LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 1

Kesetaraan Kalor Listrik(T5)

Miranti Diah Prastika, Bening Wahyuni, Muhammad Salim, Rina Apriani, dan Mukhlis, serta Andi Ichsan Mahardika, M.Pd

Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan IPA,

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,

Universitas Lambung Mangkurt

Jl. Brigjen H. Hasan Basri, Banjarmasin 70123

E-mail: info@unlam.ac.id

Abstrak – Telah dilakukan percobaan tentang Kesetaraan Kalor Listrik yang bertujuan menjelaskan adanya hubungan tenaga listrik dengan panas serta menentukan angka kesetaraan joule dengan kalori. Metode yang digunakan yaitu memanaskan air dalam kalorimeter dengan menggunakan listrik dari tegangan sumber. Untuk memperoleh besarnya angka kesetaraan kalor listrik

digunakan persamaan a = V I t

(m+H )∆T. Hasil yang

diperoleh dari percobaan berturut-turut sebesar (5,95±0,06)x103 joule/kalor, (4,801 ± 0,034)x103

joule/kalori, dan (5,493±0,028)x103 joule/kalori. Dengan KR yang diperoleh berturut-turut sebesar 1,0049%, 0,7%, dan 0,5%. Dalam percobaan terdapat kendala yang dialami praktikan yaitu kurangnya ketepatan praktikan pada saat menekan stopwacth dan skakelar secara bersamaan.

Kata kunci – Arus Listrik, Kalor, Listrik, Suhu, Tegangan.

I. PENDAHULUAN

Kita mengetahui bahwa arus listrik yang mengalir padasuatu rangkaian menghasilkan panas. Pada peralatan-peralatan yang menggunakan arus listrik sebagai sumber energinya, apabila kita aktifkan dalam jangka waktu tertentu, aka akan timbul panas pada bagian rangkaian listrik yang merupakan tempat/pusat aktifitas arus listrik. Kenyataan tersebut perlu dikaji lebih lanjut mengingat panas yang ditimbulkan tergantung oleh beda potensial, arus listrik, serta waktu yang diperlukan. Hkum kekekalan energi enyatakan energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk kebentuk lain. Di alam ini banyak terdapat energi seperti energi listrik, energi kalor, energi bunyi, namun energi kalor hanya dapat dirasakan seperti

panas matahari. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melihat alat-alat pemanas yang menggunakan energi listrik seperti teko pemanas, penanak nasi, kompor listrik atau pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu mengubah energi listrik yang mengalir pada kumparan kawat menjadi energi kalor/panas. Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum, untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tingga, maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya.

Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat diambil rumusan masalahnya yaitu, “Bagaimanakah hubungan tenaga listrik dengan panas?” dan “Berapakah angka kesetaraan joule denganlam suatu kawat kalori?”.

Tujuan dilakukannya percobaan ini yaitu menjelaskan adanya hubungan tenaga listrik dengan panas serta menentukan angka kesetaraan joule dengan kalori.

II. KAJIAN TEORI

Bilangan yang menyatakan besarnya tenaga listrik yang setara dengan 1 satuan tenaga panas dinamakan angka kesetaraan kalor listrik. Kesetaraan kalor listrik dapat diperoleh dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga panas dalam suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada di dalam kalorimeter. Tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya:

W = V I t (1)

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 2

Dengan V = beda potensial antar ujung-ujung kawat (volt)

I = kuat arus (ampere)

t = lamanya mengalirkan arus (s)

Joule ini adalah tenaga mekanik yang hilang dari elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung kawat berpotensial tinggi. Tenaga ini selanjutnya berubah menjadi tenaga panas. Jika tidak ada panas yang keluar dari kalorimeter maka panas yang timbul besarnya:

Q = (m+H)(T2-T1) kalori (2)

Dengan m = massa air (kg)

H=kapasitas kalor kalorimeter beserta pemanas dan pengaduknya (kkal/K)

T1 = suhu awal (K)

T2 = suhu akhir (K)

Panas yang keluar dari kalorimeter dapat sangat berkurang dan dapat diabaikan jika selisih antara suhu akhir dengan suhu ruang sama dengan selisih antara suhu rung dengan suhu awal. Besarnya angka kesetaraan kalor listrik adalah(1)

a = V I t

(m+H )∆T (3)

untuk mengubah besarnya energi kinetik yang diubah menjadi kalor dalam rangkaian, selain perlu menentukan lamanya proses itu berlangsung, kita juga perlu menentukan lamanya proses itu berlangsung. Makin lama arus listrik mengalir, mka makin banyak energi listrik yang diubah menjadi kalor. Pada kenyataannya, tidak semua orang mau mencatat waktu aliran arus listrik. Oleh karena itu, besaran energi listrik jarang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Orang cenderung menggunakan besaran daya listrik untuk menyatakan energi listrik yang digunakan. Daya listrik menyatakan laju aliran energi listrik. Dengan kata lain, jumlah energi listrik yang digunakan selama selang waktu tertentu dibagi dengan lama penggunaan.

