dasar teori hukum joule

5/25/2018 Dasar Teori HUKUM JOULE

1/23

i

HUKUM JOULE

PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK(L1)

SANTI NUR AINI

1413100048

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

Abstrak

Telah dilakukan percobaan panas yang disebabkan oleh arus listrik untuk

mengetahui panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, untuk membuktikan Hukum Joule,

dan untuk menentukan harga satu Joule. Percobaan ini menggunakan prinsip Hukum

Joule yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi hanya bisa

diubah menjadi bentuk yang lain. Pada percobaan ini digunakan dua rangkaian alat, yaitu

rangkaian (a) dan rangkaian (b). Hal ini untuk membandingkan rangkaian yang lebih

baik. Setiap rangkaian dibuat arus yang berbeda, untuk mengetahui pengaruh arus listrik

terhadap waktu yang dihasilkan untuk menaikkan suhu. Dari data yang diperoleh kita

dapat menghitung besar panas yang dihasilkan, pada rangkaian a yaitu 422,85 Joule, dan

pada rangkaian b yaitu 556,51 Joule. Selain itu kita juga mendapat harga dari satu Joule

pada rangkaian a yaitu 0,36 kalori dan harga 1 Joule pada rangkaian b yaitu 0,28 kalori.

Dari percobaan terbukti bahwa arus listrik bisa menimbulkan panas.

Kata kunci : arus listrik, kalor, energi dan gaya listrik, teori hukum Joule, prinsip

kerja kalorimeter


2/23

ii

DAFTAR ISI

Halaman Judul .......................................................................................................... i

DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii

BAB 1 PENDAHULUHUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Permasalahan ............................................................................................ 1

1.3 Tujuan ....................................................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 3

2.1 Arus ............................................................................................................... 3

2.2 Kalor .............................................................................................................. 5

2.3 Kapasitas Panas ............................................................................................. 7

2.3 Kalorimetri dan Kalorimeter ......................................................................... 8

2.4 Azaz Black .................................................................................................... 9

2.6 Perpindahan Panas ...................................................................................... 10

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN ............................................................. 11

3.1 Peralatan dan Bahan .................................................................................... 11

3.2 Cara Kerja ................................................................................................... 11

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............................................ 12

24.1 Analisa Data .............................................................................................. 12

4.2 Perhitungan ................................................................................................. 13

4.3 Grafik .......................................................................................................... 16

4.4 Pembahasan ................................................................................................. 17

BAB V KESIMPULAN ........................................................................................ 20

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 21


3/23

1

BAB 1

PENDAHULUHUAN

1.1Latar BelakangSejauh 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.

Pada kehidupan sehari-hari, kita sangat sering menemui aplikasi dari panas

yang ditimbulkan oleh arus listrik, seperti pemanas air listrik (heater), kompor

listrik, rice cooker dan lain sebagainya. Kita menggunakan alat-alat diatas untukmempercepat kegiatan kita guna memenuhi kebutuhan sehari-hari. Apabila kita

akan menggunakan alat-alat diatas, kita harus menyambungkan alat-alat tersebut

ke tegangan PLN (listrik) terlebih dahulu agar alat-alat tersebut dapat digunakan.

Setelah disambungkan, perlahan-lahan alat-alat tersebut akan mengeluarkan

panas/kalor. Hal ini membuktikan bahwa alat-alat diatas dapat mendatangkan

panas yang berasal dari tegangan listrik atau arus listrik. Untuk itulah dilakukan

percobaan ini untuk mengetahui cara menentukan panas yang ditimbulkan oleh

arus listrik, untuk mengetahui cara membuktikan hukum Joule dan untuk

menentukan harga 1 joule.

1.2PermasalahanPermasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah bagaimana cara

menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan bagaimana cara

membuktikan hukum Joule dan menentukan harga 1 joule.


4/23

2

1.3TujuanTujuan percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan

oleh arus listrik dan untuk membuktikan hukum Joule serta untuk menentukan

harga 1 joule.


5/23

3

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 (Zemansky,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 :

I=

.........................................................(2.1)

di mana Q adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu lokasi

selama jangka waktu t. Arus listrik diukur dalam coloumb per detik, satuan ini

diberi nama khusus, ampere (disingkat amp atau A). Berarti 1A =1C/det.Satuan -satuan terkecil yangsering kali digunakan adalah seperti miliampere (1mA = 10 -

3A) 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


6/23

4

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.

