BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

1. Mengamati dan memahami proses perubahan energi listrik menjadi kalor

2. Menghitung factor konversi energi listrik menjadi kalor

1.2 Dasar Teori

1.2.1 Kalor

Suhu atau temperatur didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu

benda. Alat untuk mengukur suhu yaitu thermometer. Thermometer memiliki

sifat termometrik zat, yaitu akan berubah jika dipanaskan. Jenis dan paparan pada

termometer berbeda-beda, namun pada prinsipnya semua termometer mempunyai

acuan yang sama dalam menetapkan skala. Titik lebur es murni dipakai sebagai

titik tetap bawah, sedangkan suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada

tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas.

Kalor merupakan perpindahan suatu energi panas yang disebabkan adanya

suhu atau usaha suatu benda. Menurut Asas Black, apabila ada dua benda yang

suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran

kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran

ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama).

Berdasarkan kemampuan menghantar kalor, zat dibagi menjadi dua golongan

besar, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor merupakan zat yang mudah

menghantarkan kalor. Isolator merupakan zat yang sukar menghantarkan kalor.

Dengan adanya konduktor dan isolator, saat memasak makanan kita tidak perlu

bersentuhan langsung dengan api. Untuk itu, kita dapat menggunakan panci yang

terbuat dari alumunium untuk menghantarkan kalor dari api ke bahan makanan.

Agar dapat memegang gagang panci tanpa merasqa panas karena konduksi,

gagang panci biasanya terbuat dari bahan kayu atau plastik. Dalam kejadian

tersebut, alumunium berperan sebagai konduktor dan kayu atau plastik berperan

sebagai isolator.

1. Perpindahan Kalor

a. Perpindahan Kalor Secara KonduksiKonduksi adalah perpindahan panas

melalui zat perantara. Namun, zat tersebut tidak ikut berpindah ataupun

1

bergerak. Contoh sederhana dalam kehidupan sehari-hari misalnya,

ketika membuat kopi atau minuman panas, lalu celupkan sendok untuk

mengaduk gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan

ikut panas. Panas dari air mengalir ke seluruh bagian sendok. Atau

contoh lain misalnya saat kita membakar besi logam dan sejenisnya.

Walau hanya salah satu ujung dari besi logam tersebut yang dipanaskan,

namun panasnya akan menyebar ke seluruh bagian logam sampai ke

ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini menunjukkan panas

berpindah dengan perantara besi logam tersebut.

b. Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan

zat perantaranya. Perpindahan panas secara Konveksi terjadi melalui

aliran zat. Contoh yang sederhana adalah proses mencairnya es batu

yang dimasukkan ke dalam air panas. Panas pada air berpindah

bersamaan dengan mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut

kemudian menyebabkan es batunya meleleh.

c. Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Contoh

ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita akan merasakan

gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api

unggun, kita  merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan

apinya secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi

perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga

disebut dengan Radiasi.

Kapasitas kalor suatu zat adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan suhu sejumlah zat sebesar satu derajat Celcius. Kalor yang diberikan

dalam sebuah benda dapat berlangsung melalui dua cara, yaitu dengan merubah

wujud benda atau menaikkan suhu benda itu. Besar kalor yang diberikan pada

sebuah benda yang digunakan untuk menaikkan suhu tergantung pada massa

benda, kalor jenis benda dan perbedaan suhu kedua benda. Sedangkan bila kalor

yang diberikan digunakan untuk merubah wujud zat/benda, maka kalor yang

diberikan tergantung pada massa benda saja.

2

Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya

tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima

kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal. Kalor jenis (c) adalah banyaknya

kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1kg zat sebesar 1 ºC (satuan

kalori/gram. ºC). Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda,

tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Jika kalor jenis suatu benda

adalah kecil maka kenaikan suhu benda tersebutakan cepat bila dipanaskan.

Perpindahan kalor berpegang pada hukum kekekalan energi yang pada

kalorimetri dirumuskan oleh Black sebagai berikut:

Energi yang dilepas = Energi yang diterima

Pada prinsip asas Black tersebut energi tidak dapat dimusnahkan, akan tetapi

energi dipidahkan atau dirubah ke bentuk lain.

Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas Black, yaitu

kalor yang diterima oleh calorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat

yang dicari kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian jika dua benda yang

berbeda suhunya saling bersentuhan, maka akan menuju kesetimbangan

termodinamika. Suhu akhir kedua benda akan sama.

