jurnal l1

PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK (L1)

WAHYU ARIFFIYANTO

1413100052

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan tentang Hukum Joule yakni panas yang ditimbulkan oleh arus listrik untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan Hukum Joule serta menentukan harga 1 Joule. Alat dirangkai sesuai dengan rangkaian (a) dan rangkaian (b), dengan arus 0.3 A serta sebesar 0,4 A, dimana suhu awalnya 20°C dan massa airnya 120 gram. Pada rangkaian pertama dan rangkaian kedua terletak perbedaan pada letak hambatan geser pada rangkaian. Rangkaian pertama hambatan geser berada pada akhir rangkaian setelah arus melewati kalorimeter, sementara pada rangkaian kedua, hambatan geser berada di awal rangkaian setelah power supply, letak kedua rangkaian sangat berpengaruh pada lama pemanasan air dalam kalorimeter. Selain letak kalorimeter, bentuk kawat juga sangat berpengaruh, apabila kawat berbentuk lurus, dapat dipastikan panas tidak dapat timbul dari kawat yang dialiri arus listrik tersebut. Hal ini dikarenakan arus elektron akibat dari pengaliran energi dalam kawat menabrak elektron – elektron pada ujung spiral kawat, kemudian timbul panas diujung kawat spiral itu. Kemudian, berdasarkan hukum termodinamika ke nol, yakni apabila ada interaksi dua benda yang berbeda suhu, akan terjadi aliran energi dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Inilah sebab dari panas timbul dari arus listrik. Pada percobaan, waktu yang diperlukan untuk menaikkan tiap 1C, dicatat dan digunakan untuk menentukan 1 joule panas. Dari data percobaan, didapat besar nilai rata – rata kalor yang ada pada percobaan sebesar 151,2 Kalori. Dan nilai H yang didapat berturut – turut pada rangkaian pertama I = 0,3 A;I = 0,4 A serta rangkaian kedua I=0,3 A dan I = 0,4 A adalah 1021,8 joule; 1021,8 joule; 1259,04 joule dan 1021,8 joule.

Kata kunci : Hukum Joule, Arus Listrik, Panas, Hukum Termodinamika Ke Nol, H,Q

i

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL............................................................................................... i

DAFTAR ISI............................................................................................................ii

BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1

1.1 Latar Belakang...............................................................................................1

1.2 Permasalahan..................................................................................................1

1.3 Tujuan.............................................................................................................1

BAB II DASAR TEORI.........................................................................................2

2.1 Teori Hukum Joule....................................................................................2

2.2 Azas Black.................................................................................................3

2.3 Panas atau Kalor........................................................................................3

2.4 Kalorimeter................................................................................................4

2.5 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis...............................................................5

2.6 Arus Listrik................................................................................................6

2.7 Hubungan Kalor dengan Energi Listrik....................................................6

2.8 Energi dan Daya Listrik............................................................................7

2.9 Kawat Penghantar......................................................................................8

2.10 Resistor......................................................................................................8

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN.............................................................11

3.1 Peralatan dan Bahan................................................................................11

3.2 Langkah Kerja.........................................................................................11

BAB IV..................................................................................................................12

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN...........................................................12

4.1 Analisis Data...........................................................................................13

4.2 Perhitungan..............................................................................................13

4.3 Grafik.......................................................................................................15

4.4 Pembahasan.............................................................................................16

BAB V KESIMPULAN.........................................................................................19

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................20

ii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Panas atu kalor adalah suatu faktor penting dalam kehidupan manusia dan

makhluk hidup lainnya, panas tersebut digunakan sebagai memasak bahan

makanan, menhangatkan badan, menguapkan cairan, metode pengawetan dan

masih banyak lagi. Dahulu, panas tersebut didapat melalui api dan sinar matahari.

