Hukum Joule

Hukum Joule
Bila sebatang logam dialiri arus listrik, maka tumbukan oleh pembawa muatan
dalam logam mendapat energi sehingga menjadi panas dan atom-atom akan bergerak
semakin kuat. Daya hilang yang diubah menjadi getaran atom dalam logam, dengan kata
lain hilang sebagai kalor. Ini dapat dipahami bahwa muatan dq yang bergerak akan
mendapat tambahan energi sebesar dU = (dq) V. Karena arus dan kecepatan tetap, maka
energi yang hilang persatuan waktu (daya), adalah:
Persamaan (11.8) dikenal sebagai Hukum Joule yang menyatakan daya yang hilang (daya
disipasi) pada konduktor dengan hambatan R dan di aliri arus i. Sedangkan besar kalor
disipasi (kalor Joule) dalam waktu dt adalah:
Kalor ini disebut kalor Joule dimana 1 kalori = 4,2 Joule.
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.(T2−Ta) = (m1.c+H).(Ta−T1) (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 system
H = harga air (kapasitas) kalorimeter
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)
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 :
γ =
Dimana
v ⋅i ⋅t
( mk c k + ma c a )( t a − t )
v = Tegangan listrik ( volt )
i = Arus listrik ( Volt )
t = waktu / lama aliran listrik ( sekon )
mk = massa kalorimeter kosong dan pengaduk ( gram )
ck = kalor jenis kalorimeter ( kal/gr0C)
ma = massa air dalam kalorimeter ( gram )
ca = kalor jenis air ( kal/gr0C)
ta = suhu akhir zat (0C)
t = suhu mula-mula (0C)