Kalorimetri adalah ilmu dalam pengukuran panas dari reaksi kimia atau

perubahan fisik. Kalorimetri termasuk penggunaan calorimeter. Kata kalorimetri

berasal dari bahasa Latin yaitu calor, yang berarti panas. Kalorimetri adalah

pengukuran kuantitas perubahan panas. Sebagai contoh, jika energi dari reaksi

kimia eksotermal diserap air, perubahan suhu dalam air akan mengukur jumlah

panas yang ditambahkan. Kalorimeter digunakan untuk menghitung energi dari

makanan dengan membakar makanan dalam atmosfer dan mengukur jumlah

energi yang meningkat dalam suhu kalorimeter. Berikut adalah gambar

kalorimeter.

3

Bahan yang masuk kedalam kalorimetri digambarkan sebagai volume air,

sumber panas yang dicirikan sebagai massa air dan wadah atau kalorimeter

dengan massanya dan panas spesifik. Keseimbangan panas diasumsikan setelah

percobaan perubahan suhu digunakan untuk menghitung energi tercapai.

Prinsip kerja dari kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada

kumparan kawat penghantar  yang dimasukan ke dalam air suling.  Pada waktu

bergerak dalam kawat penghantar  (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan

bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa

muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat

medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam

yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor / panas.

Diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik dan arus listrik pada

suatu bahan maka tara panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu semakin kecil.

Kita dapat melihat seolah  pengukuran dengan menggunakan arus kecil

menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini merupakan suatu anggapan yang salah

karena dalam pengukuran pertama perubahan suhu yang digunakan sangatlah

kecil berbeda dengan data yang menggunakan arus besar. Tapi jika perubahan

suhu itu sama besarnya maka yang berarus kecil  yang mempunyai tara panas

listrik yang besar.

2. Hubungan Antara Kalor, Kerja Dan Energi

Kalor memiliki keterkaitan dengan energy. Dalam hal ini, kalor merupakan

“energi yang berpindah”, karenanya kita perlu mengetahui hubungan antara

satuan kalor dengan satuan energi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh

Joule dan percobaan-percobaan sejenis lainnya, diketahui bahwa usaha alias kerja

sebesar 4,186 Joule setara dengan 1 kalori kalor.

1 kalori = 4,186 Joule

1 J = 0,24 kal

1 kkal = 1000 kalori = 4186 Joule

1 Btu = 778 ft.lb = 252 kalori = 1055 Joule

(1 kalori = 4,186 Joule dan 1 kkal = 4186 dikenal dengan julukan tara kalor

mekanik)

Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan

mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter

sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan

4

cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air

yang berada dalam kalorimeter. Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan

besarnya adalah:

Keterangan: W= energi listrik (joule)

W =V × I ×t V = tegangan listrik (volt)

I = arus listrik (ampere)

t = lama aliran listrik (sekon)

Di sisi lain, dengan mengukur tegangan yang diberikan V, arus efektif I dan

waktu t, energy listrik yang diberikan pada kalorimeter dapat dihitung dengan

persamaan di atas. Dengan mengukur suhu awal dan akhir kalorimeter, yaitu air,

bejana aluminium dan elemen pemanas, maka energi yang dihasilkan dapat

dihitung. Tentu saja kapasitas kalor spesifik air, aluminium serta elemen pemanas

harus ditentukan dari literature fisika

Hubungan Energi Listrik Dengan Energi Kalor

Persamaan yang digunakan dalam menghitung energi kalor adalah

Q = m.c. (t2 – t1)

Sesuai dengan hukum kekekalan energi maka berlaku persamaan :

W = Q

I.R.t = m.c.(t2 – t1)

Keterangan :

I = kuat arus listrik (A)

R = Hambatan (ohm)

t = waktu yang dibutuhkan (sekon)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J/ kg C)

t1 = suhu mula - mula (C)

t2 = suhu akhir (C)

5

1.2.2 Pengertian Azas Black

Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph

Black. Asas ini menjabarkan:

1. Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang

panas member kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

2. Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas

benda panas

3. Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang

diserap bila dipanaskan

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih

tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah

Rumus Asas Black

Qlepas = Qterima

Keterangan:

Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat

Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat

(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)

Keterangan :

M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang

hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor

6

BAB II

ALAT DAN BAHAN

2.1 Alat Praktikum

1. Amperemeter dan Voltmeter2. Beberapa buah thermometer3. Hambatan depan4. Kabel-kabel penghubung5. Kalorimeter Joule

2.2 Bahan Praktikum

1. Bahan yang digunakan adalah air

7

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Metode Percobaan

1. Dicatat suhu, tekanan udara, dan kelembaban ruangan sebelum dan sesudah

percobaan.

