Tugas Microsoft Word “Panas yang Ditimbulkan oleh Arus Listrik”

PANAS YANG DITIMBULKAN ARUS LISTRIK
Arina Hidayatus Sakinah
1413100059
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2013-2014
Abstrak
Telah dilakukan percobaan perpindahan panas yang disebabkan arus listik,dengan
tujuan menentukan panas yang ditimbukan arus listrik ,membuktikan hukum joule dan
menentukan harga satu joule.Pada percobaan ini kta menggunakan 2 buah macam
rangkaian kemudian menghitung waktu setiap kenaikan 1 derajat celsius.Dari data yang di
peroleh kita dapat menghitung besar panas yang dihasilkan pada rangkaian A yaitu 593,58
joule dan pada rangkaian B 428,06 joule.Panas yang diserap air 1000 kalori dan panas yang
di serap kalorimeter 260 kalori.Dari percobaan terbukti bahwa arus listrik dapat
menimbulkan panas.
i
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN............................................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................................................... 1
1.2 Permasalahan................................................................................................................................ 1
1.3 Tujuan ........................................................................................................................................... 1
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................................................... 2
2.1 Arus ............................................................................................................................................... 2
2.2 Resistor ......................................................................................................................................... 3
2.3 Hambatan Jenis/Resistivitas ......................................................................................................... 3
2.4 Energi dan Daya dalam Rangkaian Listrik ..................................................................................... 4
2.5 Kalor .............................................................................................................................................. 4
BAB III METOLOGI PERCOBAAN ............................................................................................................. 6
3.1 Alat dan bahan .............................................................................................................................. 6
3.2 Skema kerja ................................................................................................................................... 6
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................................................... 8
4.1 Analisa Data .................................................................................................................................. 8
4.2 Pembahasan .................................................................................................................................. 9
BAB V KESIMPULAN ............................................................................................................................. 10
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................. 11
ii
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Pengukuran I ............................................................................................................. 8
Tabel 4. 2 Pengukuran I ............................................................................................................. 8
iii
DAFTAR GAMBAR
gambar 3. 1 Rangkaian A........................................................................................................... 6
gambar 3. 2 Rangkaian B ........................................................................................................... 6
iv
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejauh ini, pengetahuan kita terhadap fenomena listrik sebatas tentang muatan listrik
dalam kesetimbangan atau elektrostatik. Penerapan listrik kebanyakan berhubungan dengan
arus listrik. Arus listrik terdiri dari muatan-muatan yang bergerak dari satu tempat ke tempat
lain. Apabila pergerakan ini berada pada suatu lintasan yang tertutup, maka disebut dengan
rangkaian listrik. Ketika partikel bermuatan bergerak dalam suatu rangkaian listrik, akan
terjadi perpindahan energi potensial listrik dari sumber menuju tempat energi itu disimpan
atau dikonversi menjadi bentuk energi yang lain seperti energi bunyi pada radio atau kalor
pada pemanas roti.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang ada dalam percobaan ini adalah bagaimana cara menentukan panas
yang ditimbulkan oleh arus listrik dan membuktikan hokum Joule, serta menentukan harga 1
Joule.
1.3 Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus
listrik dan untuk membuktikan hokum Joule, serta menentukan harga 1 Joule.
1
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Arus
Kalau ada aliran netto muatan melewati suatu daerah, dapat dikatakan bahwa ada arus
yang melalui daerah tersebut. Jika sebuah konduktor terisolasi ditempatkan dalam medan
elektrostatik, muatan dalam konduktor itu akan menyusun diri kembali sehingga menjadikan
interior (bagian dalam) konduktor itu suatu daerah bebas medan, dan dalam daerah ini
potensial konstan. Gerak muatan dalam proses penyusunan diri kembali itu merupakan
sebuah arus, dan arus itu tidak ada lagi kalau medan pada konduktor menjadi nol (Zemasky,
1986).
