-
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.