Namun, dengan seiring bertambahnya waktu serta perkembangan ilmu

pengetahuan, panas tidak lagi didapat hanya dari api dan cahaya matahari,

melainkan juga dari konversi arus listrik, sudah menjadi menjadi hal wajar apabila

arus listrik ditimbulkan dari panas, namun permasalahn ada apabila keadaan

tersebut dibalik, salah satu contoh alat konversi arus listrik menjadi kalor atau

termal adalaha water heater. Heater adalah alat yang secara sengaja mengubah

listrik menjadi panas. Prinsip yang digunakan oleh alat ini, adalah azas black dan

hukum joule. Dengan adanya masalah, bagaimana cara panas ditimbulkan dari

arus listrik.

Tujuan dari praktikum ini adalah bagaimana menjelaskan panas yang

ditumbulkan oleh arus listrik serta membuktikan hukum joule.

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang muncul pada percobaan panas yang ditimbulkan oleh

arus listrik ini adalah bagaimana menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus

listrik. Dan bagaimana membuktikan hukum joule serta menentukan harga satu

joule.

1.3 Tujuan

Tujuan dari percobaan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik ini adalah

untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik. Dan membuktikan

hukum joule serta menentukan harga satu joule.

1

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Teori Hukum Joule

Hukum joule menuliskan bagaimana tenaga diubah kedalam tenaga

termal,yang didalam suatu penghantar merupakan suatu proses yang tidak dapat

dibalik ( hanya berlangsung satu arah ). 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, gas, dan arutan.

Untuk mengukur suatu benda secara tepat haruslah mempergunakan suatu

alat yang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena terjadi suatu perubahan

yang dapat 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,perubahan 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

panas/energi yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya

naik satu derajat celcius.

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

benda bersuhu lebih tinggi dari suhu lingkungannya. Benda tersebut akan

memancarkan energi sampai suhu benda sama dengan suhu lingkungannya. Bila

suhu sudah sama akan terjadi keseimbangan atau tidak ada lagi perpindahan kalor

atau energi (Ayob,1996).

2

2.2 Azas Black

Menurut azas 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). Secara matematis

dapat dirumuskan :

Q lepas = Q terima................................................................................ (2.1)

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima

kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan

maka akan diperoleh

m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)..............................................................(2.2)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah

pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu

rendah digunakan (ta-t2). Prinsip dari azas black adalah kestimbangan energi,

dimana energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, apabila ada energi

yang tidak ada / “hilang”, sebenarnya energi tersebut berganti menjadi produk lain

(Giancoli,1998).

2.3 Panas atau Kalor

Panas, adalah transfer energi yang terjadi didalam dua temperature berbeda,

dalam konteks ini energi bisa dikatakan berpindah dari sistem ke lingkungan,

perpindahan ini dikarenakan didalam sistem terjadi reaksi yang menghasilkan

energi. Untuk mengukur tingkat kepanasan tersebut, manusia tidak dapat hanya

menggunakan anggota tubuh yang dimiliki dalam menentukan tingkat kepanasan,

ini disebabkan karena syaraf manusia untuk menanggapi rangsangan memiliki

batasan – batasan, antara lain mudah terpengaruh keadaan lingkungan apabila

sudah terlalu lama terbiasa oleh keadaaan disitu. Selain itu, syarah juga tidak bisa

mengukur besar panas yang terlalu ekstrim, karena hal itu dapat merusak syaraf

itu sendiri.

3

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang

dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor, yaitu massa zat, jenis zat

(kalor jenis) dan perubahan suhu. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)...................................................................................(2.3)

Dimana :

1.Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

2.m adalah massa benda (kg)

3.c adalah kalor jenis (J/kgC)

4. (t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu kalor yang digunakan untuk

menaikkan suhu dan kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten),

persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q =

m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (Michiel,2006).

2.4 Kalorimeter

Kalorimeter adalah suatu alat untuk memperlihatkan besarnya

kalor jenis suatu zat. Kalorimeter ini bekerja baerdasarkan Asas Black. Asas

black berbunyi:

“Besar ka lo r yang d i l epas kan o l eh se buah benda yang

suhuny a l eb ih t i ngg i akan s ama dengan kalor yang diterima oleh benda

yang bersuhu lebih rendah”.

