TARA KALOR LISTRIK Hifzul Arfana, Atikah Julia Nefab , Bayu Setiadi Putra b , Ade Chandra b aTeknik
Elektro, Rabu/Shift 2, Kamis/Shift 2, Kamis/Shift 3, Universitas Andalas bLaboratorium Fisika Dasar, Universitas Andalas
e-mail:
[email protected] Laboratorium Fisika Dasar Unand, Kampus Limau Manis, 25163
Abstrak
Percobaan tara kalor listrik bertujuan untuk menentukan tara kalor listrik (konstanta joule). Beberapa hukum yang mendasari tara kalor listrik, yaitu asas Black, hukum Joule, hukum termodinamika ke-0 dan hukum termodinamika ke-1. Nilai air kalorimeter ditentukan dari banyaknya kalor yang diterima. Nilai tara kalor listrik dipengaruhi oleh energi listrik yang digunakan dan energi panas yang dihasilkan. Alat yang digunakan adalah kalorimeter dengan pemanas. Percobaan dilakukan untuk menentukan nilai air kalorimeter dan konstanta joule, dengan cara memvariasikan nilai arus dan waktu. Nilai NA yang didapat pada praktikum 229,5 kal/˚C, kal/˚C, sedangkan nilai tara kalor listrik untuk variasi arus dan variasi waktu yang didapat pada praktikum 0,4 J/kal dan 2,06 J/kal. Variasi arus dan waktu tidak berpengaruh terhadap nilai J karena diimbangi oleh perubahan suhu. Berdasarkan hasil praktikum, nilai tara kalor listrik dan nilai air kalorimeter berbeda dengan literatur yang ada. Kata kunci kunci
: Konstanta Joule, Nilai Air Kalorimeter , Asas Black, Hukum Joule
I. Pendahuluan Listrik merupakan salah satu bentuk energi. Dalam rangkaian, energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Energi listrik dapat diubah menjadi kalor dan sebaliknya. Listrik dapat diubah menjadi kalor karena listrik merupakan konduktor yang baik. Kita mengetahui bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian juga menghasilkan panas. Pada peralatanperalatan yang menggunakan arus listrik sebagai sumber energinya, apabila di aktifkan pada jangka waktu tertentu, maka akan timbul panas pada bagian rangkaian listrik yang merupakan tempat atau pusat aktifitas arus listrik.
Dengan demikian, energi listrik yang digunakan oleh alat sama dengan beda tegangan atau beda potensial dan kuat arus selama waktu yang dibutuhkan, dimana : W=V i t
Ketika kumparan dialiri arus listrik, maka akan timbul panas pada kumparan tersebut. Panas yang ditimbulkan dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter yang telah diberi air sehingga panas diserap oleh air, tabung, serta kalorimeter. Banyak panas yang dihasilkan kalorimeter dapat dikonversikan dengan memulai percobaan pada suhu di bawah suhu kamar dan mengakhirinya pada suhu di atas suhu kamar, dimana : H=[Na + MC]
Tara kalor listrik adalah perbandingan antara besar energi listrik yang digunakan dengan panas yang dihasilkan, dimana:
J=
Teori yang mendasari tara kalor listrik adalah hukum Joule dan asas Black dimana suatu bentuk energi dapat diubah bentuknya menjadi energi yang lain. Hukum Joule dikembangkan oleh seorang ilmuan Inggris yang bernama James Prescott Joule (1818-1889), yang mengemukakan bahwa suatu kuantitas tenaga mekanik yang diberikan diubah menjadi kalor, maka kuantitas kalor yang sama selalu dikembangkan. Oleh karena itu, kesetaraan kalor dan kerja mekanis sebagai dua bentuk tenaga yang telah diperlihatkan secara pasti. Prinsip kerja kalorimeter berdasarkan pengamatan Joseph Black (1720-1799), seorang ilmuan Inggris yang dikenal dengan asas Black yang berbunyi, “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan banyaknya kalor yang diterima oleh zat yang suhunya lebih rendah”. Nilai air kalorimeter adalah panas yang diperlukan untuk menaikkan satu satuan derajat suhu kalorimeter. Nilai kalorimeter sering ditentukan dengan menggunakan asas Black, sehingga didapatkan persamaan berikut: NA=
map.Cap.( Tap – Ts ) – mad.Cad.( Ts – Tad )
Gambar 1. Susunan peralatan menentukan konstanta joule Zat yang berbeda dalam kapasitas kalor diperlukan untuk menghasilkan suatu kenaikan temperatur. Adapun perpindahan suhu dapat terjadi melalui panas, proses elektrolisa, kemagnetan dan adanya gerakan.
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh satu gram zat untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celsius. Terdapat tiga jenis perpindahan kalor yaitu; (1) konduksi yaitu perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel zat penghantarnya, (2) konveksi yaitu perpindahan kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel zat, (3) radiasi yaitu perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. II. Metodologi Penelitian
2.1. Alat dan Bahan
Kalorimeter dengan pemanas digunakan sebagai pemanas air dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan, catu daya digunakan sebagai sumber listrik, amperemeter digunakan untuk mengukur arus listrik, voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan listrik, tahanan geser digunakan sebagai tahanan beban, termometer digunakan untuk mengukur suhu, pemanas listrik digunakan sebagai alat pemanas, bejana logam digunakan sebagai wadah untuk memanaskan air.
( Ts – Tad )
Untuk mengukur nilai konstanta joule, rangkaian disusun seperti gambar 1.