Jika terminal-terminal baterai dihubungkan dengan jalur penghantar yang kontinu, akan
didapatkan rangkaian listrik. Alat yang diberi daya oleh baterai, yang mana bisa berupa bola
lampu, pemanas, radio, atau apapun. Ketika rangkaian seperti ini terbentuk, muatan dapat
mengalir melalui kawat rangkaian dari satu terminal baterai ke yang lainnya. Aliran muatan
seperti ini disebut arus listrik. Arus listrik pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total
muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Dengan demikian, arus rata-rata
I didefinisikan sebagai:
∆𝑄
∆𝑇
di mana ΔQ adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu lokasi selama jangka
𝐼=
waktu Δt. Arus listrik diukur dalam coloumb per detik, satuan ini diberi nama khusus, ampere
(disingkat amp atau A), dari nama fisikawan Perancis Andre Ampere (1775-1836). Berarti 1
A = 1 C/det. Satuan - satuan terkecil yang sering kali digunakan adalah seperti miliampere (1
mA = 10-3 A) dan mikroampere (10-6 A). Pada rangkaian tunggal, arus pada setiap saat sama
pada satu titik. Hal ini sesuai dengan kekekalan muatan listrik (muatan tidak hilang)
(Giancoli, 2001).
Menurut konvensi, arah arus dianggap searah dengan aliran muatan positif. Konvensi
ini ditetapkan sebelum diketahui bahwa elektron-elektron bebas, yang muatannya negatif
adalah partikel-partikel yang sebenarnya bergerak dan akibatnya menghasilkan arus pada
kawat penghantar. Gerak dari elektron-elektron bermuatan negatif dalam satu arah ekivalen
dengan aliran muatan positif yang arah geraknya berlawanan. Jadi, elektron-elektron bergerak
dalam arah yang berlawanan dengan arah arus (Tipler, 1996).
2
Jika dimisalkan suatu arus dalam kawat penghantar berpenampang lintang A. Misalkan
n adalah jumlah partikel-partikel pembawa muatan bebas per satuan volume. Diasumsikan
bahwa masing-masing partikel membawa muatan q dan bergerak dengan kecepatan alir vd.
Dalam waktu Δt semua partikel dalam volume AvdΔt, daerah yang melewati elemen luasan.
Jumlah partikel dalam volume ini adalah nAvdΔt, dan muatan totalnya adalah:
𝐼=
∆𝑄
= 𝑛𝑞𝐴𝑣𝑑
∆𝑇
(Tipler, 1996).
2.2 Resistor
Jika memakai perbedaan potensial yang sama di antara ujung - ujung tongkat tembaga
dan tongkat kayu yang mempunyai geometri yang serupa, maka dihasilkan arus-arus yang
sangat berbeda. Karakteristik (sifat) penghantar yang menyebabkan hal ini adalah hambatan
(resistance) nya. Didefinisikan hambatan dari sebuah penghantar yang sering dinamakan
tahanan sama dengan resistor di antara dua titik dengan memakaikan sebuah perbedaan
potensial V di antara titik - titik tersebut, dan dengan mengukur arus I, dan kemudian
melakukan pembagian :
𝑉
𝐼
jika V dinyatakan di dalam volts dan I dinyatakan di dalam ampere, maka hambatan akan
𝑅=
dinyatakan di dalam ohms (Halliday, 1985).
2.3 Hambatan Jenis/Resistivitas
Kita mungkin menyangka bahwa hambatan kawat yang tebal akan lebih kecil dari yang
tipis karena kawat yang lebih tebal meniliki area yang lebih luas untuk lewatnya elektron.
Dan mungkin akan berpikir bahwa hambatan akan lebih besar jika panjangnya lebih besar
karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron. Dan memang ternyata
ditemukan pada eksperimen bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan
panjang L dan berbanding terbalik dengan luas penampang lintang A, yaitu :
𝜌𝐿
𝐴
di mana ρ, konstanta pembanding, disebut hambatan jenis (resistivitas) dan bergantung pada
𝑅=
bahan yang digunakan. Nilai ρ satuannya adalah Ω.m (Giancoli, 2001).