2. Ditimbang kalorimeter kosong dan pengaduknya.

3. Ditimbang kalorimeter berisi air untuk mengetahui.

4. Dibuat rangkaian.

5. Diatur Rd dan E sehingga didapatkan harga arus dan tegangan yang pantas.

6. Dimati suhu awal kalorimeter (t1).

7. Dijalankan arus selama kira-kira 20 menit

8. Diamati suhu air kalorimeter (t2).

9. Dimatikan arus dan diamati penurunan suhu selama waktu yang digunakan pada

langkah no. 7

10. Diganti air yang ada dalam kalorimeter, dan ditimbang kalorimeter yang berisi air

ini (diisi kalorimeter dengan massa air yang berbeda dengan percobaan terdahulu).

11. Diulang langkah no. 6 s/d no. 9.

12. Diulang percobaan ini dengan merubah arus dan waktu yang digunakan.

8

BAB IV

HASIL DAN PENGAMATAN

4.1 Data Pengamatan

Keadaan ruangan P (cm)Hg T (C) C(%)

Sebelum percobaan 75,5 cmHg 27C 60%

Sesudah percobaan 75,5 cmHg 28C 62%

Percobaan 1 Percobaan 2

t (s) T (suhu)

naik (C)

T (suhu) turun

(C)

t (s) T (suhu)

naik(C)

T (suhu)

turun (C)

0 30C 35C 0 31C 36,5C

60 31C 34,5C 60 32C 35,5C

120 32C 34,5C 120 33C 36,5C

180 32,5C 34,2C 180 34C 36C

240 33C 34C 240 34,5C 36C

300 33C 34C 300 34,5C 36C

360 34C 34C 360 35C 36C

420 35C 34C 420 36C 35,5C

480 35C 34C 480 36,5C 35,5C

No Mk(gr) Ma(gr) V(volt) I(A) T1oC T2’oC T3

oC ∆T’oC T2oC W (Kal) Q (Kal) C

130,6

gr

38,3

gr2 0,8 30 oC 35oC 34 oC 1 36oC

184,32

kal

269,641

kal0,683

230,6

gr

48,3

gr3 1 31oC 36,5oC 35,5oC 1 37,5oC

345,6

kal

357,111

kal0,967

x 30,6 43,3 2,5 0,9 30,5 35,75 34,75 1 36,7 264,96 313,376 0,825

4.2 Perhitungan

9

Percobaan pertama2 volt

Percobaan kedua3 volt

Perhitungan untuk ∆ T (oC) Perhitungan untuk ∆ T (oC)

∆T’ = T2’ – T3

= 35 - 34= 1

∆T’ = T2’ – T3

= 36,5 – 35,5= 1

Perhitungan untuk T2 (oC) Perhitungan untuk T2 (oC)

T2 = T2’ + ∆T’= 35 + 1= 36

T2 = T2’ + ∆T’= 36,5 + 1= 37,5

Perhitungan untuk energi listrik (W) Perhitungan untuk energi listrik (W)

W = V × I × t= 2 × 0,8 × 480= 768Joule × 0,24= 184,32 kal

W = V × I × t= 3× 1 × 480= 1440 × 0,24= 345,6 kal

Perhitungan untuk kalor (Q) Perhitungan untuk kalor (Q)

Q = m× c× ∆ T

= (Ma.Ca) + (Mk.Ck) ∆ T

= [(38,3 . 1) + (30,6 . 0,217)] (T2 –T1)

= (38,3 + 6,6402) (36-30)

= 269,641 kal

Q = m× c× ∆ T

= (Ma.Ca) + (Mk.Ck) ∆ T

= [(48,3 . 1) + (30,6 . 0,217)] (T2 –T1)

= (39,5 + 24,521) (37,5-31)

= 357,111 kal

Perhitungan untuk factor koreksi (C) Perhitungan untuk factor koreksi (C)

C =WQ

=184,32

269,641= 0,683

C =WQ

=345,6

357,111= 0,967

Menghitung rata-rata

x = nilai1+nilai2

2

Mk = 30,6+30,6

2 = 30,6 ∆T’ = 1+1

2 = 1

Ma = 38,3+48,3

2 = 43,3 T2 = 36+37,5

2 = 36,75

T1 = 30+31

2 = 30,5 W = 184,32+345,6

2 = 264,96

10

T2’ = 35+36,5

2 = 35,75 Q = 269,641+354,111

2 = 313,376

T3 = 34+35,5

2 = 34,75 C = 0 , 683+0,967

2 = 0,825

11

BAB V

PEMBAHASAN

Berdasarkan dengan tujuan praktikum kali ini kita akan membahas tentang proses

perubahan energi listrik menjadi kalor. Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi

listrik menjadi energi sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak

dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan..

