Laboratorium Fisika Dasar
Laboratorium Fisika Dasar
BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang PraktikumDalam kehidupan
zaman sekarang kita tidak terlepas dari kebutuhan pokok yaitu
listrik yang digunakan untuk kelancaran dalam kebutuhan rumah
tangga, pekerjaan, dan aktivitas yang memerlukan energi listrik.
Adapun dalam praktikum mengenai tara kalor listrik ini, kita akan
melihat bahwasannya semua listrik pasti mengalirkan arus dan
tegangan, sehingga bisa memanaskan air melalui listrik dan masih
banyak yang lain seperti penerapan pada setrika,rice cooker. Zaman
yang makin berkembang pasti akan mengubah sesuatu yang sulit
menjadi dipermudah sehingga tidak ada lagi kerepotan dalam rumah
tangga maupun dalam pekerjaaannya. Istilah panas dalam pengertian
sehari hari sedikit berbeda dengan istilah panas dalam pengertian
fisika. Pada kehidupan sehari hari panas tertuju pada benda yang
mempunyai suhu yang tinggi. Pengertian panas dalam bidang fisika
merupakan identifikasi dari energi ke energi lain karena adanya
perubahan suhu. Perpindahan energi inilah yang di sebut kalor.Kalor
adalah energi yang terjadi dari suatu zat yang bersuhu lebih tinggi
ke zat yang bersuhu lebih rendah ketika benda tersebut saling
bersentuhan. Kemampuan setiap benda atau zat untuk menyerap kalor
berbeda beda, hal ini terjadi karena perbedaan kalor jenisnya yang
menyatakan jumlah kalor yang bias di terima setiap kilogram benda
dan kenaikan suhunya.Untuk menghitung jumlah perpindahan energi
kalor ke energi lisrik dan sebaliknya, Hal ini di sebut dengan tara
kalor listrik. Sehingga di ketahui beberapa jumlah energi produk
yang di hasilkan.Teori yang melandasi tentang tara kalor listrik
adalah hukum joule dan azas black, di mana suatu energi dapat
berubah bentuk mejadi energi yang lain.
Sehingga di kenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi
mekanik atau energi listrik.1.2 Tujuan praktikumMenentukan tara
kalor listrik ( konstanta joule)1.3 Manfaat PraktikumAdapun manfaat
praktikum kali ini adalah kita bisa melihat konstanta joule pada
suatu aliran ketika di aliri arus listrik. Yang mana dalam
pengaplikasiannya yaitu untuk membuat analisa suatu objek praktikum
sehingga bisa di aplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.
BAB IILANDASAN TEORI2.1 Teori Dasar Objek2.1.1 Pengertian Tara
Kalor ListrikTara kalor listrik adalah perbandingan antara energi
listrik yang diberikan terhadap panas yang di hasilkan.
dimana :J= Tara Kalor Listrik (joule/kalor)W= Energi Listrik
(joule)H= Panas (kalori)
2.1.2 Hukum yang melandasi tentang tara kalor listrik2.1.2.A
Azas BlackKalor dapat mengalami perpindahan dari suatu benda ke
benda lain atau dari suatu sistem ke sistem yang lain. Jika dua
benda yang berbeda suhunya dicampur maka kedua benda tersebut akan
saling memberi dan menerima kalor. Dalam peristiwa memberi dan
menerima energi kalor antara dua zat yang dicampur ini berlaku
hukum kekekalan energi untuk kalor yang menyatakan bahwakalor yang
dilepaskan = kalor yang diterimaPernyataan ini sama dengan asas
Black yang ditemukan Joseph Black (17281799), yaitu kalor yang
diterima sama dengan kalor yang dilepaskan. Jadi,kalor yang
dilepaskan oleh benda yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan
kalor yang diterima oleh benda yang suhunya lebih rendah. Akan
tetapi, pada kenyataannya, pernyataan tersebut tidak selalu dapat
dibuktikan dengan percobaan. Hal ini disebabkan ada kalor yang
berubah menjadi energi bentuk lain sehingga seolah-olah hilang.