2.2. Prosedur percobaan
A. Menentukan nilai air kalorimeter Massa kalorimeter kosong dan pengaduk ditimbang, lalu air dimasukkan kira-kira 1/4 bagian dan ditimbang kembali. Suhu awal air dicatat. Didihkan air dalam bejana logam dan suhunya dicatat, lalu air yang mendidih dituangkan kira-kira 3/4 bagian. Kemudian diaduk dengan pengaduk dan suhu kesetimbangan dicatat. Kalorimeter ditimbang kembali setelah tercapai
kesetimbangan. Masing-masing penimbangan dilakukan sebanyak 3 kali.
membesar. Jadi, nilai I berbanding lurus dengan nilai J.
B. Mengukur konstanta Joule
Tabel 2. Nilai tara kalor listrik variasi arus
Air kira-kira 2/3 bagian dimasukkan ke dalam kalorimeter, suhu awal dicatat. Rangkaian disusun seperti gambar 1, lalu dialiri arus sebesar 1 A. Kemudian suhu dicatat setiap 2 menit selama 30 detik. Tegangan diukur dan dicatat sewaktu percobaan. Langkah 1 sampai 4 diulangi untuk arus sebesar 1,5 A dan 2 A. III. Hasil dan Pembahasan
No
I (A)
ΔT (˚C)
t (s)
W (J)
H (kal)
J (J/kal)
1.
1
1,8
120
132
579,6
0,23
2.
1,5
2,2
120
270
708,4
0,38
3.
2
2,5
120
504
805
0,63
4. Bandingkan nilai J praktikum dengan nilaia J literatur ( J literatur = 4,22 J/kal) Nilai J variasi waktu dan arus berbeda dengan J literatur yang ada. Nilai J praktikum 2,06 dan 0,4 J/kal sedangkan nilai J literatur 4,22 J/kal.
3.1. Analisis hasil pengukuran
1. Bagaimana NA pada praktikum Nilai NA dipengaruhi oleh besarnya selisih suhu setimbang dengan suhu air dingin. Nilai NA praktikum berbeda dengan nilai NA literatur, hal itu dapat diketahui dengan melihat nilai Ckal. Kalorimeter berbahan alumunium sehingga nilai Ckal sama dengan 0,22 kal/gram˚C sedangkan hasil percobaan yang didapat 0,68 kal/gram˚C. 2. Bagaimana pengaruh waktu terhadap nilai J Dilihat dari hasil praktikum, hubungan variasi waktu terhadap nilai J adalah berbanding lurus. Namun berdasarkan teori, nilai J tetap seiring kenaikan t karena diimbangi oleh kenaikan ΔT.
5. Kesalahan yang terjadi Kesalahan yang terjadi dikarenakan kurangnya ketelitian pada saat mengambil dan mengolah data. 3.2. Analisis nilai ralat
Dari perhitungan yang telah dilakukan, nilai ralat pada variasi waktu dan arus lebih besar dari 5% artinya data yang diperoleh tidak akurat. Tabel 3. Ralat variasi waktu No 1 2 3
J 1,76 1,99 2,44
J̅
2,06 2,06 2,06
(J- J̅) -0,3 -0,67 0,38
(J- J̅)2 0,09 0,0049 0,1444 ∑( J − J̅)2= 0,2393
Tabel 1. Nilai tara kalor listrik variasi waktu No
I (A)
ΔT (˚C)
T (s)
W (J)
H (kal)
J (J/k al)
1.
2
1,4
120
792
450,8
1,76
2.
2
1,8
220
1152
579,6
1,99
Tabel 4. Ralat variasi arus
3.
2
2,2
360
1728
708,4
2,44
0,4 0,4 0,4
3. Bagaimana pengaruh arus terhadap nilai J Berdasarkan hasil praktikum, nilai arus yang diperbesar membuat nilai J juga ikut
Ralat Mutlak (RM) yang diperoleh dari hasil perhitungan sebesar 0,35 J/kal sehingga nilai Ralat Nisbi (RN) sebesar 17%.
No 1 2 3
J 0,23 0,38 0,63
J̅
(J- J̅) -0,17 -0,02 0,23
(J- J̅)2 0,0289 0,0004 0,0529 ∑( J − J̅)2 = 0,0822
Ralat Mutlak (RM) yang diperoleh dari hasil perhitungan sebesar 0,2 J/kal sehingga nilai Ralat Nisbi (RN) sebesar 50%
IV. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa variasi arus dan waktu tidak berpengaruh terhadap nilai J karena diimbangi oleh perubahan suhu. Nilai konstanta joule berbanding terbalik dengan panas yang dihasilkan dan berbanding lurus dengan listrik yang dialirkan. Nilai J praktikum berbeda dengan nilai J literatur sehingga data yang diperoleh tidak akurat. V. Ucapan terima kasih
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan karunia-Nya, kami dapat menyelesaikan jurnal tentang Tara Kalor Listrik (L4). Terima kasih kepada kepala dan staf Laboratorium Fisika Dasar yang mendukung proses praktikum. Terima kasih juga kepada koordinator umum Ade Chandra, koordinator alat Bayu Septiadi Putra, koordinator jurusan Teknik Elektro Mita Lerina, Nadia Yudia Putri, Wulan Syaftira, S.Si yang telah mengkoordinir kegiatan praktikum. Asisten pembimbing Atikah Julia Nefa serta asisten Laboratorium Fisika Dasar yang telah memberi bimbingan selama pembuatan jurnal dan praktikum. Terima kasih juga kepada rekan kelompok yang saling bekerja sama hingga pembuatan jurnal selesai. Referensi
1. 2.
Halliday, David, 1985, Physic 3rd Edition, Bandung ; Erlangga Tipler, Paul A, 1998, Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jakarta ; Erlangga
