198689550 laporan praktikum fisika dasar kalorimeter joule 1
DESCRIPTION
Laporan Praktikum Fisika Dasar KalorimeterTRANSCRIPT
1
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan
Tujuan dari praktikum ini yaitu;
Mengamati dan memahami proses perubahan energi listrik menjadi
kalor.
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 = dQdT
(1)
Panas jenis adalah kapasitas panas bahan tiap satuan massanya, yaitu :
c = Cm
(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
3
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:
4
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
1 joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4,184 joule
5
gambar 1
HUKUM KEKEKALAN ENERGI
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)
6
BAB II
ALAT DAN BAHAN
2.1 Alat
Alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:
Kalorimeter joule
Sumber tegangan searah
Beberapa buah thermometer
Amperemeter
Voltmeter
Hambatan depan
Kabel-kabel Penghubung
2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu air
A
V
Pengaduk
Termometer
Kalorimeter
Catu daya
7
BAB III
METODE PERCOBAAN
1. Suhu, tekanan udara dan kelembaban ruangan sebelum dan sesudah percobaan
di catat.
2. Kalorimeter kosong dan pengaduknya ditimbang.
3. Kalorimeter yang berisi air ditimbang untuk mengetahui massa air dalam
calorimeter
4. Buatlah rangkaian seperti gambar
5. Aturlah Rd dan E sehingga didapatkan harga arus dan tegangan yang pantas
6. Amatilah suhu awal kalorimeter (T1)
7. Jalankan arus selama kira-kira 15 menit
8. Amatilah kalorimeter (T2)
9. Matikan arus dan amati penurunan suhu selama waktu yang digunakan pada
langkah no.7
10. Ganti air yang ada dalam kalorimeter, timbang kalorimeter yang berisi air ini
(isilah kalorimeter dengan messa air yang berbeda dengan percobaan yang
terdahulu0
11. Ulangi langkah no.6 s/d 9
12. Ulangi percobaan ini dengan merubahan arus dan waktu yang digunakan
8
BAB IV
DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
4.1 Data Pengamatan
Keadaan ruangan P (cm) Hg T (oC) C (%)
Sebelum percobaan 75,55 Hg 26 oC 74 %
Sesudah percobaan 75,5 Hg 26 OC 75 %
No Mk(gr) Ma(gr)V(volt) I (A) t (s)
T
1oC
T2’oC T3oC ∆ToCT2
oC W (Kal) Q (Kal) C
1 18,5 34,3 2 0,011 600 30 41 36 5 46 55,44 528,02 0,10
2 18,5 40,4 4 0,010 600 29 36 34 2 36 100,8 310,90 0,32
x 18,5 54,5 3 0,01 600 29,538,5 35 3,5 41 78,12 419,46 0,21
Percobaan 1 Percobaan 2
t (s) T (suhu)
naik
T (suhu) turun t (S) T (suhu) naik T (suhu) turun
0 30 41 0 29 36
60 33 39 60 29 35
120 35 38 120 31 35
180 36 38 180 32 35
240 36 38 240 33 35
300 37 38 300 34 35
360 38 37 360 35 34
420 38 37 420 35 34
480 39 37 480 35 34
540 40 37 540 35 34
600 41 36 600 36 34
9
BAB V
PEMBAHASAN
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 × (Ta – 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)
10
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.
11
BAB VI
KESIMPULAN
Dari percobaan, pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.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.
12
TUGAS AKHIR
1. Hitung harga air calorimeter (beberapa harga dari beberapa ulangan
percobaan).
2. Hitung energy listrik W (beberapa harga).
3. Hitung kalor Q (beberapa harga)
4. Hitung faktor koreksi C (beberapa harga)
5. Bandingkan harga C dari beberapa literatur. Berikan pembahasan singkat!
6. Berikan beberapa contoh lain yang merupakan pertukaran energy, sertakan
menfaatnya bagi kehidupan sehari-hari.
Jawab
1. Percobaan 1
Diketahui : Mkalorimeter kosong= 98,5 gr
Mkalorimeter berisi air = 125,2 gr
Ditanyakan : Mair = ?
Jawab :
Mair = Mkalorimeter berisi air - Mkalorimeter kosong
Mair = 125,2 – 98,5
= 26,7 gr
Percobaan 2
Diketahui : Mkalorimeter kosong= 98,5 gr
Mkalorimeter berisi air = 131,2 gr
Ditanyakan : Mair = ?
Jawab :
Mair = Mkalorimeter berisi air - Mkalorimeter kosong
Mair = 131,2 – 98,5
= 32,7 gr
2. Percobaan 1
13
Diketahui : V = 1,5 volt
I = 0,5 Ampere
t = 600 sekon
Ditanyakan : W = ?
Jawab :
W = V . I . t
= 1,5 . 0,5 . 600
= 450 joule x 0,24
= 108 kalori
Percobaan 2
Diketahui : V = 2,5
I = 1 Ampere
t = 600 sekon
Ditanyakan : W = ?
Jawab :
W = V . I . t
= 2,5 . 1 . 600
= 1500 joule x 0,24
= 360 kalori
3. Percobaan 1
Diketahui : Mair = 26,7 gr Mk = 98,5 gr
Cair = 1 kal/g°C CAl = 0,217 kal/g°C
T1 = 29°C T2 = 36°C
Ditanyakan : Q = ?
Jawab :
Q = m . c . ∆T
= {(Mair . Cair + Mk . CAl)}T2 – T1
= {(26,7 . 1 + 98,5 . 0,217)} 36 – 29
= (26,7 + 21,4) 7
= 48,1 x 7 = 336,7 kalori
Percobaan 2
14
Diketahui : Mair = 32,7 gr Mk = 98,5 gr
Cair = 1 kal/g°C CAl = 0,217 kal/g°C
T1 = 29°C T2 = 41°C
Ditanyakan : Q = ?
Jawab : Q = m . c . ∆T
= {(Mair . Cair + Mk . CAl)}T2 – T1
= {(32,7 . 1 + 98,5 . 0,217)} 41-29
= (32,7 + 21,4) 12
= 54,1 x 12
= 649,2 kalori
4. Percobaan 1
Diketahui : W = 108 kal
Q = 336,7 kalori
Ditanyakan : C = ?
Jawab :
C = WQ
=108
336,7
= 0,32 kalori
Percobaan 2
Diketahui : W2 = 360 kal
Q2 = 649,2 kalori
Ditanyakan : C =?
Jawab :
C = WQ
C =360
649,2 = 0,554 kalori
15
5. Diketahui harga C = 0,437 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.
6. Contoh perubahan energi adalah :
Energi matahari diubah menjadi energi pembangkit listrik dengan
menggunakan susunan cermin sebagai pengumpul energi sinar
matahari.manfaatnya untuk penerangan.
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
16
DAFTAR PUSTAKA
Alonso, Marcello & Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar Fisika
Universitas. Erlangga. Jakarta
2011. Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar . Universitas Pakuan. Bogor
Hilliday, David & Robert Resnick. 1985. Fisika. Erlangga. Jakarta
Tiper, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta