BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

1) Mengamati dan memahami proses perubahan energi listrik menjadi kalor

2) Menghitung faktor konversi energi listrik menjadi kalor

1.2. Dasar Teori

Panas/kalor adalah salah satu bentuk energi. Banyaknya panas yang diperlukan suatu

benda untuk menaikkan suhunya sangat bergantung pada kapasitas panas, C, dari bahan

benda tersebut. Secara matematis dituliskan :

C = dQ/dT ……………….(1)

Panas jenis adalah kapasitas panas bahan tiap satuan massanya, yaitu :

c = C/m ……………….(2)

Panas jenis merupakan salah satu sifat termometrik benda. Untuk selang suhu yang tak

terlalu besar, biasanya c dapat dianggap konstan, sehingga apabila suatu benda

bermassa m, panas jenis bahannya c dan suhunya T1 maka untuk menaikkan suhunya

menjadi T2 diperlukan panas sebesar :

Q = m.c.(T2 T1) …………..(3)

Bila sebuah benda dengan suhu tertentu disinggungkan benda lain yang suhunya

lebih rendah maka dalam selang waktu tertentu suhu kedua benda tersebut akan menjadi

sama (setimbang). Hal ini terjadi karena benda yang bersuhu lebih tinggi memberikan

panasnya ke benda yang bersuhu lebih rendah. Berdasarkan hukum kekekalan energi

jumlah panas yang diberikan sama dengan jumlah panas yang diterima oleh benda yang

bersuhu lebih rendah (asas Black). Sejumlah air yang telah diketahui massanya,

dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik. Air yang suhunya lebih tinggi ini

dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air, massa air dingin sudah ditimbang

terlebih dahulu. Dalam hal ini air dingin dan kalorimeter adalah dua benda yang

bersuhu sama yang akan menerima panas dari air panas.

Menurut asas Black diperoleh bahwa:

kalor yang dilepas = kalor yang diterima

(air panas) (air dingin+kalorimeter)

m2.c.(T2Ta) = (m1.c+H).(TaT1)……………….(4)

dimana m1 = massa air dingin dengan suhu T1

m2 = massa air panas dengan suhu T2

c = panas jenis air (1 kal/g.oC 1 %)

Ta = suhu akhir sistem

H = harga air (kapasitas) calorimeter

Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan

diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk energi kebentuk 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.

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 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)

Kalor adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke

benda yang bersuhu lebih rendah ketika benda itu saling berhubungan. Benda yang

menerima kalor, suhunya akan naik sedangkan benda yang melepas kalor, suhunya akan

turun. Besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus dengan:

1. Massa benda

2. Kalor jenis benda

3. Perubahan suhu

Dalam satuan SI, kalor adalah joule. Satuan kalor yang lain adalah kalori. Kesetaraan

joule dan kalori adalah sebagai berikut:

Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1oC air

murni yang massanya 1 gram. Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan

untuk menaikan 1 kg zat sebesar 1K atau 1oC.

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.

Panas yang diserap kalorimeter :

Q total = Q air + Q bejana + Q pengaduk + Q elemen

gambar 1

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,184 joule

Hukum kekekalan energy adalah salah satu dari hukum-hukum kekekalan yang meliputi

energy kinetic dan energy potensial. Hukum ini adalah hokum pertama dalam

termodinamika.

Hukum Kekekalan Energi (Hukum I Termodinamika) berbunyi: "Energi dapat berubah

dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bias diciptakan ataupun dimusnahkan

(konversienergi)".

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.I.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)

BAB II

ALAT DAN BAHAN

Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum percobaan

“Kalorimeter joule” kali ini antara lain:

2.1. Alat-alat praktikum

Kalori meter joule

Beberpa buah thermometer

Ampere meter

volt meter

Hambatan depan

kabel – kabel penghubung

Neraca teknis (Timbangan)

Barometer

Thermometer

stopwatch

2.2. Bahan yang digunakan

Air biasa

Sumber tegangan searah

A

V

Pengaduk

Termometer

Kalorimeter

Catu daya

BAB III

METODE PERCOBAAN

1. Catat suhu,tekanan udara dan kelembaban ruangan sebelum dan sesudah percobaan

2. Kelorimeter kosong dan pengaduknya di timbang

3. Kalorimeter berisi air di timbang untuk mengetahui massa air dalam kelorimeter

4. Membuat rangkaian seperti gambar 1

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

6. Mengamati suhu awal kalorimeter (t1)

7. Menjalankan arus selama kira-kira 15 menit

8. Mengamati kalorimeter (t2)

9. Arus di matikan dan amati penurunan suhu selama waktu yang digunakan pada langkah

no.7

10. Air yang ada dalam kalorimeter diganti, timbang kalorimeter yang berisi air ini (isilah

kalorimeter dengan messa air yang berbeda dengan percobaan yang terdahulu

11. Ulangi langkah no.6 s/d 9

12. Ulangi percobaan ini dengan merubahan arus dan waktu yang digunakan

BAB IV

DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

Berdasarkan pengamatan dan percobaan yang telah dilakukan pada hari Rabu 18

Desember 2013, maka didapatkan dilaporan hasilnya sebagai berikut :

4.1 Data Pengamatan

Nama Percobaan : Kalorimeter Joule

Tanggal Percobaan : 21 Desember 2011

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

Sebelum percobaan 75,5 Hg 25 oC 69 %

Sesudah percobaan 75,6 Hg 27 OC 68 %

diketahui Calumunium = 0,217 kal/goc

No Mk(gr) Ma(gr) V (volt) I (A) t (s) T1oC T2’ T3 ∆T T2 W (Kal) Q (Kal) C

1 18,8 44,7 2 0,8 600 29 34,5 32,4 1,6 36,1 960 346,335 0,659

2 18,8 48,6 3,5 1,2 600 28 42 39 3 45 2520 895,353 0,669

Percobaan 1 Percobaan 2

t (S) T (suhu) naik T (suhu) turun t (S) T (suhu) naik T (suhu) turun

0 29 34 0 28 42

60 30 33,9 60 29 42

120 30,5 33,8 120 30 41

180 31 33,5 180 33 41

240 31,8 33,3 240 34 40,5

300 32,2 33 300 36 40

360 32,5 33 360 37 40

420 33 33 420 38 39,5

450 33,5 33 450 40 39

540 34 33 540 41 39

600 34,5 32,9 600 42 39

4.2. Perhitungan

∆ t=t 2 ' - t 3 ∆ t=t 2 ' - t 3

= 34,5-32,9 =42-39

= 1,6 = 3

T2 = T2’ + ∆ t T2 = T2’ + ∆ t

= 34,5 + 1,6 = 42 + 3

= 36,1 = 45

W = V.I.t W = V.I.t

= 2 . 0,8 . 600 = 3,5 . 1,2 . 600

= 960 joule = 2520 joule

Q = ((Ma.Ca)+(Mk.Ck) ∆ t Q = (Ma.Ca)+(Mk.Ck) ∆ t

=[(44,7 . 1)+(18,8 . 0,217)] (36,1 –29) = [(48,6 . 1)+(18,8 .0,217)] 17

= (44,7 + 4,0796) 7,1 = (48,6 + 4,0796) (40-27,5)17

= 346,335 kal = 895,553 kal

=346,335 x 4,2 =1454,607 joule = 895,553 x 4,2 =3761,322 joule

C=WQ C=

WQ

=960

1454,607 = 2520

3761,322

= 0,659

BAB V

PEMBAHASAN

Pada percobaan kali ini alat yang kami pergunakan yaitu kalorometer. Kalorimeter

adalah alat untuk menentukan kalor jenis tipis yang dimasukkan dalam bejana tembaga yang

lebih besar. Pada alasanya diberi ganjalan beberapa potong gabus. Pada prinsipnya, antara

bejana kecil (dinding dalam) dengan bejana besar (dinding luar) dibatasi oleh bahan yang

tidak dapat dialiri kalor (adiabatic). Kemudian, diberi tutup yang mempunyai dua lubang

untuk memasukkan / tempat thermometer dan pengaduk. 

Pengukuran kalor jenis dengan calorimeter 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.

Pada percobaan kali ini berhubungan dengan dua bentuk energi yakni enegi kalor dan

listrik. Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu resistor dinyatakan dengan

persamaan :

W =v⋅i⋅t

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=m⋅c⋅( t a−t )

Dimana Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori )

m = massa zat ( gram )

c = kalor jenis zat ( kal/gr0C)

ta = suhu akhir zat (0C)

t = suhu mula-mula (0C)

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.

Berdasarkan data hasil praktikum diketahui bahwa semakin besar nilai tegangan listrik

dan arus listrik pada suatu bahan maka tara panas listrik yang dimiliki oleh bahan itu

semakin kecil. Dalam data hasil praktikum seolah terlihat bahwa pengukuran dengan

menggunakan arus kecil menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini merupakan suatu anggapan

yang salah karena dalam

Pengukuran pertama ini 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.

