Ibaram Gunarsa - Hukum Joule

Trial version of e-PDF Document Converter

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA NAMA : Ibram Gunarsa

NIM : 03081005020

LAPORAN

PRAKTIKUM FISIKA DASAR II

Nama : Ibram Gunarsa

NIM : 03081005020

Judul Percobaan : Hukum Joule

Tujuan Percobaan :

1. Dapat memahami terjadinya panas yang ditimbulkan arus listrik berdasarkan

Hukum Joule.

2. Dapat menghitung panas jenis suatu larutan dengan metode listrik.

Alat dan Bahan beserta Fungsinya :

1. Kalorimeter yang dilengkapi dengan kawat pertahanan.

Berfungsi untuk mengukur kalor atau panas.

2. Thermometer

Berfungsi untuk mengukur suhu.

3. Voltmeter

Berfungsi untuk mengukur tegangan listrik.

4. Amperemeter

Berfungsi untuk mengukur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.

5. Sumber arus atau power supply

Berfungsi sebagai sumber untuk menglirkan arus listrik.

6. Kabel

Berfungsi untuk menyambungkan arus listrik.

7. Stopwatch

Berfungsi untuk mengukur waktu dalam melakukan percobaan.

Dasar Teori

Didalam kehidupan, semua makhluk hidup yang hidup dibumi ini sangat

memerlukan energi. Energi stsu sering disebut dengan tenaga, adalah suatu

pengertian yang sering kali digunakan orang, energi merupakan suatu kemampuan

untuk melakukan usaha.

Please purchase 'e-PDF Creator' on http://www.e-pdfconverter.com to remove this message.


http://www.e-pdfconverter.com






NIM : 03081005020

Akhir-akhir ini kita banyak mendengar tentang krisis energi, yang tidak lain

disebut bahan baker. Bahan bakar adalah sesuatu yang menyimpan energi, dalam

kehidupan sehari-hari kita menghubungkan arti energi dengan gerak, misalnya

seorang anak yang sering melakukan kegiatan seperti berlari atau melakukan gerak

dikatakan penuh dengan energi.

Dalam fisika kita juga artikan energi sebagai kemampuan melakukan kerja.

Energi di alam juga merupakan sesuatu besaran yang kekal. Energi dapat dari suatu

benyuk ke bentuk lain, misalnya pada kompor dapur, energi yang dilakukan atau

disimpan didalam minyak tanah diubah menjadi api. Selanjutnya jika digunakan

untuk memanaskan air, energi diubah ke bentuk lain menjadi gerak molekul-molekul

air.

Energi juga dapat dipindahkan dari suatu tempat suatu benda ke benda lain,

atau secara umumnya dari suatu system ke system lain. Perpindahan energi disebut

dengan transfer energi. Sebagai contoh kita didapur, energi pembakaran yang ada

dalam api dipindahkan ke air yang berada dalam panic. Perpindahan energi ini terjadi

karena perubahan temperature, yang disebut dengan kalor. Energi juga dapat

dipindahakan dari suatu system ke system lain melalui gaya yang mengakibatkan

pergeseran benda. Perpindahan energi semacam ini kita kenal sebagai kerja mekanik

atau kita katakan sebagai kerja saja.

Energi adalah suatu kuantitas yang kekal, yang dapat berubah bentuk, dan

juga dapat pindah dari system ke system lain, akan tetapi jumlah keseluruhannya

tetap. Energi tidak dapat dibentuk dari nol juga tidak dapat dimusnahkan. Kita hanya

dapat merubah bentuk energi atau memindahkan energi. Energi yang sering

digunakan manusia adalah energi listrik. Oleh karena energi listrik dapat diubah

bentuknya menjadi energi bentuk lain dengan mudah, energi listrik juga mudah

diangkut dengan menggunakan kawat-kawat sebagai penghantarnya. Jadi energi

listrik itu lebih mudah dimanfaatkan disbanding dengan energi lainnya. Hanya

dengan menekan tombol sakelar saja, maka kita dapat memutar motor listrik,

menghidupkan lampu, dan sebagainya.