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 tsemua partikel dalam volume

Avdt, daerah yang melewati elemen luasan. Jumlah partikel dalam volume ini

adalah nAvdt, dan muatan totalnya adalah :

I=

= nqAvd....................................................(2.2)

(Tipler,1996)

Tahanan dan Tahanan JenisTahanan adalah penghambat bagi elektron-elektron pada saat

pemindahannya. Mengacu pada hukum Ohm, yang menyatakan bahwa pada

tahanan konduktor yang tetap, maka arus listrik yang mengalir sebanding

dengan beda potensial antara kedua ujung konduktor yang memenuhi

persamaan:

...................................................................(2.3)

Tahanan jenis adalah tahanan suatu penghantar pada panjang

penghantar dan luas penampang dan pada keadaan temperatur 200C.

Tahan jenis juga disebut sebagai resistivitas konduktor dan bersatuan ohmmeter,

atau besaran konduktivitas yang memenuhi hubungan:

...................................................................(2.4)

Sehingga hubungan antara arus listrik dengan tahan jenis adalah:

.............................................................(2.5)

Karena

, sehingga nilai tahanan dari konduktor adalah:


7/23

5

..............................................................(2.6)

Dan nilai tahanan jenis adalah:

...........................................(2.7)

(Priyambodo, 2009).

Tahanan Seri dan Paralel Tahanan Seri

gambar 2. 1 Tahanan Seri

Terdapat 3 tahanan masing-masing (gambar 2.1) yang tersusun

seri mempunya nilai arus listrik yang sama. Untuk mengetahui nilai tahanan

serinya adalah:

..........................................................(2.8)

(Priyambodo, 2009).

Tahanan Paralel

gambar 2. 2 Tahanan Paralel

Tahanan yang terhubung paralel mempunyai potensial yang sama

besar pada kedua ujung tahanan. Untuk mengetahui nilai tahanan paralel adalah:

............................................................(2.9)

(Priyambodo, 2009).

2.2 Kalor

Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari zat yang suhunya

lebih tinggi ke zat yang suhunya lebih rendah jika kedua benda bersentuhan.


8/23

6

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).

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. Ketika benda panas menyentuh benda dingin,

partikel-partikel dalam benda panas menabrak partikel-partikel dalam benda

dingin. Energi termal partikel-partikel dalam benda dingin betambah sehingga

suhunya naik dan begitu pula dengan partikel dalam benda dingin yang menjadi

lebih energetik (Zemansky,1986).

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


9/23

7

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).

2.3 Kapasitas Panas

Zat-zat terhadap satu sama lain di dalam kuantitas kalor yang diperlukan

untuk menghasilkan suatu kenaikan temperatur yang diberikan di dalam sebuah

massa yang diberikan. Perbandingan banyaknya tenaga kalor Q yang

dibekalkan kepada sebuah benda untuk menaikkan temperaturnya sebanyak T

dinamakan kapasitas panas C (heat capacity C) dari benda tersebut,yakni :

C =

.................................................................... (2.10)

Terkadang kita salah dalam menganalogikan kata kapasitas dalam konteks ini.

Yang dimaksud kapasitas panas bukanlah kemampuan suatu benda untuk

menyerap panas yang dibatasi kapasitasnya, melainkan hanyalah tenaga yang

harus ditambahkan sebagai kalor untuk menaikkan temperatur benda sebanyak

satu derajat.

Kapasitas panas per satuan massa sebuah benda yang dinamakan kalor

jenis (spesific heat) adalah ciri (karakteristik) dari bahan yang membentuk benda

tersebut :

.................................................................... (2.11)

Kapasitas panas sebuah benda tidaklah konstan tetapi bergantung pada

tempat dari interval temperatur tersebut (Halliday,1985).


10/23

8

2.3 Kalorimetri dan Kalorimeter

Salah satu cara untuk menghitung nilai dari kalor jenis dengan melibatkan

pemanasan beberapa sampel disebut dengan teknik kalorimetri. Sedangkan alat

yang digunakan sebagai tempat terjadinya transfer energi ini disebut kalorimeter.

