1 HUKUM JOULE PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS

HUKUM JOULE
PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK (L1)
Nama
: I Putu Giri Harta Yogeswara
NR P
: 1413100071
Tgl. Prak.
: 21 Maret 2014
Nama Asst.
: Ella Agustin
KIMIA
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
HUKUM JOULE
PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK (L1)
I PUTU GIRI HARTA YOGESWARA
1413100071
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2014
ABSTRAK
i
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii
Daftar Gambar ........................................................................................................ iii
Daftar Tabel ........................................................................................................... iv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 2
2.1
Hukum Joule............................................................................................. 2
2.2
Arus Elektron dan Arus Listrik Dalam Sebuah Kawat ............................ 4
2.3
Kalor dan Kalorimeter .............................................................................. 6
BAB III PERALATAN DAN CARA KERJA ....................................................... 9
3.1 Alat dan Bahan .............................................................................................. 9
3.2 Cara Kerja...................................................................................................... 9
Daftar Pustaka ....................................................................................................... 10
ii
Daftar Gambar
Gambar 2. 1 Conan ................................................................................................ 2
Gambar 2. 2 Cevorn ............................................................................................... 5
Gambar 2. 3 Kalor .................................................................................................. 8
iii
Daftar Tabel
Tabel 2. 1 Periodieke Tabel.................................................................................... 7
iv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pernahkah Anda menggunakan kompor listrik? Kompor listrik kini banyak
digunakan di dapur keluarga. Selain penggunaannya yang praktis, kompor listrik
juga mengurangi resiko terjadinya ledakan akibat kebocoran tabung gas.
1.2 Maksud Dan Tujuan
Praktikum tentang panas yang ditimbulkan oleh arus listrik ini bertujuan untuk
menentukan panas yang ditimbulkan arus listrik serta membuktikan Hukum Joule
dan menentukan harga 1 Joule.
1.3 Permasalahan
Permasalahan dalam praktikum ini adalah menghitung harga H dengan persamaan
2.11, yang sebelumnya dilakukan pengamatan terhadap nilai V (Volt), I (Ampere),
dan t (sekon) dituangkan ke dalam tabel, sehingga didapat harga H, digambarkan
dalam bentuk grafik, dengan T sebagai fungsi t selama arus mengalir dan ditarik
suatu kesimpulan terhadap grafik tersebut. Menghitung Q1 dan Q2 (Kalor) dengan
persamaan 2.12, kemudian dibandingkan dengan harga H yang telah dihitung.
Lalu menghitung Tara Kalor Mekanik mengingat 1 Joule = 0,24 Kalori.
1
BAB II DASAR TEORI
2.1 Hukum Joule
Saat kita membicarakan tentang arus electron yang bergerak bebas dengan
kecepatan konstan di dalam konduktor, gerak listrik mungkin lebih tepat disebut
sebagai akselerasi, yang diakhiri dengan sebuah tumbukan oleh partikel
konduktor. Elektron mendapatkan energi kinetik pada jalur bebas diantara
tumbukan. Pada tumbukan lain, elektron mendapatkan sejumlah energi. Energi
yang mereka dapatkan dari partikel “tetap” (kata “tetap” di sini berarti posisi
partikel yang tidak berubah) menambah amplitudo vibrasi. Dengan kata lain,
elektron berubah menjadi Energi Termal atau Energi Panas.
Untuk mendapatkan pembuktian pertambahan panas pada konduktor, pertama
kita menganalisis gambaran umum power input terhadap sebuah rangkaian listrik.
Gambar 1.1 memperlihatkan bagian dari rangkaian itu secara konvensional adalah
arus ί dari kiri menuju kanan.Ѵa dan Ѵb adalah potensial listrik pada batang a dan
b.
Gambar 2. 1 Conan
2
Saat interval dt, banyaknya pengisian dq = ί dt yang memasuki rangkaian listrik
bagian a, pada waktu yang sama keluar melalui rangkaian listrik b dengan besar
arus yang sama. Dengan demikian, ada transfer dq dari potensial Ѵa menuju Ѵb.