P = Wt (4)

Dengan menggunakan persamaan 1, kita dapat menyatakan daya listrik menjadi

P = V I t

t atau P = V I (5)

Dengan P = daya listrik (W)

V = beda potensial listrik (V)

I = kuat arus listrik (A)

Tampak bahwa untuk menentukan daya listrik kita sama sekali tidak memerlukan informasi mengenai lama aliran arus listrik. Kita hanya perlu mengetahui nilai beda potensial dan arus listrik dalam rangkaian. Dengan menggunakan persamaan W = I2 R t kita memperoleh berbagai variasi rumus daya, yaitu:(2)

P = V 2

R (6)

P= I2 R (7)

Kuantitas panas (ΔQ) yang diserap atau dilepaskan oeh suatu benda saat dipanaskan atau didinginkan sebanding dengan perubahan suhu (ΔT) dan massa benda (m)

ΔQ = m c ΔT (8)

Dengan Q = besarnya kalor yang diserap atau dilepas (J)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (J/Kg oC)

ΔT = perubahan suhu (oC)

Dalam SI, satuan kalor adalah joule (J), sedangkan satuan kalor yang lain adalah kalori. Kesetaraan joule dan kalori adalah:

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,184 joule

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu penghantar tiap satu satuan waktu yang dirumuskan sebagai berikut:

I = Qt (9)

Dengan Q = besarnya muatan listrik (coulomb)

t = lamanya waktu arus mengalir (s)

I = kuat arus listrik (A)

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 3

Muatan bebas adalah pertikel-partikel bermuatan listrik yang mudah bergerak jika berada dalam medan listrik. Gerakan muatan listrik ini disebut arus listrik.(3)

Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu:

1. Konduksi Konduksi adalah proses perpindahan

kalor tanpa disertai dengan perpindahan partikel.

2. Konveksi Konveksi adalah proses perpindahan

kalor dan satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri.

3. Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi kalor

dalam bentuk gelombang elektromagnetik.(4)

III. METODE PERCOBAANPada percobaan Kesetaraan Kalor Listrik

digunakan beberapa alat dan bahan sebagai berikut:

1. Kalorimeter dengan elemen pemanas 1 buah

Gambar 1. Kalorimeter dengan elemen pemanas.

2. Voltmeter DC 1 buah

Gambar 2. Voltmeter DC

3. Amperemeter DC 1 buah

Gambar 3. Amperemeter DC

4. Termometer 1 buah

Gambar 5. Termometer

5. Tahanan geser 1 buah

Gambar 5. Tahanan geser

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 4

6. Sumber Tegangan 1 buah

Gambar 6. Tegangan sumber

7. Stopwatch 1 buah

Gambar 7. Stopwacth digital

8. Air murni

Gambar 8. Air murni

9. Kabel 6 buah

Gambar 9. Kabel penghubung

10. Neraca digital 1 buah

Gambar 10. Neraca digital

11. Gelas ukur 1 buah

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 5

Gambar 11. Gelas ukur

Rumusan hipotesis dari percobaan kesetaraan kalor listrik ini adalah jika massa air yang ditambahkan pada kalorimeter semakin besar, maka waktu untuk menaikkan suhu air akan semakin lama.

Percobaan ini dilakukan seabnyak 3 kali dengan variabel manipulasinya yaitu massa air (m) pada setiap percobaannya, kemudian variabel responnya yaitu waktu (t), dsn variabel kontrolnya yaitu kuat arus (I), tegangan listrik (V), kenaikkan suhu (T), tegangan sumber (Vs) dan massa kalorimeter (mkal).