Apabila sampel sistem dan air terisolasi, hukum kekekalan energi mensyaratkan

bahwa jumlah energi yang tertinggal pada sampel sebanding dengan jumlah

energi yang masuk pada air. Kekekalan energi menyebabkan adanya persamaan

berikut:

...............................................................(2.12)

Tanda negatif hanya untuk menjaga konsistensi konveksi untuk panas (Serway,

2004).

Kalorimeter digunakan dalam pengukuran, sehingga sebaiknya kalorimeter

menggunakan air yang sebaiknya diisolasi agar pada saat digunakan, tidak ada

panas yang keluar dari sistem. Salah satu kegunaan penting pada kalorimeter

adalah untuk menentukan nilai kalor jenis suatu zat. Salah satu tekniknya disebut

dengan metode pencampuran, yakni suatu zat dipanaskan pada temperatur yang

tinggi kemudian diukur secara akurat dan segera dipindahkan ke kalorimeter yang

berisi air dingin. Panas yang hilang akan ditangkal oleh air dan oleh bagian dari

kalorimeter tersebut. Dengan mengukur temperatur akhir dari campuran tersebut,

sehingga dapat dihitung/diketahui nilai kalor jenisnya (Giancoli,2001).

Kalorimetri adalah proses mengukur perubahan suhu dari sejumlah air atau

larutan sebagai akibat dari suatu reaksi kimia dalam suatu wadah terisolasi.

Sedangkan kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jrnis

suatu benda dalam bejana tembaga yang lebih besar. Pada prinsipnya, antara

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

bahan yang tidak dapat dialiri kalor (adiabatik), dan diberi tutup yang mempunyai

dua lubang untuk memasukkan termometer dan pengaduk. Pengukuran kalor jenis

dengan kalorimeter didasarkan pada Azaz Black. Macam-macam kalorimeter

adalah sebagai berikut:


11/23

9

Kalorimeter Bom: alat yang digunakan untuk mengukur jumlahkalor yang dibebaskan pada proses pembakaran sempurna suatusenyawa. Kalorimeter bom terdiri dari sebuah bom (tempat

berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat dari bahan stainless

steel dan diisi dengan gas oksigen pada tekanan tinggi) dan

sejumlah air yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.

Kalorimeter Sederhana/ Kalorimeter Larutan: kalorimeter yangdigunakan untuk mengukur kalor reaksi yang berlangsung dalam

fase larutan. Pada dasarnya kalor yang dibebaskan /diserap

menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan

perubahan suhu perkuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor

reaksi dari reaksi sistem larutan tersebut (Halliday,1985).

2.4 Azaz Black

Pengukuran kalor jenis menggunakan kalorimeter didasarkan pada Azaz

Black, yaitu kalor yang diterima kalorimeter sama dengan kalor yang diberikan

oleh zat yang dicari kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian apabila dua

bendayangsuhunyaberbeda saling bersentuhan, maka akan menuju kesetimbangan

termodinamika (Frederick,2006).

Untuk dua benda yang berbeda temperatur (misalkan dan dengan

) kemudian keduanya saling dihubungkan, maka akan terjadi perpindahan

panas sampai kedua benda mencapai kesetimbangan. Pada keadaan setimbang ini

kedua benda bertemperatur sama katakanlah sebesar . Benda yang

bertemperatur lebih tinggi melepaskan panas, sebaliknya benda yangbertemperatur lebih rendah menerima panas. Menurut Azaz Black jumlah panas

yang dilepas sama dengan jumlah panas yang diterima, yaitu sesuai persamaan

berikut:

.........................................(2.13)

Dimana , , , adalah massa dan kapasitas panas jenis masing-masing

benda (Mashuri, 2004).


12/23

10

2.6 Perpindahan Panas

Energi termal dapat dipindahkan ke atau dari suatu sistem melalui

mekanisme konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas adalah energi yang

dipindahkan dari suatu sistem dengan temperatur yang lebih tinggi ke suatu

sistem dengan temperatur yang lebih rendah (di mana keduanya mengalami

kontak) melalui tumbukan partikel-partikel penyusunnya.