Energi dW diberikan pada persamaan:
dW = dq(Ѵa−Ѵb) = ί dtѴab………………………………(2.1)
dari persamaan di atas, maka untuk mendapatkan power input (daya) adalah,
P = dW∕dt = ί Ѵab
……………………(2.2)
Persamaan ini menunjukkan bahwa daya sebanding dengan arus dan beda
potensial. Jika arus itu Amper, atu coulomb/sekon, dan potensial energi adalah
volt, atau joules/coulomb, maka satuan daya kita ketahui joules/detik atau Watt,
dimana:
Coulumb × Joule
sekon
Coulumb
=
Joule
= Watt……………(2.3)
sekon
Pada kasus tertentu dimana rangkaian antara a dan b adalah rangkaian dengan
resistan R, seluruh energy yang didapat diubah menjadi panas, di mana potensial
energi Ѵab diberikan sebagai,
Ѵab = ί R ……………………………...(2.4)
Maka,
P = ί Ѵab = ί × ί R …………………………..(2.5)
Atau,
P = ί2R ……………………………………(2.6)
Jika dihubungkan dengan waktu dt, persamaan (2.6) menjadi:
dH = ί2R……………………………………(2.7)
3
dt
Di mana H adalah jumlah panas yang timbul (Joule). Jika konduktor adalah linier,
jika R konstan terhadap ί, persamaan (2.7) menyatakan bahwa “nilai
pertambahan panas adalah sebanding dengan pertambahan jumlah arus”.
Fakta ini diungkapkan oleh James Prescott Joule (1818 – 1889) dalam percobaan
rangkaian pengukuran ekuivalen mekanika panas dan menjadi dasar “Hukum
Joule”.
Jika persamaan (2.7) dihubungkan dengan Hukum Ohm dan arus adalah Amper,
nilai pertambahan panas dalam joule/sekon atau Watt, persamaan ini bisa diubah
menjadi kalori/sekon dari relasi 1 kalori = 4.186 joule.
Dari persamaan (2.7), panas dH yang berkembang pada konduktor pada waktu dt
adalah:
dH = R ί2dt…………………………………(2.8)
dan waktu intervalnya antara 0 sampai t, maka
H =0 ∫1 R ί2 dt………………………………(2.9)
Jika arus listrik dan resistan konstan,
H =R ί2t ……………………………………(2.10)
Atau,
H = Ѵ ί t……………………………………(2.11)
Di mana H adalah panas yang dihasilkan (Joule), Ѵ adalah potensial listrik (volt),
ί adalah arus listrik (Ampere), dan t adalah waktu (sekon). Jika arus dan potensial
listrik konstan, maka perubahan panas oleh arus listrik dapat dihitung (Sears,
1951)
2.2 Arus Elektron dan Arus Listrik Dalam Sebuah Kawat
Kita telah mengetahui jika arus listrik dalam sebuah batang logam adalah Nol,
elektron adalam logam tidak akan bergerak (keseimbangan statis). Elektron akan
bergerak bila ada arus listrik mengalir di dalam batang logam. Sebagai ilustrasi,
4
ketika sebuah logam dipolarisasi oleh energi luar, elektron dialamnya akan
mengalami perubahan E sampai Nol. Kita akan berpikir tentang sesuatu seperti
perubahan di dalam logam, menyebabkan pergerakan elektron berhenti bergerak
jika tidak ada aliran listrik. Dalam rangkaian listrik, elektron bebas dalam kawat
logam dapat bergerak kontiniu.
Pada gambar 2.2 akibat adanya arus listrik menyebabkan elektron bebas bergerak
dari kanan ke kiri secara kontiniu dengaan kecepatan v. Saat arus listrik masuk,
jumlah elektron yang meninggalkan kawat logam akan sebanding dengan jumlah
elektron yang masuk.
Gambar 2. 2 Cevorn
Saat elektron bergerak dalam kawat logam, terjadi tumbukan dengan inti atom.
Tumbukan ini yang menyebabkan panas pada kawat (panas akan terus bertambah
5
selama pengaruh arus listrik terhadap kawat logam tetap terjaga). Pergerakan
elektron juga menyebabkan efek magnetik. Efek panas dan magnetik inilah yang
disebut “arus elektron”, banyaknya elektron yang memasuki kawat per sekon
(Chabay, 1995)
2.3 Kalor dan Kalorimeter
Kalor adalah “energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain karena adanya
perbedaan temperatur”. Dalam satuan SI, satuan untuk kalor adalah Joule.