Jadi, pernyataan hukum kekekalan energi untuk kalor di atas hanya
berlaku untuk keadaan ideal saja.Suatu bentuk energi dapat berubah
menjadi bentuk energi yang lain. Misalnya pada peristiwa gesekan
energi mekanik berubah menjadi panas. Pada mesin uap panas diubah
menjadi energi mekanik. Demikian pula energi listrik dapat diubah
menjadi panas atau sebaliknya. Sehingga dikenal adanya kesetaraan
antara panas dengan energi mekanik/listrik, secara kuantitatif hal
ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-energi
listrik/mekanik.2.1.2.B Hukum JouleKesetaraan 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
cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang
tercelup dalam airyang berada dalam kalorimeter. Energi listrik
yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:
dimana :V = beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan
[volt]i = kuat arus listrik [ampere]t = lamanya mengalirkan arus
listrik [detik]Energi listrik sebesar V.i.t joule ini merupakan
energi mekanik yang hilang dari elektron-elektron yang bergerak
dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung yang berpotensial
tinggi.Energi ini berubah menjadi panas. Jika tak ada panas yang
keluar dari kalorimeter maka panas yang timbul besarnya:
dimana:M = massa air yang digunakan(gram)Na = Nilai air
kalorimeter (kal/g oC)Ta= suhu akhir airTo= suhu mula-mula air
Banyak panas yang dihasilkan dari kalorimeter dapat dikompensasi
dengan memulai percobaan pada suhu di bawah suhu kamar, dan
mengakhirinya pada suhu di atas suhu kamar.Energi kalor : (energi
panas)
dimana :Q = energi kalor (kal) m = massa (kg) c = kalor jenis
(kal/gr.C) T= perubahan temperatur (C)Energi Listrik :
dimana :W = energi listrik (Joule)P = daya listrik (watt) V =
tegangan (volt) I = arus listrik (amp) t = waktu (s)
2.1.3 Pengertian KalorKalor adalah suatu bentuk energi yang
diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah
suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu
adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu
kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan
oleh suatu benda.Pada permulaan abad 19 orang percaya bahwa kalor
merupakan suatu zat yang dapat mengalir. Zat ini dinamakan kalorik
, terdapat dalam benda apa pun. Kalorik dapat berpindah ketil benda
bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah.Namun,
konsep kalor sebagai suatu zat tidak didukung oleh hasil
eksperimen. Benjamin Thompson (1753-1814) adalah orang pertama yang
menolak konsep kalorik. Ia melakukan eksperimen ketika sedang
memimpin pembuatan meriam unt Jerman. la mendapati bahwa panas yang
timbul karena gesek antara alat bor dengan meriam sebanding dengan
kerja yang dilakukan oleh alat bor. Bahwa kerja (usaha) merupakan
ukuran energi yang dimiliki suatu benda. Berarti, kalor merupakan
suatu bentuk energi, bukan suatu zat.Masalah yang timbul bagaimana
menentukan hubung antara kalor dengan energi. Upaya untuk
memecahkan masal ini dirintis oleh James Joule (1818-1889) dari
Inggris. Ia melakukan eksperimen yang sangat terkenal .Ia
menyiapkan kalorimeter yang didalamnya terdapat air. Kemudian,
didalam kalorimeter juga terdapa poros yang dilengkapi dengan
beberapa sudu.Poros bagian atas dilengkapi jentera yang dibelit
dengan sepotong tali melalui dua katrol . Pada masing-masing ujung
tali digantungkan beban . Poros beserta sudu-sudu diputar dengan
cara menjatuhkan beban berulang kali dari ketinggian kira-kira 5
meter.Usaha yang dilakukan oleh beban dapat dihitung. Demikian pula
kalor yang dihasilkan dalam kalorimeter. Kemudia, perbandingan
antara usaha dengan kalor dapat diketahui. Ternyata, perbandingan
antara usaha dengan kalor selalu tetap, yaitu 4,2 joule/kalori.
Bilangan ini dinamakan tara kalor mekanik.Pada praktikum ini
seperti ini percobaannya,ketika suatu 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 terserap oleh air,tabung serta
kalorimeter.
2.2 Teori Dasar Alat ukur1.KalorimeterKalorimeter adalah suatu
alat untuk memperlihatkan besarnya kalor jenis suatu zat.