Konduksi terjadi ketika energi panas berpindah melalui suatu material

sebagai akibat tumbukan antar elektron, ion, atom, dan molekul bebas material

tersebut. Semakin panas suatu zat, semakin tinggi energi kinetik (EK) rata-rata

atomnya.Jika terdapat perbedaan temperatur antara material-material yang

mengalami kontak, ketika tumbukan atom terjadi antara keduanya, atom-atom

dengan energi yang lebih tinggi di dalam zat yang lebih hangat memindahkan

energi ke atom-atom dengan energi yang lebih rendah di dalam zat yang lebih

dingin. Jadi, panas mengalir dari panas ke dingin.

Konveksi energi termal terjadi dalam suatu cairan ketika material yang

hangat mengalir sehingga menggantikan material yang lebih dingin. Contohumum adalah aliran udara hangat dari suatu lubang udara suatu alat pemanas dan

aliran air hangat dalam arus.

Radiasi adalah cara perpindahan energi elektromagnetik yang bersinar

melalui vakum dan ruang kosong antar atom. Energi yang bersinar berbeda

dengan panas, meskipun keduanya berkaitan dengan energi yang berpindah

(Frederick,2006).


13/23

11

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ; 1

set perlengkapan kalorimeter, 1 buah thermometer, 1 buah adaptor, 1 buah

stopwatch, 1 buah tahanan geser (Rg), serta ampermeter (A) dan voltmeter (V)

masing-masing 1 buah.

3.2 Cara Kerja

Pertama dibuat rangkaian seperti gambar 3.1(a) kemudian dihubungkan

tegangan PLN dengan seijin assisten, kemudian kalorimeter K diisi dengan air,

dan ditimbang massa air sebanyak 120 gram, selanjutnya waktu diukur setiap

kenaikan satu derajat celcius, kenaikan suhu diukur 4 kali diusahakan arus

konstan dengan mengatur tahanan geser Rg, dan dicatat hasil yang diperoleh,

diakukan percobaan yang sama untuk rangkaian gambar 3.2(b)

Gambar 3. 2 Rangkaian A Gambar 3. 1 Rangkaian B


14/23

12

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

24.1 Analisa Data

Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data-data sebagai berikut :

Tabel 1. Data Percobaan Rangkaian A

Arus Listrik = 0,3 A

No. m (gram) V (Volt) T(C) t (sekon)

1 120 6,5 21 187

2 120 6,5 22 384

3 120 6,5 23 632

4 120 6,5 24 893

Arus listrik = 0,4 A

1 120 8,75 21 99

2 120 8,75 22 216

3 120 8,75 23 3224 120 8,75 23 469

Tabel 2. Data Percobaan Rangkaian B

Arus Listrik = 0,3 A

No. M (gram) V (Volt) T(C) t (sekon)

1 120 6,75 21 248

2 120 6,75 22 454

3 120 6,75 23 742

4 120 6,75 24 1043

Arus listrik = 0,4 A

1 120 9 21 179

2 120 9 22 300

3 120 9 23 496

4 120 9 24 650


15/23

13

4.2 Perhitungan

Contoh perhitungan dengan Rangkaian A pada suhu 21oC sebagai berikut :

= 6,5.0,3.187

= 364,65 Joule

Q1= w (Ta-Tm)

= 120 (21-20)

= 120 Kalori

Q2= 0,26w (Ta-Tm)

= 0,26.120 (21-20)

= 31,2 kalori

H = Q1+Q2

364,65 Joule = 120+31,2

364,65 Joule = 151,2 Kalori

1 Joule = 0,41 Kalori

Tabel 3. Tabel Perhitungan H dan Q Rangkaian A

No. I(A) V(V) (s) H(J) Q(kal)

1 0,3 6,5 187 364,65 151.2

2 0,3 6,5 197 384,15 151,2

3 0,3 6,5 248 483,6 151,2

4 0,3 6,5 261 508,95 151,2

5 0,4 8,75 99 346,5 151,2

6 0,4 8,75 117 409,5 151,2


16/23

14

7 0,4 8.75 106 371 151,2

8 0,4 8.75147 514,5

151,2

Tabel 4. Tabel Harga 1 Joule Rangkaian A

No. H(J) Q(kal) Harga 1 Joule (kal)