Kalorimeter juga dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain

kalorimeter “coffe cup” dan kalorimeter bom. Kalorimeter “coffe cup”

adalaha kalorimeter yang digunakan untuk mengukur kalor pada

tekanan sama, hal ini dikarenakan pada kalorimeter ini, tekanan masih

dapat mempengaruhi karena hanya terdiri dari isolator saja, akibatnya,

suhu masih terasa diluar, dan karena dilakukan dalam suhu lingkungan

yang sama maka dapat dikatakan bahwa tekanan yang mempengaruhi

reaksi adalah sama.

Kalorimeter Bom digunakan khusus untuk menentukan

kandungan energi dalam makanan dan lemak, pada kalorimeter bom,

4

suhu diukur dalam keadaan volume tetap, sehingga dalam penulisan

kalor yang didapat sering ditulis dengan C v. 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 (Michiel,2006).

2.5 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis

Kapasitas kalor adalah banyak nya energi yang harus dimasukkan kedalam

suatu sistem untuk meningkatkan suhu sistem tersebut sebesar 1K, sehingga

satuan dari kapasitas kalor adalah JK-1. Sementara, untuk kalor jenis adalah

besarnya energi / kalor yang dignakan untuk menaikkan suhu suatu benda atau

sistem sebesar 1K untuk persatuan berat dari benda tersebut, sehingga kalor jenis

merupakan hasil pembagian antara kapasitas kalor dengan berat dari bahan atau

produk, satuan dari kalor jenis adalah JK-1m-1. Apabila dituliskan, maka akan

didapat persamaan seperti berikut:

C = Q : t

= Q : (m×t)

= mc.................................................................................................(2.6)

Dengan:

C = kapasitas kalor (JK-1)

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

Q = kalor ( kalor atau Joule)

m = massa benda ( gram atau Kg).

∆t = perubahan suhu (K)

(Giancoli,1998).

5

2.6 Arus Listrik

Arus merupakan suatu energi yang mengalir dalam suatu konduktor /

penghantar untuk ditransfer dari tingkat energi lebih tinggi dalam konduktor /

penghantar menuju kearah bagian yang memiliki tingkat energi lebih rendah.

Sehingga, arus listrik dapat diartikan hantaran elektron – elektron dari tingkat

energi berbeda dalam suatu hantaran.

Jumlah muatan arus listrik baik positif maupun negatif yang mengalir

melalui penampang sebuah penghantar dalam satu satuan waktu disebut dengan

kuat arus listrik, apabila dirumuskan menjadi:

Q= i t.....................................................................................................(2.7)

Dengan Q adalah muatan listrik (couloum), t merupakan waktu (detik) dan

I adalah kuat arus listrik (Ampere). Persamaan ini biasa digunakan dalam

mengukur kuat arus listrik (Anies,2005).

2.7 Hubungan Kalor dengan Energi Listrik

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk

kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik

dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat

berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang

hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah

energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.

Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor

yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.

W = Q...................................................................................................(2.8)

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t..................................................................................................(2.9)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh

persamaan ;

P.t = m.c.(t2 – t1)................................................................................(2.10)

Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai

dengan soal (Jati,2010).

6

2.8 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, ini disebabkan karena adanya pergesekan air dengan

sudu. 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, elktro 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, dan dapat dirumuskan sebagai berikut,

Q = V.I.t..............................................................................................(2.11)

dimana :

1.Q = panas yang ditimbulkan arus listrik (Joule atau kalori) Keterangan:

2.V = tegangan listrik (volt).

3. I = arus listrik (A).

4.T = waktu (sekon).

7

Menurut hukum termodinamikon I dikatakan bahwa “jika kalor diubah

menjadi bentuk energi lain atau jika bentuk energi lain diubah menjadi kalori,

maka energi sebelumnya selalu konstan”. Karena kalor ialah bentuk energi, maka

proses perubahan kalor menjadi energi dapat dinalik menjadi perubahan

sebaliknya (Ayob,1996).

2.9 Kawat Penghantar

Kegunaan kawat penghantar adalah untuk menyambungkan sunber

tegangan dengan beban, sehingga kerugian tegangan jatuhnya kecil sekali.