Energi listrik antara lain dapat diubah menjadi energi-energi lain sebagai

berikut;

- energi kimia dengan menggunakan elektrolisa,

- energi panas, misalnya pada setrika listrik,

- energi cahaya, misalnya pada lampu pijar,

- energi mekanik, misalnya pada motor listrik.

Apabila suatu rangkaian panghantar yang memiliki beda potensial V dan

dialiri arus listrik I dalam waktu t detik, maka energi listrik yang terjadi dalam

penghantar itu dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut :









NIM : 03081005020

W = V . I . t

Berdasarkan hokum Ohm, dapat kita ketahui bahwa ;

V = I . R atau I = V / R

Tahanan yang dialiri arus listrik akan menimbulkan sejumlah panas yang

jumlahnya dapat diukur atau ditentukan melalui rumus berikut :

Q = 0,24 V . I . t ….. (1)

Keterangan, Q = panas yang ditimbulkan (kalori)

V = beda potensial (Volt)

I = kuat arus (Ampere)

t = lama arus yang mengalir (detik)

R = besar tahanan (Ohm)

Panas yang diterima oleh larutan (termasuk calorimeter) adalah sebagai

berikut :

Q = ( M . C + m . Ckal ) ( Ta – Tm ) ….. (2)

Keterangan, M = massa larutan (gram)

C = panas jenis larutan (kalori/gram0C)

m = massa kalorimeter + pengaduk (gram)

Ckal = panas jenis kalorimeter (kalori/gram0C)

Ta = temperature akhir larutan (0C)

Tm = temperature awal larutan (0C)

Apabila tidak ada panas yang hilang maka perlu dilakukan pada persamaan

(1) dan (2), yaitu terhadap pertukaran panas yang terjadi antara calorimeter dan

sekelilingnya (efek pendingin) dan terhadap arus yang mengalir ke alat ukur

voltmeter. Koreksi di berikan melalui penggantian antara Ta dan Ta’ serat antara I

dan I’ sehingga kedua persamaan tersebut menjadi :

Ta’ = Ta + ( Ta + Tc )

Keterangan, Tc = temperature yang dicapai oleh larutan setelah sumber arus

diamati selama jangka waktu t/C









NIM : 03081005020

I’ = I V / R

Keterangan, R = besar tahanan alat ukur voltmeter

Berdasarkan persamaan W = V . I . t , maka :

W = ( I . R ) I . t sehingga W = I2 R . t

Persamaan diatas disebut sebagai hukum Joule yang menyatakan bahwa

energi yang dikeluarkan oleh suatu penghantar akan :

- berbanding lurus dengan kuadrat arus yang melaluinya,

- berbanding lurus dengan hambatan penghantar,

- berbanding lurus dengan lamanya arus yang mengalir

Perpindahan Panas

Andaikan suatu system A yang memiliki suhu lebih tinggi dari suatu system

dihubungkan system B. Apabila sudah tercapai keseimbangan termal, ternyata yang

terjadi adalah penurunan suhu A dan kenaikkan suhu B. Oleh karena itu, sangatlah

wajar jika para ahli yang meneliti fenomena ini pada zaman dahulu beranggaban

bahwa kehilangan sesuatu dialami oleh A dan sesuatu tersebut mengalir ke B.

Mengenai peristiwa-peristiwa tersebut (perubahan suhu yang terjadi) biasanya

diakatakan bahwa terjadi aliran panas atau perpindahan panas dari A ke B. Pada saat

itu, proses perpindahan panas itu diduga adalah aliran suatu zat alir yang tidak

berbobobt.

Perpindahan panas yang diduga merupakan aliran suatu zat asli yang tidak

berbobot dan tidak dapat dilihat disebut kalori, yang terjadi apabila suatu zat dibakar

dan bergerak dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah.

