percobaan P07 hukum joule

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNRI 2012-2013

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Riau

Laporan Praktikum Fisika Dasar II

Semester Genap 2012/2013

Percobaan P07

Hukum Joule

 

Lukman Arifin

1207121229

Teknik / Teknik Kimia A

·       Tujuan :

Setelah melakukan percobaan ini,diharapkan anda mampu :

1.      Menjelaskan apa yang disebut panas joule

2.      Menjelaskan factor factor yang mempengaruhi panas joule

3.      Menjelaskan bagaimana panas joule dapat diukur secara eksperimen

·       Alat alat yang diperlukan :

1.      Calorimeter dengan pemanas atau kawat

2.      Power supply 12 v

3.      Stoipwatch

4.      Ampermeter

5.      Voltmeter

6.      Rheostat

7.      Kabel Penghubung

8.      Thermometer

9.      Timbangan

10.  Es jika diperlukan

·       Landasan Teori

Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu resistor dinyatakan dengan persamaan : W = vit

Dimana W = energi listrik ( joule )

            v = Tegangan listrik ( volt )

            i = Arus listrik ( Volt )

            t = waktu / lama aliran listrik ( sekon )

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat dinyatakan dengan persamaan :

Q= mc(Tf-Ti)

Dimana Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori )

            m = massa zat ( gram )

            c = kalor jenis zat ( kal/gr⁰C)

            t_a = suhu akhir zat (⁰C)

            t  = suhu mula-mula (⁰C)

Dalam percobaan ini eneri listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dan kalorimeter. Berdasarkan azas Black bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima, maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dankalorimeter itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan kalorimeter.

Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan persamaan :

y = energi : panas kalor

Dimana v = Tegangan listrik ( volt )

i = Arus listrik ( Volt )

            t = waktu / lama aliran listrik ( sekon )

            m_k = massa kalorimeter kosong dan pengaduk ( gram )

            c_k = kalor jenis kalorimeter ( kal/gr⁰C)

m_a = massa air dalam kalorimeter ( gram )

            c_a = kalor jenis air ( kal/gr⁰C)

            t_a = suhu akhir zat (⁰C)

            t  = suhu mula-mula (⁰C)

Arus listrik adalah aliran partikel-partikel listrik bermuatan positif didalam suatu pengantar atau arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Pergerakan muatan ini terjadi pada bahan yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam , gas, atau larutan, sedangkan pembawa muatan sendiri tergantung pada jenis konduktor yaitu pada:

-        Logam, pembawa muatannya adalah electron-elektron

-        gas, pembawa muatannya adalah ion positif dan electron

-        larutan, pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif 

Untuk mengukur suatu benda secara tepat haruslah mempergunakan suatu alatyang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena terjadi suatu perubahan yangdapat diukur dengan berubahnya temparatur benda tersebut. Alat untuk mengukur temperature disebut thermometer, yang bekerja atas perubahan fisis yang bersamaan dengan perubahan temperatur, yaitu perubahan volume zat air,perybahan tahanan listrik dari suatukawat penghantar, perubahan warna filament lampu pijar. Perubahan-perubahan ini semua bersamaan dan berbanding dengan temperatur yang dapat diukur. Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius.

Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya  kalor  yang  diperlukan  untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius.

1 kalori = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kalori

Karena kalor adalah bentuk energi, maka satuan SI untuk kalor sama seperti energi, yaitu Joule.

1.   Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Pada sebuah benda yang mempunyai suhu yang tidak sama untuk seluruh bagian-bagiannya akan terjadi perpindahan kalor dari bagian yang bersuhu lebih tinggi ke bagian benda yang bersuhu lebih rendah. Demikian juga bila sebuah bendabersuhu lebih tinggi dari suhu lingkungannya. Benda tersebut akan memancarkan energi sampai suhu benda sama dengan suhu lingkungannya. Bila suhu sudah samaakan terjadi keseimbangan atau tidak ada lagi perpindahan kalor atau energi.