1 364,65 151,2 0,414644

2 384,15 151,2 0,393596

3 483,6 151,2 0,312655

4 508,95 151,2 0,297082

5 346,5 151,2 0,436364

6 409,5 151,2 0,369231

7 371 151,2 0,407547

8 514,5 151,2 0,293878

Rata-rata 422,8563 0,365625

Tabel 5. Tabel Pehitungan H dan Q Rangkaian B

No. I(A) V(V) t (s) H(J) Q(kal)

1 0,3 6,75 187 502,2 151,2

2 0,3 6,75 197 417,15 151,2

3 0,3 6,75 248 583,2 151,2

4 0,3 6,75 261 609,525 151,2

5 0,4 9 99 644,4 151,2

6 0,4 9 117 435,6 151,2

7 0,4 9 106 705,6 151,2

8 0,4 9 147 554,4 151,2


17/23

15

Tabel 6. Tabel Harga 1 Joule Rangkaian B

No. H(J) Q(kal) Harga 1 Joule

1 502,2 151,2 0,301075

2 417,15 151,2 0,36246

3 583,2 151,2 0,259259

4 609,525 151,2 0,248062

5 644,4 151,2 0,234637

6 435,6 151,2 0,347107

7 705,6 151,2 0,214286

8 554,4 151,2 0,272727

Rata-rata 556,5094 0,279952


18/23

16

4.3 Grafik

Grafik 1. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian A

Grafik 2. Grafik hubungan Suhu terhadap Waktu rangkaian B

20

21

22

23

24

25

0 5 10 15 20

T

(C)

t (menit)

Grafik Fungsi T Terhadap t

Pada Rangkaian A

Arus 0,3 A

Arus 0,4 A

20

21

22

23

24

25

0 5 10 15 20

T

(C)

t (menit)

Grafik Fungsi T Terhadap t Pada

Rangkaian B

Arus 0,3 A

Arus 0,4 A


19/23

17

4.4 Pembahasan

Percobaan kali ini berjudul panas yang ditimbulkan oleh arus listrik

berkode L1 yang bertujuan unuk mengetahui konsep panas oleh arus listrik, untuk

membuktikan hukum Joule, dan untuk menentukan harga 1 Joule. Dalam

percobaan tentang panas yang ditimbulkan oleh 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.

Perbedaan dari kedua rangkaian tersebut yaitu letak resistor/hambatan dalam

rangkaian. Kedua rangkaian tersebut memiliki tingkat keakuratan yang berbeda

hal ini disebabkan oleh letak dari hambatan yang berbeda. Hambatan digunakan

sebagai penghambat arus. Pada setiap rangkaian dilakukan percobaan dengan 2

variasi arus yaitu 0,3A dan 0,4A. Pemberian kuat arus yang berbeda ini bertujuan

untuk mengetahui pengaruh kuat arus terhadap panas atau suhu yang dihasilkan.

Percobaan dilakukan dengan 4 variasi suhu. Suhu yang digunakan sebagai acuan

adalah 20oC. Setiap kenaikan suhu 1oC waktunya dihitung. Selama percobaan arus

yang digunakan harus konstan, oleh karena itu tahanan geser harus diperhatikan.Yang dilakukan pertama kali dalam percobaan ini adalah merangkai

gambar rangkaian a, setelah itu disambungkan dengan tegangan PLN. Pada

rangkaian yang pertama ini letak resistor ada di belakang. Massa yang digunakan

adalah 120 gram, dengan menggunakan arus 0,3 Ampere, dan tegangan yang

dihasilkan 6,5 Volt. Dari percobaan ini kita mendapat data waktu dan suhu. Data

yang dihasilkan adalah semakin tinggi suhu maka waktu yang diperlukan untuk

menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin lama. Pada rangkaian a

dengan menggunakan kuat arus 0,4 Ampere dihasilkan tegangan sebesar 8,75 Volt

dan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius

juga semakin cepat dibandingkan dengan arus sebesar 0,3 Ampere, karena

semakin besar arus maka jumlah muatan listrik yang mengalir semakin banyak

sehingga tumbukan antara muatan dengan logam akan semakin besar. Grafik yang

dihasilkan antara hubungan waktu dan arus adalah berbanding lurus. Nilai rata-

rata panas yang dihasilkan pada rangkaian a adalah 422,8 Joule dan rata-rata


20/23

18

harga 1 Joule pada rangkaian a adalah 0,365625 kalori. Hasil ini tidak sesuai

dengan teori yang menyatakan bahwa harga 1 Joule adalah 0,24 Kalori.