3
2.4 Energi dan Daya dalam Rangkaian Listrik
Ketika arus listrik berada dalam konduktor, energi listrik secara kontinu diubah menjadi
energi panas di dalam konduktor. Medan listrik dalam konduktor mempercepat gerakan
setiap elektron bebas untuk waktu yang singkat, membuat suatu peningkatan energi kinetik,
tapi energi tambahan ini secara cepat ditransfer menjadi energi termal konduktor melalui
tumbukan - tumbukan antara elektron dan ion - ion kisi konduktor. Jadi, meskipun elektron
terus menerus mendapatkan energi dari medan listrik, energi ini segera ditransfer menjadi
energi termal konduktor, dan elektron - elektron mempertahankan suatu kecepatan drift yang
konstan (Tipler, 1996).
2.5 Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari zat yang suhunya lebih tinggi ke
zat yang suhunya lebih rendah jika kedua benda bersentuhan. Dengan kata lain, kalor adalah
bentuk energi yang menaikkan suhu jika bentuk energi itu diberikan kepada benda tersebut.
Akan tetapi, perlu diketahui bahwa kalor yang diberikan kepada benda tersebut tidak selalu
menaikkan suhu. Sebagai contoh, jika kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah
wujud, maka suhu benda itu tidak naik (tetapi tidak berubah) (Warnana, 2007).
Oleh karena kalor adalah salah satu bentuk energi seperti halnya energi kinetik, energi
potensial, dan lain sebagainya, maka satuan kalor sama dengan satuan energi yaitu joule (J)
atau kilojoule (kJ). Pada mulanya kalor dianggap sejenis zat alir (disebut kalorik) yang
terkandung di dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori kalorik ini
pertama kali dikemukakan oleh Antonie Laurent Lavoiser seorang ahli kimia berkebangsaan
Perancis. Berdasarkan teori inilah maka satuan kalor yang dikenal sebelumnya diberi nama
kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Satuan ini masih sering digunakan untuk menyatakan
kandungan energi yang dimiliki oleh makanan. 1 kalori (kal) sama dengan 4,2 Joule atau
satu Joule sama dengan 0,24 kalori (kal). Teori kalorik menyatakan bahwa benda yang
suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalorik daripada benda yang suhunya rendah.
Ketika kedua benda disentuhkan maka benda yang kaya kalorik kehilangan sebagian
kaloriknya yang diberikan kepada benda yang sedikit kalorik sampai akhirnya terjadi
kesetimbangan termal (kedua benda suhunya sama). Teori ini dapat menjelaskan pemuaian
benda ketika dipanaskan dan proses hantaran kalor di dalam sebuah kalorimeter. Akan tetapi,
teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa kedua telapak tangan kita akan terasa hangat
ketika kita menggesek-geseknya (Warnana, 2007)
4
Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan
temperatur 1 gram air sebesar satu derajat celcius. Sedangkan 1 kkal adalah kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar satu derajat celcius. Kadangkala
satu kilokalori disebut Kalori (dengan huruf k besar). Pada sistem satuan British, kalor diukur
dalam satuan termal British (British thermal unit/Btu). Satu Btu didefinisikan sebagai kalor
yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air sebesar satu derajat Fahrenheit. Sehingga 1
Btu sama dengan 0,252 kkal sama dengan 1055 Joule (Giancoli, 2001).
5
BAB III
METOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah satu set kalori
meter, ampermeter dan voltmeter satu buah , satu buah tahanan geser , satu buah
thermometer, satu buah stopwatch, sumber tegangan 14,5 volt , dan satu set kabel.
3.2 Skema kerja
E
- V +
Thermometer
- er+
A
+
-_
+
-
K
gambar 3. 1 Rangkaian A
_
+
A
V
E
+
-
_
V
+
Thermomete
r
K
gambar 3. 2 Rangkaian B
Dalam melakukan percobaan tentang panas yang ditimbulkan arus listrik digunakan
dua rangkaian yang berbeda. Pertama rangkaian (A) dirangkai seperti pada gambar 3.1.
kemudian dihubungkan dengan tegangan PLN. Kalorimeter diisi air sebanyak 100 gram,
kemudian diberi tegangan sebesar 14,5 volt dan arus 1,5 Ampere diusahakan konstan dengan
mengatur tegangan geser Rg. Dari suhu 15°C hingga 25°C, waktu dicatat setiap kenaikan
6
1°C. Percobaan pada rangkaian (A) ini diulang dua kali dengan menggunakan cara yang
sama. Yang kedua yaitu dengan menggunakan rangkaian (B) dan dilakukan dengan cara yang
sama serta pengulangan yang sama.