Gagasan bahwa kalor berhubungan dengan energi dibuktikan oleh James Prescott
Joule (1818-1889). Joule melakukan sejumlah percobaan penting untuk
menetapkan pandangan kita saat ini bahwa kalor, seperti kerja, mempresentasikan
transfer energy. Salah satu bentuk dari dari percobaan Joule ditunjukkan gambar
2.3. Beban yang jatuh menyebabkan roda pedal berputar. Gesekan antara air dan
roda pedal menyebabkan temperatur naik sedikit (sebenarnya hampir tidak terukur
oleh Joule). Kenaikan temperature yang sama didapat dengan memanaskan air di
atas kompor. Pada percobaan ini, banyak percobaan penting lainnya (salah
satunya melibatkan energi listrik), Joule menentukan bahwa sejumlah kerja
tertentu yang dilakukan selalu ekivalen dengan sejumlah masukan kalor tertentu.
Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekivalen dengan 1 kalori (kal)
kalor. Ini dikenal sebagai tara kalor mekanik.
6
Tabel 2. 1 Periodieke Tabel
Jika kalor diberikan pada sebuah benda, temperaturnya akan naik. Tetapi seberapa
besar temperatur naik? Besarnya kalor Q yang dibutuhkan untuk merubah
temperature zat tertentu sebanding dengan massa m zat tersebut dan dengan
perubahan temperature ∆T,
Q = mc ∆T………………………………...(2.12)
di mana c adalah besaran karakteristik dari zat tersebut yang disebut kalor jenis.
Karena c = Q/m∆T, kalor jenis dinyatakan dalam satuan J/kg.Co atau kkal/kg.Co
(satuan SI yang sesuai).
7
Gambar 2. 3 Kalor
Ketika bagian-bagian yang berbeda dari sistem yang terisolasi berada pada
temperature yang berbeda, kalor yang mengalir dari bagian dengan temperatur
yang lebih tinggi ke bagian dengan temperature rendah. Jika sistem terisolasi
seluruhnya, tidak ada energi yang bisa mengalir ke dalam atau ke luar. Kekekalan
energi menyatakan bahwa kalor sebanyak satu bagian sistem sama dengan kalor
yang didapat oleh bagian yang lain, dikenal sebagai Azas Black.
Pertukaran energy merupakan dasar teknik dari kalorimetri, yang merupakan
pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor. Untuk melakukan pengukuran
semacam itu, digunakan calorimeter. Satu kegunaan penting calorimeter adalah
penentuan kalor jenis zat. Satu sampel dipanaskan sampai suhu yang tinggi yang
diukur dengan akurat, dan dengan cepat ditempatkan pada air yang dingin
calorimeter. Kalor yang hilang pada sampel tersebut adalah kalor yang diterima
oleh calorimeter. Dengan mengukur temperatur akhir campuran tersebut, kalor
jenis dapat dihitung (Giancoli, 2000).
8
BAB III PERALATAN DAN CARA KERJA
3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah Kalorimeter
dengan perlengkapannya 1 set; Termometer 1 buah; Adaptor 1 buah; Adaptor 1
buah; Stopwatch 1 buah; Tahanan geser (Rg) 1 buah; Ampermeter (A) dan
Voltmeter (V) masing-masing satu buah; Air secukupnya.
3.2 Cara Kerja
Dibuat rangkaian seperti gambar 3.1 (a) dan dihubungkan dengan tegangan
PLN seiijin asisten. Diisi Kalorimeter K dengan air dan dicatat massa air dalam
Kalorimeter. Diberi beda potensial selama 10 menit. Diusahakan arus konstan
dengan mengatur tegangan geser Rg. Dicatat kenaikan suhu tiap 30 detik selama
10 menit. Dilakukan untuk gambar 3.1 (b)
Gambar 3.1 (a) Rangkaian Pertama
Gambar 3.1 (b) Rangkaian Kedua
9
Daftar Pustaka
Chabay, R. W. (1995). Electric and Magnetic Interaction. New York: Jhon Wiley
& Sons, Inc.
Giancoli, D. C. (2000). Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Sears, F. W. (1951). Electricity And Magnetism. Massachusetts: Addison-Wesley
Publishing Company, Inc.
10