Kalorimeter ini bekerja baerdasarkan Asas Black. Asas black
berbunyi: Basarnyakalor yang dilepaskan oleh sebuah benda yang
suhunya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh
benda yang bersuhu lebih rendah.Sifat-sifat air yang memberikan
definisi asal dari kalori adalah banyaknya perubahan temperatur
yang dialami air waktu mengambil atau melepaskan sejumlah panas.
Kapasitas panas bersifat ekstensif yang berarti jumlahnya
tergantung dari besar sampel. Gambar 2.1 dibawah ini merupakan
gambar dari kalorimeter.
Gambar 2.1 Kalorimeter2.Catu Daya Catu daya adalah suatu sistem
filter penyearah (rectifier-filter) yang mengubah tegangan AC
menjadi tegangan DC murni. Banyak rangkaian catu daya yang
berlainan yang dapat digunakan untuk pekerjaan tersebut. Komponen
dasar yang digunakan untuk rangkaian yang lebih sederhana adalah
transformator, penyearah (dioda), resistor, kapasitor, dan
inductor. catu yang diatur secara lebih kompleks dapat menambahkan
transistor atau trioda sebagai pengindra-tegangan dan pengontrolan
tegangan, ditambah dengan dioda zener atau tabung VR untuk
menyediakan tegangan acuan (reference). Sistem penyearah sendiri
dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan
penyearah gelombang penuh. Gambar 2.2 dibawah ini merupakan gambar
dari catu daya.
Gambar 2.2 Catu Daya
3. TermometerTermometer adalah alat yang digunakan untuk
mengukur suhu(temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah
termometer berasal dari bahasa latin thermo yang berarti panas dan
meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada
bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air
raksa. Gambar 2.3 dibawah ini merupakan gambar dari
thermometer.
Gambar 2.3 TermometerBAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan Praktikum Beserta Fungsinya1. Kalorimeter dengan
pemanas digunakan sebagai alat untuk mengukur kalor dan memanaskan
air.2. Catu daya DC di gunaka untuk mengatur tegangan dan arus
dalam memanaskan air dalam kalorimeter.3. Termometer digunakan
untuk mengukur temperatur/suhu.4. Pemanas listrik digunakan untuk
memanaskan kalorimeter dengan arus listrik.5. Bejana logam
digunakan untuk tempat air.
3.2 Prosedur PercobaanA. Menentukan nilai air kalorimeter1.
Massa kalorimeter dan pengaduknya diukur, lalu air dimasukkan
kira-kira bagian dan kembali ditimang.2. Suhu awal air di catat.3.
Kalorimeter yang berisi air dimasukan kedalam selubung luarnya.4.
Air dididihkan dalam bejana logam dan suhunya dicatat kemudian air
mendidih dituang kira-kira bagian.5. Aduk air dengan pengaduk dan
suhu kesetimbangan dicatat.6. Kalorimeter di timbang kembali
setelah tercapai suhu setimbang.7. Masing-masing penimbangan
dilakukan 5 kali.
B. Mengukur konstanta joule1. Air dimasukkan kira-kira 2/3
bagian kedalam kalorimeter, suhu awal air dicatat.2. Rangkaian
disusun seperti gambar 13. Arus diberikan sebesar 1 A, kenaikan
suhu dicatat setiap 2 menit selama 20 menit.4. Tegangan listrik
dicatat sewaktu percobaan.5. Langkah 1 s/d 4 untuk arus 1.5 dan 2
A.
3.3 Skema AlatGambar 3.1 dibawah menjelaskan skema alat dari
Tara Kalor Listrik.