BAB VI

KESIMPULAN

1) Tidak semua panas terserap oleh air dan kalorimeter namun juga oleh kawat spiral yang dalam hal ini tidak diperhitungkan demikian pula plastik hitam penutup kalorimeter.

2) Pada kalorimeter terdapat energi disipasi. Energi disipasi dapat berarti energi yang

hilang dari suatu sistem. Hilang dalam arti berubah menjadi energi lain yang tidak

menjadi tujuan suatu sistem (dalam percobaan, energi listrik berubah menjadi energi

kalor) . Timbulnya energi disipasi secara alamiah tidak dapat dihindari.

3) Semakin besar volt semakin besar energi listrik yang dihasilkan.

4) Semakin kecil volt semakin kecil Q yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Tiper, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta

TUGAS AKHIR

1. Hitunglah harga air kalorimeter

2. Hitunglah energy listrik W

3. Hitunglah kalor C

4. Hitung faktor koreksi C

5. Bandingkan harga C dari beberapa percobaan dengan literatur. Berikan pembahasan

singkat!

6. Berikan beberapa contoh lain yang merupakan proses pertukaran energy, sertakan

manfaatnya bagi kehidupan sehari-hari.

JAWABAN

1. Hitung harga air kalorimeter (beberapa harga dari beberapa ulangan percobaan)

Jawab

Percobaan1

Dik. Mkalorimeter kosong = 98,8 gr

Mkalorimeter berisi air = 137,5 gr

Dit. Mair = ?

Jawab

Mair = Mkalorimeter berisi air - Mkalorimeter kosong

Mair = 137,5 – 98,8

= 38,7 gr

Percobaan 2

Dik. Mkalorimeter kosong = 98,8 gr

Mkalorimeter berisi air = 129,0 gr

Dit. Mair = ?

Jawab

Mair = Mkalorimeter berisi air - Mkalorimeter kosong

Mair = 129,0 – 98,8

= 30,2 gr

2. Hitung energi listrik W (beberapa harga)

Jawab

Dik. V1 = 0,5 volt V2 = 1

I1 = 0,7 Ampere I2 = 1

t1 = 600 sekon t2 = 600 sekon

Dit. W = ?

Jawab

W = V.I.t W = V.I.t

= 0,5 . 0,7 . 600 = 1 . 0,9 . 600

= 210 joule = 540 joule

= 450 x 0,24 = 540 x 0,24

= 50,4 kal = 129,6 kal

3. Hitung kalor Q (beberapa harga)

Jawab

Dik : Mair = 38,7 gr Mair = 30,2 gr

Cair = 1 kal/g°C Cair = 1 kal/g°C

Mk = 98,8 gr Mk = 98,8 gr

CAl = 0,217 kal/g°C CAl = 0,217 kal/g°C

T1 = 27°C T1 = 27,5°C

T2 = 38°C T2 = 40°C

Dit Q1 & Q2 = ?

Jawab

Q1 = m . c . ∆T Q2 = m . c . ∆T

Q1 = {(Mair . Cair + Mk . CAl)}T2 – T1 Q2 = {(Mair . Cair + Mk . CAl)}T2 – T1

= (38,7 + 21,4396) (38-27) = (30,2 + 21,4396) (40-27,5)

= 661,5356 kal = 645,495 kal

4. Hitung faktor koreksi C (beberapa harga)

Jawab

Dik W1 = 50,4 kal W2 = 129,6 kal

Q1 = 661,5356 Coulumb Q2 = 645,495 Coulumb

Dit C = ?

Jawab

C=WQ C=

WQ

=50,4

661,5356 = 129,6

645,495

= 0,76186 = 0,200776

Bandingkan harga C dari percobaan dengan literatur. Berikan pembahasan singkat !

Jawab

Diketahui harga C = 0,200776 sedangkan literatur tembaga 0,217 kal/gr. Untuk

mendapatkan harga C yang mendekati literature tembaga,W dan Q sangat mempengaruhi

harga C. Harga Q lebih besar dari harga W.

5. Berikan beberapa contoh lain yang merupakan energy, sertakan manfaatnya bagi

kehidupan sehari – hari.

Jawab

Contoh perubahan energi adalah :

Energi matahari diubah menjadi energi pembangkit listrik dengan menggunakan

susunan cermin sebagai pengumpul energi sinar matahari.manfaatnya untuk

penerangan dan penyimpan cadangan listrik

Energi angin di ubah menjadi energi listrik bias juga di gunakan memompa air darat

ke laut.

Energi Air di ubah menjadi energi listrik, energi air dapat menggerakan generator

untuk keperluan listrik di daerah pedesaan atau pegunungan