Prinsip kerja dari calorimeter itu sendiri adalah mengalirkan arus listrik pada

kumparan kawat penghantar yang dimasukan ke dalam air suling. Pada waktu bergerak dalam

kawat penghantar (akibat perbedaan potenial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom

logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan

konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan

akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor /

panas.

Berdasarkan data hasil praktikum diketahui tegangan yang digunakan adalah 2volt

dengan arus 0,8 ampere dan 3 volt dengan arus 1 ampere dengan waktu yang sama yaitu 480

detik. Pada hasil praktikum terlihat bahwa hasil perhitungan dengan menggunakan arus kecil

menghasilkan nilai yang kecil. Energi listrik dihasilkan dengan menggunakan rumus:

W= V.I.t

Kalor Mengalir dari bagian bertemperatur tingi menuju bagian yang betemperatur

rendah. Jika sistem berada dalam keadaan terisolasi sempurna, tidak terjadi aliran energi dari

lingkungan menuju kesistem dan sebaliknya, bersandar pada hukum kekekalan energi, kalor

yang dilepas dari bagian bertemperatur tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh bagian

yang bertemperatur lebih rendah. Ungkapan azas Black menyatakan :

Kalor lepas = Kalor yang diserap

Pertukaran energi yang berlangsung seperti diatas merupakan dasar kerja kalorimeter.

Bila kapasitas kalor dari kalorimeter diketahui, maka calorimeter dapat digunakan untuk

menentukan kalor jenis suatu zat. Metode yang digunakan dikenal denagan metode

pencampuran, yaitu benda yang ingin diketahui kalor jenisnya dipanasi sampai temperature

t2, kemudian dimasukkan dalam calorimeter yang berada dalam kesetimbangan temperature t1

12

dengan air didalamnya, sehingga terjadi keseimbangan temperatur t3 dari pencampuran antara

kalorimeter berisi air dingin dengan benda.

Factor terpenting yang harus diperhatikan dalam kalorimeter adalah semaksimal

mungkin system kalorimeter berada dalam kondisi terisolasi dengan lingkungannya (tidak

terjadi pertukaran kalor antara kalorimeter dengan lingkungannya). Namun pada praktikum

kali ini masih adanya pengaruh dari luar, sehingga calorimeter tidak dalam keadaan yang

terisolasi sehingga didaparkan t2‘

Pada percobaan kali ini mempunyai suatu nilai ketetapan, dimana kalor dengan

menggunakan ketetapan alumunium yaitu 0,217 kal/goC. Dan juga mempunyai hasil yang

harus diubah nilai satuannya, dimana W memiliki satuan Joule (J) dan harus diubah menjadi

kal, agar memiliki satuan yang sama dengan Q yaitu kal, dimana 1 Joule= 0,24 Kal. Dengan

demikian factor konversi dapat dihitung dengan rumus:

C=WQ

13

BAB VI

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan:

1. Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda.

2. Kalor merupakan perpindahan suatu energi panas yang disebabkan adanya suhu atau

usaha suatu benda. Kalori bukan termasuk Satuan Internasional, Satuan Internasional

dari kalor adalah Joule.

3. Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu

benda(zat) bergantung pada 3 faktor: (a) massa zat, (b) jenis zat (kalor jenis), (c)

perubahan suhu. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(T2 – T1)

4. Semakin besar volt semakin besar energi listrik yang dihasilkan sedangkan seemakin

kecil volt semakin kecil energy listrik yang dihasilkan.

5. Pengukuran kalor jenis dengan kalorimeter didasarkan pada asas Black, yaitu kalor yang

diterima oleh calorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari kalor

jenisnya.

14

DAFTAR PUSTAKA

Marthon Kanginan, Sain Fisika SMP. Penerbit Erlangga, Jakarta, 2004

Widagdo Mangunwiyoto Harjono.Pokok-Pokok Fisika SMP Untuk Kelas VIII. Penerbit

Erlangga, Jakarta, 2004.

Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor. Erlangga. Jakarta

Young, Hugh D. 2002. Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta

15