Berkat perkembangan ilmu fisika pada abad 18 dan 19, teori kalori ini lambat laun

mulai ditinggalkan dan berkat keterampilan Runford dan Joule munculah gagasan

bahwa aliran panas tidak lain ialah perpindahan energi. Apabila perpindahan energi

terjadi semata-mata karena perbedaan suhu maka peristiwa tersebut disebut

pengaliran panas.

Kuantitas Panas

Dari hasil percobaan dapat diambil suatu kesimpulan bahwa pengaliran panas

setara dengan pengerjaan usaha. Begitu kedua panas itu rampung, energi system akan

menjadi lebih besar dari nilai sebelumnya. Dengan melakukan percobaan tidak akan

dapat diakatakan apakah penambahan energi tersebut disebabkan karena pengaliran









NIM : 03081005020

panas atau pengerjaan usaha. Kedua hal tersebut sama-sama merupakan perpindahan

energi dan keduanya juga dinyatakan dalam satuan yang sama yaitu satuan daya

listrik / watt.

Untuk menghitung banyaknya energi yang berpindah selama terjadi

pengaliran panas / pengerjaan usaha, dapat digunakan cara termudah, yaitu dengan

menggunakan alat. Dengan alat tersebut, akan didapat dibuktikan bahwa bila V

adalah beda potensial antara ujung-ujung tahanan dan I merupakan arus listrik, tanpa

melihat apakah energi perpindahan itu merupakan pengaliran panas atau pengerjaan

usaha, bertambahnya energi system per satuan waktu sama dengan V . I . Jadi,

pengaliran panas merupakan perpindahan energi yang hanya disebabkan oleh

perbedaan suhu.

Jika sepotong kawat tahanan terendam dalam suatu zat cair arau terbalut zat

padat dan dimasukkan sebagai bagian dari system, timbulnya beda potensial V dan

arus listrik I dalam kawat tahanan itu selalu membangkitikan aliran energi yang

disebut pengerjaan usaha. Jika usaha ini berlangdung terus selama waktu t, maka

jumlah usaha yang dilakukan oleh W adalah :

W = V . I . t

Itu merupakan jumlah energi yang ditambahkan kepada system, jika sekiranya

tahanan itu bukan lagi bagian dari system, maka perpindahan energi tersebut

dinamakan pengaliran panas dan selama waktu t, jumlah energi yang berpindah

disebut dengan kuantitas Q, dimana ;

Q = V . I . t

Kapasitas Panas

Misalnya panas sebanyak dQ berpindah dari suatu sumber ke sekelilingnya.

Jika system ini mengalami perubahan suhu dt, maka :

C = dQ / m . dT

Kapasitas panas jenis air dapat dianggab sama sebagai 1 kal g yang banyak

dipakai untuk keperluan praktis dan sering juga digunakan sebagai satuan massa. Satu

molekul gram ialah jumlah gram yang sama dengan berat molekul m. Untuk

menghitung jumlah mol m, rumus yang digunakan adalah membagi massa dengan

berat molekul. Apabila massa m diganti dengan bilangan kali maka diperoleh,

MC = dQ / n . dT









NIM : 03081005020

Hasil kali Mc disebut dengan kapasitas panas mol ( C ) total kapasitas panas

Q yang harus diberikan kepada benda bermassa m untuk mengubah suhunya dari

T1menjadi T2 ialah ,

Q = M . C . ( T1 – T2 )

Kapasitas panas jenis atau kapasias panas molar suatu zat bukan satu-sartunya

sifat fisis yang penetunya secara eksperimen memerlukan pengukuran suatu kuantitas

panas, konduktifitas panas leburan, panas penguapan, panas pembakaran, panas larut,

dan panas reaksi, semuanya merupakan sifat-sifat fisis lain dari materi yang disebut

dengan sifat termal materi. Bidang fisika dan kimia yang berhubungan dengan

pengukuran sifat-sifat termal ini dinamakan dengan kalorimetri.









