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