Upload
shanti-nuraini
View
1.544
Download
102
Embed Size (px)
DESCRIPTION
lapres L1
Citation preview
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
1/23
i
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 ini digunakan dua rangkaian alat, yaitu
rangkaian (a) dan rangkaian (b). Hal ini untuk membandingkan rangkaian 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 terbukti bahwa arus listrik bisa menimbulkan panas.
Kata kunci : arus listrik, kalor, energi dan gaya listrik, teori hukum Joule, prinsip
kerja kalorimeter
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
2/23
ii
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 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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
3/23
1
BAB 1
PENDAHULUHUAN
1.1Latar BelakangSejauh 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 muatan-
muatan 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 untukmempercepat 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.
1.2PermasalahanPermasalahan 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.
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
4/23
2
1.3TujuanTujuan percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan
oleh arus listrik dan untuk membuktikan hukum Joule serta untuk menentukan
harga 1 joule.
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
5/23
3
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 -
3A) 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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
6/23
4
dan akibatnya menghasilkan arus pada kawat penghantar. Gerak dari elektron-
elektron 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 tsemua partikel dalam volume
Avdt, daerah yang melewati elemen luasan. Jumlah partikel dalam volume ini
adalah nAvdt, dan muatan totalnya adalah :
I=
= nqAvd....................................................(2.2)
(Tipler,1996)
Tahanan dan Tahanan JenisTahanan 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 200C.
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:
.............................................................(2.5)
Karena
, sehingga nilai tahanan dari konduktor adalah:
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
7/23
5
..............................................................(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.
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
8/23
6
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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
9/23
7
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).
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
10/23
8
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 jenisnya (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:
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
11/23
9
Kalorimeter Bom: alat yang digunakan untuk mengukur jumlahkalor yang dibebaskan pada proses pembakaran sempurna suatusenyawa. 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 yangdigunakan 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 sama katakanlah sebesar . Benda yang
bertemperatur lebih tinggi melepaskan panas, sebaliknya benda yangbertemperatur 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).
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
12/23
10
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. Contohumum 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).
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
13/23
11
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
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)
Gambar 3. 2 Rangkaian A Gambar 3. 1 Rangkaian B
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
14/23
12
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 3224 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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
15/23
13
4.2 Perhitungan
Contoh perhitungan dengan Rangkaian A pada suhu 21oC 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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
16/23
14
7 0,4 8.75 106 371 151,2
8 0,4 8.75147 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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
17/23
15
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
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
18/23
16
4.3 Grafik
Grafik 1. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian A
Grafik 2. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian B
20
21
22
23
24
25
0 5 10 15 20
T
(C)
t (menit)
Grafik Fungsi T Terhadap t
Pada Rangkaian A
Arus 0,3 A
Arus 0,4 A
20
21
22
23
24
25
0 5 10 15 20
T
(C)
t (menit)
Grafik Fungsi T Terhadap t Pada
Rangkaian B
Arus 0,3 A
Arus 0,4 A
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
19/23
17
4.4 Pembahasan
Percobaan kali ini berjudul panas yang ditimbulkan oleh arus listrik
berkode L1 yang bertujuan unuk mengetahui konsep panas oleh arus 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 1oC 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 semakin besar. Grafik yang
dihasilkan antara hubungan waktu dan arus adalah berbanding lurus. Nilai rata-
rata panas yang dihasilkan pada rangkaian a adalah 422,8 Joule dan rata-rata
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
20/23
18
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 556,5Joule 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 faktorfaktor lain yang menyebabkan
kesalahan perhitungan. Dari perbandingan rangkaian a dan rangkaian b tersebuttersirat 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 terjadinyapenyerapan panas oleh udara.
2. Panas yang ditimbulkan oleh arus listrik tidak langsung diserap oleh air (tidaksemuanya) 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 sehinggapengukuran mengalami ketidaktepatan.
Oleh Karena itulah terjadi pelencengan terhadap harga sebenarnya
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
21/23
19
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.
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
22/23
20
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 demikianbunyi Hukum Joule terbukti.
2. Harga dari 1 Joule pada rangkaian a adalah 0,36 kalori dan harga 1 Joulepada rangkaian b adalah 0,28 kalori.
3. Perbandingan waktu dan arus berbanding lurus, semakin besar arus ygdigunakan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu juga semakin
cepat.
5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE
23/23
21
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.