A B C D E FGambar 3.1 Skema Alat Tara Kalor Listrik
Keterangan :A. KalorimeterB. TermometerC. Catu Daya DCD. Kabel
PenghubungE. Pemanas ListrikF. Bejana Logam
BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN4.1 DATA PENGAMATANA. Menentukan Nilai
Air KalorimeterTabel 4.1 Data Hasil Praktikum Menentukan Nilai Air
KalorimeterKalibrasi Neraca 6 gram
Massa Kalorimeter Kosong269,2 gram
Massa Kalorimeter + Air dingin344.5 gram
Massa Kalorimeter + Air dingin + Air panas364.5 gram
Suhu Kalorimeter 28 C
Suhu Air Dingin 28 C
Suhu Air Panas 93 C
Suhu Campuran 66 C
B. Menentukan Tara Kalor ListrikTabel 4.2 Variasi
ArusNoArus(A)Tegangan(V) t(menit)MassaAir (gr)SuhuAwal (C)Suhu
akhir (C)
1115,8315,62833
2215,23347
3
4
5
Tabel 4.3 Variasi WaktuNo t(menit)Arus(A)Tegangan(V)MassaAir
(gr)SuhuAwal (C)Suhu akhir (C)
122835
24231,2122,23549
364958
4
5
A. Menentukan Nilai Air KalorimeterMassa campuran: 269,2
gramMassa air dingin: 75,3 gramMassa air panas: 140,4 gramSuhu air
dingin: 28 CSuhu air panas: 93 CSuhu setimbang: 66 CNa = = = = = =
24,46 kal/ C
B. Menentukan Konstanta Joule1. Variasi ArusI = 1 At = 3 menit =
180 sm = 15,6 gramV = 15,8 VoltTo = 28 CTt = 33 CH = (Na + m . c)
T= (24,46 + 15,6 . 1 ) (33 28)= 40,06 . 5= 200.3 Kalori
W= v . i . t= 15,8 .1 . 180= 2844 Joule
J= = = 14,20 Joule/kal
H ideal = = = 669,17 Kalori
Efisiensi= = = 30 %
Tabel 4.4 Hasil pembahasanNoI (A)t(s)m(gr)V
(volt)To(C)Tt(C)H(Kal)
11315,615,82833669,17
22315,615,828472549,64
= = = 0,24 J / kal
Tabel 4.5 RalatNoJ (Joule/kal)J (joule/kal)(J )^2 (j/k^2)
10,2400
20,2400
0,4800
RM = (J )^2=
RN = = = 0 %
2. Variasi waktut= 2 menitI = 2 AM = 122,2 gramV= 30,1 voltTo =
28 CTt= 35 CH= (Na + m . c)T= (24,46 + 122,2 . 1) (35 28) = 146,66
. 7= 1026,62 Kalori
W= v . i . t= 30,1 . 2 . 120= 7224 JouleJ= = = 7,03
joule/kal
H ideal = = = 255,08 Kalori
Efisiensi= = = 402,46 %
Tabel 4.6 Data Hasil PembahasanNoI (A)t (s)M (gr)V (volt)To
(C)Tt (C)H (kal)
122122,230,128351026,6
224122,230,235493079,9
326122,230,149584399,8
= = == 0,1 J / kalTabel 4.7 Tabel Ralat
NoJ (joule/kal)J (joule/kal)(J )^2 (j/k^2)
10,120,020,0004
20,09-0,010,0001
30,08-0,020,0004
0,29-0,030,0009
RM= (J )^2= = = = 0,02RN= = = 2222,2 %
4.3 Tabel Hasil Perhitungan Tabel 4.8 Variasi
arusNoI(A)t(s)M(gr)V(volt)To(C)Tt(C)H(kal)
11315,615,82833200,3
22315,615,83347761,14
Tabel 4.9 Variasi
waktuNoI(A)t(s)M(gr)V(volt)To(C)Tt(C)H(kal)
122122,230,128351026,6
224122,230,235493079,9
326122,230,149584399,8
4.5 ANALISAPada percobaan kali ini praktikan telah melakukan
praktikum mengenai konstanta joule. Percobaan kali ini dilakukan
dengan dua variasi percobaan yaitu variasi waktu dan variasi
arus.Pada percobaan pertama hanya menentukan nilai air kalorimeter.