Dengan denikian tegangan sumber ini bisa menghasilkan arus listrik pada tahanan

bahan. Konduktor yang baik pada umumnya logam, terutama tembaga, karena

pada logam, arus disalurkan dengan kuantitas lebih besar.

Biasanya kawat penghantar mempunyai tahanan rendah. Besarnya

resistansi dari suatu konduktor bergantung pada jenis logamnya, luas penampang

dan panjangnya. Kawat tembaga sering sekali digunakan dalam instalasi listrik,

pengawatan rangkaian elektronika. Plat tembaga yang tipis digunakan sebagai

jalur penyambung hubungan pada papan rangkaian tercetak (PCB)

Tembaga, Aluminium dan logan-logan lain sering digunakan untuk

membuat kawat atau kabel yang menyalurkan sinyal atau energi listrik dengan

jarak yang cukup jauh (Anies, 2005).

2.10 Resistor

Pengertian resistor adalah salah satu komponen elekronika yang berfungsi

sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa terminal

dua komponen elektronik yang menghasilkan tegangan pada terminal yang

sebanding dengan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hukum Ohm (V =

IR). Sebuah resistor tidak memiliki kutub positif dan negatif, tapi memiliki

karakteristik utama yaitu resistensi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan

power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperatur, kebisingan, dan

induktansi. Ohm yang dilambangkan dengan simbol Ω(Omega) merupakan satuan

resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif. Dari jenisnya, resistor terbagi

8

menjadi dua macam yaitu resistror tetap dan resistor variabel. Untuk resistor tetap

memiliki kode warna khusus yang melingkar pada tubuh resistor yang

menyimbolkan nilai resistansi yang dimiliki sebuah resistor. Setiap warna

memiliki nilai tersendiri, sehingga jika diterjemahkan akan menunjukan besar

nilai resistansi yang dimiliki sebuah resistor. Artian dari tiap warna dapat dilihat

dari tabel dibawah.

Gambar 2.1 Tabel nilai resistansi resistor berdasarkan warna cincin (Ayob).

Jika melihat tabel kode warna resistor, maka dapat diambil contoh sebagai

berikut : Jika terdapat sebuah resistor dengan warna Cokelat, Kuning, Hitam,

Cokelat dan Perak maka dapat diketahui resistor itu memiliki nilai 140 x 10 =

1400 Ohm dengan nilai toleransi sebesar +10%.

Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang

mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik

dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap

adalah sebagai berikut :

1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan

suatu rangkaian elektronika.

9

2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan

oleh rangkaian elektronika.

3. Berfungsi untuk membagi tegangan.

4. Berfungsi untuk membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah

dengan bantuan transistor daan kondensator (kapasitor) (Anies,2005).

10

- +A

- +VE -

+_+- Thermometer

K

(a)

_ +V

Thermometer

+_AV

(b)

E -+

K

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan pada percobaan panas yang ditimbulkan oleh

arus listrik ini adalah Kalorimeter dengan perlengkapannya 1 set, thermometer 1

buah, adaptor 1 buah, stopwatch 1 buah, tahanan geser (Rg) 1 buah, ampermeter

(A) dan voltmeter (V) masing-masing 1 buah.

3.2 Langkah Kerja

Gambar 3.1 Set Up lat percobaan dengan letak (a) hambatan geser di akhir rangkaian dan

(b) di awal rangkaian

11

Untuk melakukan percobaan tentang panas yang ditimbulkan arus listrik, maka

digunakan dua rangkaian. Pertama, dibuat rangkaian seperti gambar 3.1(a).

