu 41oC menunjukkan bahwa energi listrik yang berasal dari energi mekanik elektron-elektron hilang dari kawat dan berubah menjadi energi panas (kalor) yang diserap oleh air. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara energi listrik dengan energi panas. Dari data percobaan diperoleh grafik waktu (t) terhadap perubahan suhu (∆T). Untuk variasi massa air 111,4 gr persamaan garisnya adalah t = 43,05(∆T) – 108,6 dengan R² = 0,989 sedangkan untuk massa air 153,9 gram persamaan garisnya adalah t = 54,75(∆T) – 71,65 dengan R² = 0,995. Dari rumus energi listrik (W) dan energi panas (Q) serta hubungan (
(
)
)
(
didapat penurunan rumusnya )
. Dengan
demikian, nilai dari grafik
dapat dihitung dengan rumus
. Angka
kesetaraan panas-listrik yang didapat dari percobaan pertama adalah ⁄
⁄
dan dari percobaan kedua
Dibandingkan
⁄
, akurasi pada percobaan pertama
sebesar 77,285% sedangkan pada percobaan kedua 80,715%.
Massa air yang divariasikan dalam percobaan ini memiliki pengaruh terhadap waktu yang diukur. Dari grafik t terhadap ∆T terlihat bahwa gradien grafik pada percobaan kedua (massa air 153,9 gram) lebih besar daripada percobaan pertama (massa air 111,4 gram), sedangkan gradien grafik tersebut adalah
. Hal ini berarti semakin
besar gradien, maka dengan perubahan suhu yang sama akan dibutuhkan waktu yang lebih besar (lebih lama). Pengaruh massa terhadap waktu juga dibuktikan dengan rumus
(
)
percobaan 1 dan 2 dengan V, I, cair, ckalorimeter, ∆T dan
. Dari
tetap, maka hasil
pengukuran waktu hanya bergantung pada massa air yang digunakan sedangkan massa air berbanding lurus dengan waktu. Dengan demikian, semakin besar massa air maka waktu yang dibutuhkan semakin lama. Adanya error antara hasil
dengan
dapat
disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya: -
Kalorimeter tidak terisolasi sempurna sehingga terjadi aliran panas dari sistem ke lingkungan (energi listrik tidak seluruhnya terkonversi menjadi energi panas) sehingga mempengaruhi hasil penghitungan angka kesetaraan ( )
-
Ketidaktelitian dalam membaca skala termometer karena posisi mata tidak tegak lurus skala termometer
-
Ketidaktelitian praktikan dalam menekan tombol stopwatch (terlalu cepat atau terlalu lambat)
-
Ketidakstabilan dalam mengaduk sehingga kalor tidak tersebar secara merata
-
Ketidaktelitian praktikan dalam mengatur arus dan voltage yang diinginkan untuk mengonvert energi lisrik menjadi panas (Arus dan voltage yang digunakan tidak tepat menunjukkan 2 A dan 8 V)
-
Adanya ketidakstabilan arus yang dialirkan ke kawat tahanan akibat pengadukan yang terlalu keras sampai menyentuh kawat
-
Ketidakakuratan praktikan dalam menimbang massa kalorimeter maupun air karena timbangan digital yang digunakan tidak tertutup rapat sehingga dapat mempengaruhi massa benda
VIII.
Kesimpulan 1. Terjadi hubungan antara energi listrik dan energi panas yang
ditunjukkan oleh kenaikan suhu air dalam sistem, karena energi listrik berubah menjadi energi panas. 2. Angka kesetaraan joule dengan kalori ( ) yang didapat dari percobaan pertama adalah dari percobaan kedua
IX.
⁄
dengan akurasi 77,285% sedangkan ⁄
dengan akurasi 80,715%.
Daftar Pustaka -
Felder, Rousseau. 2005. Elementary Principles of Chemical Processes. “Factor of Unit Conversion”. New Jersey: John & Wiley
-
Pengertian Energi Listrik. http://www.anneahira.com/pengertianenergi-listrik.htm
-
Tara Kalor Listrik. http://lovecappucino.wordpress.com/category/updatepraktikum/fisika-dasar/tara-kalor-listrik/
-
Sinau Online : Kesetaraan Kalor Listrik. http://ayosinauonline.blogspot.com/2010/08/kesetaraan-kalorlistrik.html
Lampiran :
Alat- alat yang digunakan dalam percobaan:
KALORIMETER dengan PEMANAS
PENGADUK
TERMOMETER
AMPEREMETER
PENDINGIN (ES)
STOPWATCH
VOLTMETER TIMBANGAN DIGITAL POWER SUPPLY