Sedangkan pada percobaan kedua, praktikan melakukan percobaan
sekaligus menentukan nilai konstanta joule dengan variasi waktu dan
variasi arus tadi.Untuk mendapatkan hasil konstanta joule yang
bervariasi pratikan melakukannya dengan cara memberikan nilai yang
berbeda pada variasi waktu dan variasi arus tadi.Pada variasi waktu
diberikan perbedaan waktu sebagai berikut, yaitu pada saat
percobaan pertama diberikan waktu selama 2 menit, pada percobaan
kedua di berikan waktu selama 4 menit. Dan begitulah seterusnya
hingga waktunya yang paling lama adalah 10 menit.Untuk percobaan
yang dilakukan dengan cara variasi arus, variasinya diberikan
sebagai berikut, yaitu pada percobaan pertama diberika kuat arus
sebesar A, pada percobaan kedua diberikan arus sebesar 1 A dan pada
percobaan ketiga dan keempat diberikan kuat arus secara berurutan
yaitu 1,5 A dan 2 A.Dari metode di atas tentu hasil yang diperoleh
tidak akan sama sesuai dengan metode masing-masing. Pada percobaan
dengan menggunakan variasi waktu kami memperoleh konstanta joule
dari percobaan pertama sampai ketiga yaitu 0,006 , 0,081 ,dan
0,108.Dengan percobaan pada metode kedua pun yaitu dengan variasi
arus, praktikan memperoleh hasil konstanta joule berbeda pula,
mulai dari percobaan pertama sampai percobaan terakhir kami
memperoleh konstanta joule sebagai berikut : 0,001 . 0,002 . 0,002
. 0,005 . dan 0,002.
Dari data konstanta joule yang didapat tentu berbeda dengan
literatur yang sebenarnya, hal ini dikarenakan mungkin ada data
perhitungan praktikan yang salah dalam praktikum. Hal ini bisa saja
terjadi pada praktikum karena sedikit banyaknya pasti ada salah
dalam praktikum.Alat yang kita gunakan pada percobaan ini adalah
kalorimeter,catu daya,thermometer,penggunan kalorimeter di gunakan
sebagaio untuk mengukur nilai kalor air,catu daya di gunakan untuk
sumber arus,sedangkan thermometer di gunaklan untuk mengukur
perubahan suhu yanmg terjadi pada benda setelah percobaan berjalan
sesuai dengan wakru yang telah kita tentukan.Alat yang digunakan
cendrung mempertahankan beda potensial yang konstan antara
terminalnya yang mengkonversi energi lain seperti energi listrik.
Jika kapasitas panas adalah perbandingan antara banyaknya jumlah
kalor yang ada pada suatu benda dengan perubahan beberapa kenaikan
suhu yang di akibatklan, sedangkan panas jenis adalah jumlah panas
yang di berikan pada suatau benda setiap mengalami kenaikan. Dan
berdasarkan huku joule yang mendasari pratikum ini menyatakan kawat
yang memiliki hambatan besar akan menghasilkan panas yang besar
pula.Ada atau tidaknya pengaruh arus terhadap energi kalor yang
dihasilkan yaitu semakin meningkat. Sedangkan arus yang ditimbulkan
adalah tetap. Artinya arus tidak dipengaruhi oleh energi kalor yang
dihasilkan oleh benda. Pada variasi arus (I), arus tak mempengaruhi
hasil dari energi kalor (H) terhadap panas. Pada persamaan J
terlihat bahwa untuk H, tidak adanya pengaruh arus, namun untuk
mencari pengaruh w, barulah terlihat bahwa arus berpengaruh
terhadap energi kalor.Pada variasi arus, energi panas semakin kecil
tanpa adanya perubahan waktu (t) sedangkan pada variasi arus
semakin meningkat. Efisiensi dapat dipengaruhi oleh energi kalor
yang diterima benda sebanding dengan energi kalor ideal yang
diberikan. Tampak jelas bahwa efisiensi dipengaruhi energi kalor
yang diberikan beserta dengan energi panas, maka yang dapat energi
kalor ideal, yaitu bernilai 4,2 j/kal.Dalam praktikum kali ini kita
bisa melihat bahwa tara kalor listrik yang diberikan terhadap
massa, panas yang diberikan terhadap massa dan panas yang
dihasilkan. Dan telah mampu mempelajari kesetaraan antara energi
kalor dengan energi listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi
energi panas, begitu juga sebaliknya, energi panas dapat diubah
menjadi energi listrik.
Tara Kalor Listrik22Teknik Mesin