7
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data
Dari percobaan yang telah kami lakukan dapat diperoleh data sebagai berikut,
 Rangkaian A
Tabel 4. 1 Pengukuran I
Suhu
T
16
23.87
17
26.52
18
26.61
19
29.36
20
28.73
21
22.8
22
28.29
23
26.03
24
28.06
25
32.64
 Rangkaian B
Tabel 4. 2 Pengukuran I
Suhu
T
16
20.75
17
18.98
18
14.28
19
19.05
20
18.92
21
20.49
22
20.57
23
20.68
24
22.17
25
20.51
Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan tegangan sebesar 14,5 volt dan arus sebesar
1,5 ampere.
8
4.2 Pembahasan
Dalam percobaan tentang panas yang ditimbulkan arus listrik ini digunakan dua
rangkaian yang berbeda yaitu rangkaian (A) dan rangkaian (B). Kedua rangkaian tersebut
bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan membuktikan
hukum joule serta menentukan harga 1 joule. Namun kedua rangkaian tersebut memiliki
tingkat keakuratan yang berbeda karena adanya perbedaan letak hambatan. Hambatan disini
digunakan untuk menghambat arus. Pada rangkaian (A) terlihat lebih menguntungkan dari
pada rangkaian (B). Pertama yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu merangkai sesuai
dengan rangkaian A (lihat pada gambar 3.1), kemudian dihubungkan dengan tegangan PLN.
Pada rangkaian pertama resistor diletakkan di belakang (dilihat dari berjalannya arus).
Rangkaian pertama ini digunakan kalorimeter yang berisi air 100gr, menggunakan arus 1,5 A
dan tegangan 14,5 Volt dengan menjaga nilai arus agar tetap konstan. Kemudian suhu dari
15°C hingga 25°C dicatat waktunya setiap kenaikan suhu 1°C. Rangkaian (A) ini diulang 2
kali dalam pengambilan datanya. Dari data yang diperoleh pada percobaan rangkaian (A),
diperoleh harga panas rata-rata yang timbul pada sistem dengan perbandingan harga panas
pada air dan kalorimeter yaitu 1 joule = 0,24 kalori. Pada rangkaian ini dapat membuktikan
harga 1 joule sesuai pada teori.
Pada rangkaian kedua yaitu rangkaian (B) dilakukan dengan cara yang sama namun
merangkainya harus sesuai pada gambar rangkaian (B). Pada rangkaian ini didapatkan waktu
yang sangat cepat dalam kenaikan suhu 1°C dibandingkan dengan rangkaian (A). Hal ini
mengakibatkan tidak terpenuhinya harga 1 joule yang sesuai pada teori karena jumlah panas
yang ditimbulkan arus listrik dperoleh 1 joule = 0,315 kalori. Dari perbandingan tersebut
tersirat bahwa energi listrik yang diubah menjadi energi panas tidak hanya terserap oleh air
maupun kalorimeter namun juga oleh faktor – faktor yang lain, sehingga jumlah energi panas
yang diserap air dan kalorimeter tidak sama dengan energi listrik.
9
BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
 Pada rangkaian (A) menunjukkan jumlah energi panas pada air dan kalori meter sama
dengan jumlah energi listrik.
 Pada rangkaian (A) berhasil membuktikan harga 1 joule = 0,24 kalori yang sesuai
dengan teori.
 Pada rangkaian (B) menunjukkan jumlah energy panas pada air dan kalorimeter tidak
sama dengan jumlah energi listrik.
 Pada rangkaian (B) memperoleh hasil panas yang timbul 1joule = 0,315 kalori
sehingga hasil ini tidah memenuhi teori.
10
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, D. (2001). Fisika 2. Jakarta: Erlangga.
Halliday, D. (1985). Fisika 2. Jakarta: Erlangga.
Tipler, P. A. (1996). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
Warnana, D. D. (2007). Fisika 2. Bandung: Binacipta.
Zemasky, W. S. (1986). Fisika Universitas II. Jakarta: Erlangga.
11