NIM : 03081005020

DATA HASIL PERCOBAAN

Kondisi Fisik Bahan

Massa calorimeter : grm

Temperatur Air : 26 oC

Kelistrikan rangkaian

Tegangan Sumber (Vs) : 225 Volt

Arus Rangkaian : 1.87 Ampere

Waktu yang diperlukan untuk menaikkan temperature

Tabel 1. Data Hasil Percobaan

No. Kenaikan Temperatur (T) dalam oC Waktu (t) dalam detik

1 29 oC 38

2 32 oC 41

3 35 oC 48

4 38 oC 61

5 41 oC 101

6 44 oC 159

7 47 oC 176

8 50 oC 230

9 53 oC 338

10 56oC 363

PENGOLAHAN DATA

Besarnya energi listrik yang digunakan untuk memanaskan air adalah :

W = V.i.t

Kalau energi tersebut dinyatakan dalam satuan kalori, yang menyatakan energi panas,

maka :

Q = 0.24 V.i.t









NIM : 03081005020

Tabel 1. Penghitungan energi listrik yang diubah menjadi energi panas (Q) pada

waktu tertentu (t)

No. Waktu (t) dalam detik Energi Panas (Q) dalam kalori

1 38 3837.24

2 41 4140.18

3 48 4847.04

4 61 6159.78

5 101 10,198.98

6 159 16,055.82

7 176 17,772.48

8 230 23,225.4

9 338 34,131.24

10 363 36,655.74

Pada siatem pemanas berlaku :

Q = m.c.∆T

Karena pada system ini terdiri dari dua bahan yang digunakan, yaitu air sebagai zat

yang akan dipanaskan, dan aluminium sebagai alat pemanas sehingga kalori total :

Q = (Mair.Cair + mkalori.Ckalori) ∆T

Atau

Q = Mair.Cair. ∆T + mkalori.Ckalori.∆T

Dengan kata lain

Q = Qair + Qkalori

Sehingga kalor yang diserap oleh air adalah sebesar :

Qair = Q - Qkalori

Atau dijabarkan :

Qair = Q – (mkalori.Ckalori.∆T)

Dimana :

mkalori (massa calorimeter) sudah diketahui yaitu :…………….grm, dengan kalor jenis

(Ckalori) aluminium sebesar : 0.217 kal/grm oC, maka kalor yang diserap oleh air dapat

dihitung.

Qair = Mair.Cair. ∆T









NIM : 03081005020

Tabel 2. Perhitungan Mair, ∆T dan Qair

No. Mair. ∆T Qair

1 3,000 3837.24

2 6,000 4140.18

3 9,000 4847.04

4 12,000 6159.78

5 15,000 10,198.98

6 18,000 16,055.82

7 21,000 17,772.48

8 24,000 23,225.4

9 27,000 34,131.24

10 30,000 36,655.74

Tabel 3. Pengolahan Data

No. Mair. ∆T Qair (Mair. ∆T)2 Qair

2 (Mair. ∆T* Qair)

1 3,000 3837.24 9 x 106 14.72 x 10

8 11.51 x 10

6

2 6,000 4140.18 36 x 106 17.15 x 10

8 24.84 x 10

6

3 9,000 4847.04 81 x 106 23.49 x 10

8 43.62 x 10

6

4 12,000 6159.78 144 x 106 37.94 x 10

8 73.61 x 10

6

5 15,000 10,198.98 225 x 106 1.04 x 10

8 152.98 x 10

6

6 18,000 16,055.82 324 x 106 2.58 x 10

8 289 x 10

6

7 21,000 17,772.48 441 x 106 3.15 x 10

8 373.22 x 10

6

8 24,000 23,225.4 576 x 106 5.39 x 10

8 627.08 x 10

6

9 27,000 34,131.24 729 x 106 11.6 x 10

8 921.54 x 10

6

10 30,000 36,655.74 900 x 106 13.43 x 10

8 1099.67 x 10

6

Σ 3465 x 106 130.98 x 10

8 3617.374 x 10

6

Linieritas Data

Gardien garis (m) dalam persamaan grafik adalah kalor jenis (Cair) yang didapat

berdasarkan hasil percoban yang telah dilakukan yaitu :