2.    Kalor jenis.

Suatu zat yang menerima kalor, selain mengalami pemuaian atau perubahanwujud, pada zat tersebut juga terjadi kenaikan suhu. Ketika kita memanaskan air didalam ketel, makin besar nyala api berarti makin besar kalor yang diberikan padaair, dan menghasilkan kenaikan suhu air yang lebih besar daripada kenaikan suhu air sebelumnya. Jika kalor yang sama diberikan pada ketel yang berisi lebih sedikit air,kenaikan suhu air lebih cepat kenaikan suhu air sebelumnya. Akibatnya, untuk selangwaktu pemanasan yang sama akan dicapai suhu air yang lebih tinggi daripadasebelumnya.Besarnya kenaikan suhu dari zat tersebut dapat dituliskan dalam persamaanberikut:

Joule juga merumuskan juga perbandingan jumlah satuan usaha denganjumlah satuan panas yang dihasilkan selalu sama, sehingga:

W = Q

V . I . t = Q

Dengan :

c = kalor jenis (kal/g) atau (J/Kg.K)

Q = kalor ( kalor atau Jou le)

m = massa benda ( gram atau Kg)

T = perubahan suhu () 

Jadi, ∆t adalah perubahan suhu dari suatu zat yang menerima kalor sebesar Q. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan olehsuatu zat untuk menaikan suhu 1 Kg zat itu sebesar 1.

3. Kapasitas kalor.

Kapasitas kalor adalah bilangan yang menunjukkan banyaknya kalor yangdiperlukan oleh suatu benda untuk menaikkan suhu benda sebesar 1.

Apabila kapasitas kalor (C) yang dihubungkan dengan kalor jenis (c) maka akandidapat persamaan berikut:

C = mc 

4. Kalorimeter.

Kalorimeter 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 samadengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah”

A.    Kalorimeter elektrik.

Kalorimeterini digunakan untuk mengukur kalor jenis zat cair. Prinsip kerja kalorimeter elektrik adalah sebagai berikut: “Sejumlah massa zat cair contoh (m kg) dimasukkan  dalam  bejana  tembaga  yang  kapasitas  kalornya  diketahui  (JK ^-1)”. Kemudian zat cair tersebut dipanaskan selama selang waktu t sekon secara elektrik oleh pemanas listrik yang memiliki elemen pemanas yang beda potensialnya V volt dan dilalui arus listrik dengan kuat arus I Ampere.

Kenaikan suhu (∆T  ) selama selang waktu t  diukur dengan termometer. Energi listrik yang diberikan kepada zat cair dalam selang waktu t  adalah V.I.t(Joule). Jika dianggap tidak ada kalor yang hilang maka energi kalor yang diserapoleh kalorimeter dan zat cair adalah

( C ∆T + mc∆T ) = ( mc + C )∆ T.     Sesuai kekalan energi

Vit = (mc + C ) ∆T

B. Kalorimeter Bom.

Digunakan khusus untuk menentukan kandungan energi dalam makanan dan lemak. Makanan yang akan ditentukan  kandungan energinya diletakkan  dalamcangkir platina. Contoh: makanan kemudian dibakar secara elektrik. Kalor yang diserap oleh bejana dalam cangkir, dan air diukur secara cermat. Sebagai contoh, 10gram kue melepaskan 159 kJ ketika dibakar dalam kalorimeter bom. Ini berarti bahwakandungan energi 100 gram kue tersebut adalah 1590 Kj, yang setara dengan 380Kalori.

m = massa zat (gr)

Arus  LiStrik 

Jumlah muatan arus listrik baik positif maupun negative yang mengalir melaluipenampang sebuah penghantar persatuan waktu disebut dengan kuat arus listrik.

                                          Q= i t

Dengan :

            Q = muatan listrik (couloum)

            t = waktu (detik)

            I = kuat arus listrik (Ampere)

Energi  Dan Daya Listrik 

Hambatan (R) yang dialiri arus listrik (I) akan menimbulkan beda tengangan V antar ujung-ujung berarti daya listriknya: P = V.I  Karena V = I . R  maka daya listriknya dapat dirumuskan menjadi : P = ( I.R ) I = I².