Pada rangkaian b, juga dilakukan dengan menggunakan kuat arus yang

berbeda yaitu 0,3 Ampere dan 0,4 Ampere. Pada rangkaian b dengan

menggunakan arus 0,3 Ampere, dihasilkan tegangan sebesar 6,75 Volt. Semakin

tinggi suhu maka waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar satu

derajat celcius juga semakin lama. Sedangkan pada rangkaian b dengan

menggunakan arus 0,4 Ampere tegangan yang dihasilkan adalah 9 Volt dan waktu

yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat celcius juga semakin

cepat dibandingkan dengan menggunakan arus 0,3 Ampere. Rata-rata nilai panas

yang dihasilkan pada rangkaian b adalah 556,5Joule dan rata-rata harga 1 Joule

pada rangkaian b ini adalah 0,28 kalori. Hasil ini juga tidak sesuai dengan teori.

Dari data rata-rata harga 1 Joule untuk kedua rangkaian, keduanya tidak sesuai

dengan teori yang menyatakan bahwa harga 1 Joule adalah 0,24 Kalori. Hal ini

berarti adanya kesalahan/ketidaktelitian atau faktorfaktor lain yang menyebabkan

kesalahan perhitungan. Dari perbandingan rangkaian a dan rangkaian b tersebuttersirat 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. Dari pengamatan percobaan yang kami lakukan ada beberapa

kemungkinan yang menyebabkan terjadinya ketidakcocokan dengan teori

dasarnya, antara lain :

1. Pada Kalorimeter tidak tertutup rapat sehingga memungkinkan terjadinyapenyerapan panas oleh udara.

2. Panas yang ditimbulkan oleh arus listrik tidak langsung diserap oleh air (tidaksemuanya) dan masih adanya panas yang tertinggal pada kawat spiral, hal ini

terjadi karena ketidak seimbangan pada suhu.

3. Adanya ketidaktelitian dalam mengamati perubahan suhu dan waktu sehinggapengukuran mengalami ketidaktepatan.

Oleh Karena itulah terjadi pelencengan terhadap harga sebenarnya


21/23

19

Mekanisme kerja kalorimeter sehingga bisa menghasilkan panas yang

disebabkan oleh arus listrik adalah arus listrik yang mengalir yang menyebabkan

adanya suatu beda potensial antara kedua ujung rangkaian listrik sehingga terjadi

aliran muatan listrik. Muatan listrik tersebut bertumbukan dengan atom logam dan

kehilangan energi potensial. Akibat pembawa muatan yang bertumbukan dengan

kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya maka akan

terjadi suatu efek panas.


22/23

20

BAB V

KESIMPULAN

Dari percobaan Hukum Joule yang telah dilakukan dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Terbukti bahwa arus listrik bisa menimbulkan panas. Dengan demikianbunyi Hukum Joule terbukti.

2. Harga dari 1 Joule pada rangkaian a adalah 0,36 kalori dan harga 1 Joulepada rangkaian b adalah 0,28 kalori.

3. Perbandingan waktu dan arus berbanding lurus, semakin besar arus ygdigunakan waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu juga semakin

cepat.


23/23

21

DAFTAR PUSTAKA

Frederick. 2006.University of Physics. Washington : Wesley Publishing.

Giancoli, Douglas. 2001.Fisika 2. Jakarta : Erlangga.

Halliday, David. 1985.Fisika 2. Jakarta : Erlangga.

Mashuri, Ali Yunus Rohedi. 2004.Fisika Dasar I. Surabaya : ITS Press.

Priyambodo, dkk. 2009.Fisika Dasar. Yogyakarta : ANDI OFFSET.

Serway, Raymond A. John W. Jewett. 2004.Physics for Scientist and Engineers.

USA : Thomson Brooks/Cole.

Tipler, Paul A. 1996.Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.

Zemansky, Sears and. 1986.Fisika Universitas II. Jakarta : Erlangga.

dasar teori hukum joule

Documents