Kemudian rangkaian dihubungkan dengan tegangan PLN (seizin asisten). Lalu

kalorimeter diisi dengan air. Dicatat massa air dalam kalorimeter. Kemudian

diberi beda potensial selama 10 menit. Diusahakan arus konstan dengan

mempertahankan tahanan geser (Rg). Kemudian dicatat kenaikan suhu setiap 30

detik selama 10 menit. Kemudian percobaan diulang pada rangkain gambar 3.1

(b) dan dilakukan perlakuan yang sama seperti percobaan pada rangkaian (a)

12

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN4.1 ANALISIS DATA

Pada percobaan ini dilakukan percobaan dengan dua rangkaian. Pada rangkaian pertama dihasilkan data sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data panas yang dihasilkan oleh arus listrik pada rangkaian pertama dengan besar arus sebesar 0.3 A

No m(gram) V(volt) T(C) T(menit)1

120 6.5

20 -2 21 3 Menit 7 Detik3 22 6 Menit 24 Detik4 23 10 Menit 32 Detik5 24 14 Menit 53 Detik



120 8.75


Kemudian dengan cara yang sama, dilakukan percobaan terhadap rangkaian kedua, data yang didapat adalah sebagai berikut :



120 6.75



13


120 9.00

20 -2 21 2 Menit 59 Detik3 22 5 Menit4 23 7 Menit 26 Detik5 24 10 Menit 50 Detik

4.2 Perhitungan

Setelah semua data diperoleh maka dapat dilakukan perhitungan, untuk menghitung I (arus) dengan menggunakan hukum Faraday yang nantinya i yang diperoleh dari perhitungan akan dibandingkan dengan i yang ditunjukkan jarum pada saat percobaan berlangsung. Berikut perhitungan yang diperoleh :

Perhitungan H

Diketahui : V = 6,5 Volt Ditanya : H...?

I = 0,3 Ampere Q...?

t = 3 menit 7 detik 1 Joule = ... kalori ?

= 187 detik

w = 120 gram

Tm = 20ᵒC

Ta = 21ᵒC

Jawab : H = V I t Q = Q1 + Q2

H = 6,5 . 0,3 . 187 Q = w (Ta-Tm) + 0,26 w (Ta-Tm)H = 364,65 Joule Q = 1,26 w (Ta-Tm)

Q = 1,26 . 120 (21-20)Q = 151,2 kalori

H = Q364,65 Joule = 151,2 kalori

1 Joule = 151,2346,65

1 Joule = 0,414644 Kalori

Tabel 4.5 Hasil perhitungan data percobaan

No I(A) Rangkaian m(gram) T (ᵒC)

t (detik) H (Joule) Q (kalori)

Nilai 1 Joule

14

1

0.3 1 120

20 - - - -2 21 187 364.65 151.2 0.4146443 22 384 748.8 151.2 0.2019234 23 632 1232.4 151.2 0.1226875 24 893 1741.35 151.2 0.086829

Rata – Rata Nilai 524 1021.8 151.2 0.2065216

0.4 1 120

20 - - - -7 21 99 346.5 151.2 0.4363648 22 216 756 151.2 0.29 23 322 1127 151.2 0.13416110 24 469 1641.5 151.2 0.092111

Rata – Rata Nilai 276.5 1021.8 151.2 0.14797411

0.3 2 120

20 - - - -12 21 248 502.2 151.2 0.30107513 22 454 919.35 151.2 0.16446414 23 742 1502.55 151.2 0.10062915 24 1043 2112.075 151.2 0.071588

Rata – Rata Nilai 621.75 1259.044 151.2 0.12009116

0.4 2 120

20 - - - -17 21 179 644.4 151.2 0.23463718 22 300 1080 151.2 0.1419 23 446 1605.6 151.2 0.0941720 24 650 2340 151.2 0.064615

Rata – Rata Nilai 393.75 1021.8 151.2 0.147974

4.3 Grafik

Berdasarkan data yang telah diolah didalam analisa data diatas, diperoleh grafik sebagai berikut :

15

20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.50

2

4

6

8

10

12

14

16

T sebagai fungsi t

T sebagai fungsi t

Gambar 4.1 Grafik pengaruh suhu terhadap waktu pada rangkaian pertama dengan kuat arus sebesar 0.3 A

20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.50

1

2

3

4

5

6

7

8

T sebagai t

T sebagai t

Gambar 4.2 Grafik pengaruh suhu terhadap waktu pada rangkaian pertama dengan kuat arus sebesar 0.4 A

16

20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.502468

101214161820

T sebagai fungsi t

T sebagai fungsi t

Gambar 4.3 Grafik pengaruh suhu terhadap waktu pada rangkaian kedua dengan kuat arus sebesar 0.3 A