Dengan:  P = Daya listrik ( watt )

Bila arus listrik mengalir selama t detik energi listrik yang terpakai ialah: W = I² R.t Dengan:   t = Waktu ( dt )

Sedangkan bunyi hukum joule: “ Pembentukan panas persatuan waktu berbandinglangsung dengan kuadrat arus”.

Hukum joule menuliskan bagaimana tenaga diubah kedalam tenaga termal,yang didalam suatu penghantar merupakan suatu proses yang tidak dapat dibalik ( hanya berlangsung satu arah ).

Dalam percobaannya, Joule mengunakan air didalam sebuah selinder yangdiaduk dengan suhu yang berputar. Beberapa lama kemudian suhu air akan naik, inidisebabkan karena suhu bergesekan dengan air. Menurut Joule gerakan elktro dalam suatu penghantar dapat digambarkan sebagai serangkai percepatan yang masing-masing terakhir karena tumbukan dengan salah satu  pastikel yang tetap dalam suatu pengahantar, elktero itu akan mendapatkan tenaga kinetik pada setiap tumbukan dant enaga itu berubah menjadi panas.

Joule juga merumuskan juga perbandingan jumlah satuan usaha denganjumlah satuan panas yang dihasilkan selalu sama, sehingga:

W = Q

V . I . t = Q

Dan dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q = V.I.t, dimana : Q = panas yang ditimbulkan arus listrik (Joule atau kalori) Keterangan:

V = tegangan listrik (volt).

I = arus listrik (A).

T = waktu (sekon).

Menurut hukum termodinamikon I dikatakan bahwa : jika kalor diubahmenjadi bentuk energi lain atau jika bentuk energi lain diubah menjadi kalori, makaenergi sebelumnya selalu konstan. Karena kalor adalah suatu bentuk energi, makausaha selalu dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya.

·       Tabel Data 7.1

Tujuan : menentukan ekuivalen mekanik dari panas

                                                Massa                          Bahan                          Panas Jenis

Tabung Kalorimeter                55,5 gr                         alumunium                  0,22

Koil Pemanas                          2,7 gr                           Tembaga                      0,093

Tabung dan air                        246,6 gr

Air                                           190,5 gr

Suhu Mula mula = 7⁰C

Waktu ( menit)	Tegangan ( v)	Arus ( A)	Temperature
1	2	9,95 x 10-3	12
2	1,9	10,65 x 10-3	15
3	1,92	10,68 x 10-3	17
4	5,6	10,71 x 10-3	20

Tegangan Rata rata         :  2,855

Arus rata rata                     :  10,49 x 10^-3

Energy yang digunakan :  W= IVt

                                          = (10,49 x 10^-3 )(2,855)(4)

                                          = 0,1197    

Panas yang diperoleh     : Q=(Mair.Cair + Mkal+peng.C + Mkoil . Ckoil)(Tf-Ti)

                                       =[(190,5 x 10^-3 . 1) + (55,5 x 10^-3 . 0,22) + ( 2,7 x 10^-3 . 0.093)](20-7)

                                        = 2,63                                                

Persentase Kesalahan   : [ ( Q-W) : W ] x 100 %

                                      [ ( 2,63-0,1997) : 0,1997] x 100 % =  12,16 %

·        Kesimpulan :

1.  Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu resistor dinyatakan dengan persamaan : W= vit

2.  Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat dinyatakan dengan persamaan : Q = mc(Tf-Ti)

3.   besarnya nilai kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan perbandingan energi per kalor

4.  bunyi hukum joule: “ Pembentukan panas persatuan waktu berbandinglangsung dengan kuadrat arus”.

5. Joule juga merumuskan juga perbandingan jumlah satuan usaha denganjumlah satuan panas yang dihasilkan selalu sama, sehingga:

W = Q

V . I . t = Q

6.   Panas joule dapat di ukur menggunakan calorimeter