Percobaan ini dimulai dengan memasang peralatan seperti pada Gambar 12. (tidak ditutup skaklarnya sebelum diperiksa pembimbing). Setelah diperiksa, menutup skakelar dan mengatur tahanan geser sehingga arusnya1 ampere. Mencatat penunjuk arus dan tegangan pada kondisi tersebut. Langkah selanjutnya menimbang kalorimeter kosong ( bejana dalam) kemudian mengisinya dengan air murni secukupnya (tidak terlalu banyak asal elemen pemanasnya tercelup dan kemudian menimbangnya). Kemudian dihitung massa air = mkalorimeter+ air – mkalorimeter. Memasang kalorimeter kemudian mencatat suhunya sebagai suhu awal. Menutup skakelar dan pada saat bersamaan menyalakan stopwatch kemudian mencatat waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu (suhu akhir dibuat lebih tinggi ±2oC dari suhu awal). Selama pengamatan mengaduk air dalam kalorimeter pelan-pelan. Langkah selanjutnya yaitu membuka skakelar bersamaan dengan itu pula mematikan stopwacth setelah diperoleh suhu yang dikehendaki dan mencatatnya sebagai suhu akhir. Mencatat pula waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu tersebut. Langkah terakhir mengulangi langkah percobaan tersebut beberapa kali dengan massa air yang berbeda.

Dalam percobaan kesetaraan kalor listrik, digunakan beberapa persamaan. Salah satunya untuk menentukan tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya

W = V I t

Panas yang timbul apabila tidak ada panas yang keluar dari kalorimeter

Q = (m+H)ΔT

Dan untuk menentukan besarnya angka kesetaraan kalor listrik digunakan persamaan

a = V I t

(m+H )∆T

Gambar 12. Rangkaian percobaan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

m kalorimeter kosong = 5,3 x 10-2 kg

Tegangan (V) = 6 V

Kuat arus (I) = 1 A

Suhu awal (T1) = 305 K

Suhu akhir (T2) = 307 K

Tegangan sumber (Vs) = 12 V

Tebel 1. Percobaan Kesetaraan Kalor

Perc. ke

(m ± 1)x10-3 kg (t ± 0,01)s (H) kal/K

1 92 198,364,17x10-82 149 240,06

3 199 366,16

Percobaan kesetaraan kalor listrik ini dilakukan sebanyak 3 kali dengan mengubah-ubah massa air (m) yang pertama yaitu 9,2x10-2 kg dan diperoleh waktu untuk menaikkan suhu setinggi 2oC yaitu 198,36 s. Berdasarkan data tersebut diperoleh besarnya angka kesetaraan kalor listrik (a) yaitu (5,95±0,06)x103 joule/kalori. Saat massa air (m) sebesar 1,49x10-1 kg, diperoleh waktu untuk menaikkan suhu 2oC yaitu 240,06 s. Bedasarkan data tersebut diperoleh a sebesar (4,801 ± 0,034)x103 joule/kalori. Dan saat massa air 1,99x10-1 kg, diperoleh waktu untuk menaikkan suhu 2oC sebesar 366,18 s. Berdasarkan data tersebut diperoleh hasil a sebesar (5,493±0,028)x103 joule/kalori.

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 6

Untuk menentukan besarnya angka kesetaraan kalor listrik digunakan persamaan

a = V I t

(m+H )∆T

V. SIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan kesetaraan kalor listrik, diperoleh besarnya angka kesetaraan kalor listrik berturut-turut sebesar (5,95±0,06)x103

joule/kalor, (4,801 ± 0,034)x103 joule/kalori, dan (5,493±0,028)x103 joule/kalori. Dari ketiga hasil yang diperoleh dari percobaan semuanya berbeda, hal ini dikarenakan adanya beberapa kendala yang dialami pada saat percobaan. Yaitu kurangnya ketepatan praktikan pada saat bersamaan menekan stopwatch dengan skakelar dan menekannya kembali saat menutup skakelar. Sehingga waktu yang diperoleh tidak akurat.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten percobaan Kesetaraan Kalor Listrik yaitu Mukhlis yang telah memberikan panduan saat melakukan percobaan. Serta teman-teman praktikum yang telah bekerjasama dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

(1) Tim Fisika Dasar FKIP Unlam. 2015. Modul Praktikum Fisika Dasar 1. Banjarmasin: FKIP Unlam.

(2) Abdullah, Mikrajuddin. 2007. IPA Fisika 3. Jakarta: Erlangga.

(3) Koesmanto. 2006. Konsep Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Surakarta: Mefi Caraka.

(4) Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KESETARAAN KALOR LISTRIK 7

FOTO PRAKTIKUM

Proses pemanasan air

Rangkaian percobaan