m = Σ (Mair. ∆T* Qair) / Σ (Mair. ∆T)2

m = 3617.374 x 106 / 3465 x 10

6

m = 1.044









NIM : 03081005020

Grafik 1. Qair terhadap Mair. ∆T data dan linieritas hasil percobaan

Dari data kedua garis diatas (Data percobaan dan Linieritasnya) maka koefisien

korelasinya adalah :

r = Σ (Mair. ∆T* Qair ) / ( Σ (Mair. ∆T)2 * Σ (Qair)

2)½

r = 3617.374 x 106 / (3465 x 10

6 * 130.98 x 10

8) ½

r = 3617.374 x 106 / (45.37 x 10

18) ½

r = 3617.374 x 106 / 6.74 x 10

9

r = 0.54

dan besarnya standar kesalahan yang terjadi dalam percobaan ini adalah :

½

Sn =

½

Sn =

½

Sn =

½

Sn =

Sn = 0.466

(1-r2) Σ (Qair)2

(n-2) Σ (Mair. ∆T)2

(1-0.54) 130.98 x 108

(10-2) 3465 x 106

(0.46) 130.98 x 108

(8) 3465 x 106

6.025 x 109

2.772 x 1010









NIM : 03081005020

Nilai kalor jenis (Cair) = m = 1.044 Ω

Kesalahan absolute (KA) = ± 0.466

Kesalahan Relatif (KR) = (Sn / Rx) x 100% = (0.466 / 0.54) x 100% = 0.86 %

Nilai terbaik hasil pengukuran = Cair ± Sn = 1.044 ± 0.466









NIM : 03081005020

Analisa percobaan

Pada percobaan ini, para praktikan akan mencoba mengetahui seberapa besar

pengaruh tegangan pada calorimeter terhadap kenaikan suhu suatu larutan tegangan

yang dihasilkan oleh power supply dihubungkan oleh kedalam suatu larutan oli dan

larutan minyak tanah. Tegangan yang diberikan pada percobaan ini sebesar 3 volt

serta arus yang dialirkan sebesar 4 ampere. Percobaan ini dilakukan sampai 5 kali

dengan tingkat perubahan suhu yang terus berubah.

Hal yang pertama yang dilakukan oleh praktikan adalah menghitung suhu

awal dalam calorimeter, kemudian hidupkan power supply dan hitung kenaikan suhu

tersebut sampai lebih dari 3o C dari suhu awal (Ta). Lalu hitung waktu yang

diperlukan untuk mencapai kenaikan suhu tersebut. Kemudian matikan power supply

lalu hitung kembali berapa besar kanaikan suhu larutan setengah dari waktu

diperlukan untuk kenaikan 2 derajat dari suhu awal.

Dari data yang telah kami peroleh, praktikan mendapatkan hasil yang

mengejutkan karena nilai kalor jenis pada minyak sayur lebih besar dari pada kalor

jenis pada oli. Hal ini disebabkan oleh kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

pada minyak sayur lebih besar dari pada kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

pada oli. Faktor yang mempengaruhi kalor jenis antara lain :

1. Massa larutan

2. Massa calorimeter

3. Temperatur

4. dll

Kesimpulan

1. kalor jenis suatu zat dapat berubah-ubah.

2. Dari percobaan ini kalor jenis dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu : massa

larutan, massa kalorimater, dan temperature atau suhu suatu larutan.






Documents

Ibaram Gunarsa - Hukum Joule