20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.50

2

4

6

8

10

12

T segai fungsi t

T segai fungsi t

Gambar 4.4 Grafik pengaruh suhu terhadap waktu pada rangkaian kedua dengan kuat arus sebesar 0.4 A

4.4 Pembahasan

Percobaan yang telah dilakukan adalah percobaan mengenai Hukum Joule, Panas yang Ditimbulkan oleh Arus Listrik dengan tujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan Hukum Joule dan menentukan harga satu Joule. Di dalam percobaan ini akan diuji seberapa cepatnya suhu meningkat pada kalorimeter antara rangkaian (a).

17

Pada percobaan ini digunakan peralatan dan bahan antara lain yaitu 1 set kalorimeter dan perlengkapannya, 1 buah termometer, 1 buah adaptor, 1 buah stopwatch, 1 buah tahan geser (Rg), 1 buah amperemeter (A), dan 1 buah voltmeter.

Pada percobaan ini digunakan rangkaian (a) dan rangkaian (b). Pada rangkaian (a), pertama power supply positif langsung dihubungkan dengan kalorimeter positif, lalu kalorimeter negatif dihubungkan dengan ampermeter positif, dan amperemeter negatif dihubungkan dengan tahanan geser positif, tahanan geser negatif dihubungkan dengan power supply negatif, lalu untuk volt meter dihubungkan langsung dengan kalorimeter. Jika diasumsikan bahwa arus mengalir dari positif menuju negatif maka arus akan melewati tahanan geser setelah melewati kalorimeter. Sehingga dalam rangkaian ini tahanan geser berfungsi untuk menstabilkan arus pada amperemeter karna ketika arus melewai kalorimeter, semakin lama kalorimeter akan semakin mengalami kenaikan suhu, hal tersebut menyebabkan arus pada amperemeter menurun. Sementara untuk rangkaian (b), setelah power supply langsung dihubungkan dengan hambatan geser. Hal ini dilakukan untuk membandingkan efek yang terjadi pada lama pemanasan air. Kemudian, seelah hambatan baru dihubungkan dengan ampere dan kalorimeter, serta diparalelkan dengan voltmeter. Sehingga, akhir dari rangkaian berada pada kutub negatif power supply.

Untuk menstabilkan arus, digunakan tahanan geser (Rg).Ketika arus menurun, tahanan geser digeser ke arah kiri, begitu juga sebaliknya, jika arus naik maka tahanan geser digeser ke arah kanan.Pada kalorimeter, kawat yang digunakan berbentuk spiral, hal tersebut bertujuan agar panas dapat ditimbulkan dari arus listrik, ini karena pada kawat dengan bentuk spiral terbentuk arus akibat dari tabrakan antara arus listrik yang dihantarkan dalam bentuk elektron dengan elektron – elektron dinding kawat. Dari rangkaian ini, kawat spiral berfungsi sebagai hambatan.

Pada percobaan ini digunakan arus listrik sebesar 0,3 ampere dan 0,4 ampere. Percobaan ini dilakukan sekali perulangan tiap variasi dengan hambatan geser berada di akhir rangkaian di rangkaian pertama dan berada dia awal rangkaian setelah .Pada rangkaian (a) waktu yang dibutuhkan lebih cepat daripada pada rangkaian (b) dimana arus yang mengalir menuju kalorimeter lebih cepat pula karena tidak terhambat oleh resistor. Saat melakukan percobaan terdapat kendala yang di temui oleh praktikan yaitu saat merangkai alat percobaan oleh praktikan terjadi kesalahan merangkai arah arus sehingga kuat arus tidak terbaca .

Cara kerja dalam percobaan ini sama pada kedua rangkaian, hanya letak hambatan saja yang membedakan keduanya. Pertama air yang akan dimasukkan

18

ke dalam kalorimeter ditimbang massanya dan Massa ini digunakan untuk mendapatkan nilai Q dalam satuan kalori, kemudian massa yang terbaca dalam timbangan neraca o - hauss sebesar 120 gram. Setelah menimbang massa air dan kalorimeter, digunakan es batu untuk menurunkan suhu air hingga sekitar 20ᵒC. Setelahnya, diset arus listrik sebesar 0.3 A, kemudian dicatat waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu tiap 1° C hingga suhu akhir sebesar 24° C. Selain itu, besar tegangan yang digunakan untuk menaikkan suhu juga dicata dan dilihat, tegangan yang diperhatikan adalah tegangan terukur oleh voltmeter dalam rangkaian, bukan tegangan dalam power supply, didapat rata – rata besar tegangan dalam percobaan pertama ini adalah 6,5 V. Rata-rata waktu yang diperoleh oleh praktikan yaitu sekitar 8 menit 44 detik, selanjutnya dilakukan variasi arus dengan rangkaian sama sebesar 0,4 A, dari sni didapat data terjadi pertambahan besar tegangan sebesar 2,75 V, rata – rata waktu yang diperlukan untuk melakukan pertambahan suhu adalah 4 menit 36,5 detik. Setelah percobaan pertama selesai, dilakukan percobaan kedua dengan perlakuan sama, hanya letak hambatan geser dirubah menjadi didepan, data yang didapat pada percobaan kedua arus sebesar 0,3 A adalah tegangan dalam percobaan sebesar 6,75 A dan rata – rata waktu untuk menaikkan suhu adalah 10 menit 22. Sementara, untuk rangkaian kedua dengan besar arus 0,4 A dan rata – rata waktu untuk menaikkan suhu adalah 6 menit 34 detik. Kemudian dilakukan perhitungan nilai H dengan adanya data beda potensial (V), arus listrik (I) dan waktu yang dibutuhkan untuk setiap kenaikan suhu (t) dengan satuan Joule. Dari perhitungan H tersebut diperoleh nilai rata-rata H yaitu 1081,1 Joule, dengan besar H dari rangkaian pertama rata – rata 1021,8 J dan besar H rangkaian kedua pada I = 0,3 A sebesar 1259,04 Joule serta pada I = 0,4 A sebesar 1021.8 Joule. Setelah perhitungan H, dengan adanya data massa air dan perubahan suhu dihitung nilai Q dalam satuan kalori dimana didapatkan rata-rata nilai Q adalah 151,2 kalori. Dari data tersebut kemudian untuk menghitung besar 1 Joule dalam kalori, dibandingkan nilai Q dengan nilai H sehingga didapatkan rata-rata nilai 1 Joule adalah 0,147974 kalori serta pada rangkaian kedua di I = 0,3 A sebesar 0,159439 Joule. Apabila memperhatikan grafik, didapat kan garis lurus keatas, hal ini dikarenakan adanya pertambahan nilai H tiap kenaikan suhu.

19

BAB V

KESIMPULAN

Dengan memperhatikan percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Dari perhitungan nilai H tersebut diperoleh nilai rata-rata H yaitu

1081.111 Joule.

2. Nilai rata-rata dari Q adalah 151.2 kalori.

3. Perbandingan nilai Q dengan nilai H sehingga didapatkan rata-rata nilai 1

Joule adalah 0.155654 kalori.

4. Perbandingan antara kenaikan suhu dan waktu adalah berbanding lurus.

5. Terbukti bahwa energy listrik dapat dikonversi menjadi energy termal

sesuai dengan Hukum Joule.

6. Dibandingkan dengan rangkaian kedua, rangkaian pertama terbukti lebih

efisien.

20

DAFTAR PUSTAKA

Anies. 2005. Electrical Sensitivity. Jakarta: Elex Media Komputindo

Ayob, MD. 1996. Termodinamik Gunaan untuk Ahli Teknologi. Johor: Universiti

Teknologi Malaysia

Giancoli. 1998. Physics 5th edition. New Jersey: Prentice Hall Inc

Jati, BM. 2010. Fisika Dasar untuk Mahasiswa Ilmu Eksakta dan Teknik. Yogyakarta:

Andi

Michiel, AP. 2006. Precision Temperature Sensors in CMDS Technology. Netherlands:

Springer

21

jurnal l1

Documents