Laboratorium Fisika Dasar

Laboratorium Fisika Dasar

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang PraktikumDalam kehidupan zaman sekarang kita tidak terlepas dari kebutuhan pokok yaitu listrik yang digunakan untuk kelancaran dalam kebutuhan rumah tangga, pekerjaan, dan aktivitas yang memerlukan energi listrik. Adapun dalam praktikum mengenai tara kalor listrik ini, kita akan melihat bahwasannya semua listrik pasti mengalirkan arus dan tegangan, sehingga bisa memanaskan air melalui listrik dan masih banyak yang lain seperti penerapan pada setrika,rice cooker. Zaman yang makin berkembang pasti akan mengubah sesuatu yang sulit menjadi dipermudah sehingga tidak ada lagi kerepotan dalam rumah tangga maupun dalam pekerjaaannya. Istilah panas dalam pengertian sehari hari sedikit berbeda dengan istilah panas dalam pengertian fisika. Pada kehidupan sehari hari panas tertuju pada benda yang mempunyai suhu yang tinggi. Pengertian panas dalam bidang fisika merupakan identifikasi dari energi ke energi lain karena adanya perubahan suhu. Perpindahan energi inilah yang di sebut kalor.Kalor adalah energi yang terjadi dari suatu zat yang bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah ketika benda tersebut saling bersentuhan. Kemampuan setiap benda atau zat untuk menyerap kalor berbeda beda, hal ini terjadi karena perbedaan kalor jenisnya yang menyatakan jumlah kalor yang bias di terima setiap kilogram benda dan kenaikan suhunya.Untuk menghitung jumlah perpindahan energi kalor ke energi lisrik dan sebaliknya, Hal ini di sebut dengan tara kalor listrik. Sehingga di ketahui beberapa jumlah energi produk yang di hasilkan.Teori yang melandasi tentang tara kalor listrik adalah hukum joule dan azas black, di mana suatu energi dapat berubah bentuk mejadi energi yang lain.

Sehingga di kenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi mekanik atau energi listrik.1.2 Tujuan praktikumMenentukan tara kalor listrik ( konstanta joule)1.3 Manfaat PraktikumAdapun manfaat praktikum kali ini adalah kita bisa melihat konstanta joule pada suatu aliran ketika di aliri arus listrik. Yang mana dalam pengaplikasiannya yaitu untuk membuat analisa suatu objek praktikum sehingga bisa di aplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.

BAB IILANDASAN TEORI2.1 Teori Dasar Objek2.1.1 Pengertian Tara Kalor ListrikTara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang diberikan terhadap panas yang di hasilkan.

dimana :J= Tara Kalor Listrik (joule/kalor)W= Energi Listrik (joule)H= Panas (kalori)

2.1.2 Hukum yang melandasi tentang tara kalor listrik2.1.2.A Azas BlackKalor dapat mengalami perpindahan dari suatu benda ke benda lain atau dari suatu sistem ke sistem yang lain. Jika dua benda yang berbeda suhunya dicampur maka kedua benda tersebut akan saling memberi dan menerima kalor. Dalam peristiwa memberi dan menerima energi kalor antara dua zat yang dicampur ini berlaku hukum kekekalan energi untuk kalor yang menyatakan bahwakalor yang dilepaskan = kalor yang diterimaPernyataan ini sama dengan asas Black yang ditemukan Joseph Black (17281799), yaitu kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan. Jadi,kalor yang dilepaskan oleh benda yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang suhunya lebih rendah. Akan tetapi, pada kenyataannya, pernyataan tersebut tidak selalu dapat dibuktikan dengan percobaan. Hal ini disebabkan ada kalor yang berubah menjadi energi bentuk lain sehingga seolah-olah hilang. Jadi, pernyataan hukum kekekalan energi untuk kalor di atas hanya berlaku untuk keadaan ideal saja.Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk 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.2.1.2.B Hukum JouleKesetaraan 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 airyang berada dalam kalorimeter. Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:

dimana :V = beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan [volt]i = kuat arus listrik [ampere]t = lamanya mengalirkan arus listrik [detik]Energi listrik sebesar V.i.t joule ini merupakan energi mekanik yang hilang dari elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung yang berpotensial tinggi.Energi ini berubah menjadi panas. Jika tak ada panas yang keluar dari kalorimeter maka panas yang timbul besarnya:

dimana:M = massa air yang digunakan(gram)Na = Nilai air kalorimeter (kal/g oC)Ta= suhu akhir airTo= suhu mula-mula air

Banyak panas yang dihasilkan dari kalorimeter dapat dikompensasi dengan memulai percobaan pada suhu di bawah suhu kamar, dan mengakhirinya pada suhu di atas suhu kamar.Energi kalor : (energi panas)

dimana :Q = energi kalor (kal) m = massa (kg) c = kalor jenis (kal/gr.C) T= perubahan temperatur (C)Energi Listrik :

dimana :W = energi listrik (Joule)P = daya listrik (watt) V = tegangan (volt) I = arus listrik (amp) t = waktu (s)

2.1.3 Pengertian KalorKalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda.Pada permulaan abad 19 orang percaya bahwa kalor merupakan suatu zat yang dapat mengalir. Zat ini dinamakan kalorik , terdapat dalam benda apa pun. Kalorik dapat berpindah ketil benda bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah.Namun, konsep kalor sebagai suatu zat tidak didukung oleh hasil eksperimen. Benjamin Thompson (1753-1814) adalah orang pertama yang menolak konsep kalorik. Ia melakukan eksperimen ketika sedang memimpin pembuatan meriam unt Jerman. la mendapati bahwa panas yang timbul karena gesek antara alat bor dengan meriam sebanding dengan kerja yang dilakukan oleh alat bor. Bahwa kerja (usaha) merupakan ukuran energi yang dimiliki suatu benda. Berarti, kalor merupakan suatu bentuk energi, bukan suatu zat.Masalah yang timbul bagaimana menentukan hubung antara kalor dengan energi. Upaya untuk memecahkan masal ini dirintis oleh James Joule (1818-1889) dari Inggris. Ia melakukan eksperimen yang sangat terkenal .Ia menyiapkan kalorimeter yang didalamnya terdapat air. Kemudian, didalam kalorimeter juga terdapa poros yang dilengkapi dengan beberapa sudu.Poros bagian atas dilengkapi jentera yang dibelit dengan sepotong tali melalui dua katrol . Pada masing-masing ujung tali digantungkan beban . Poros beserta sudu-sudu diputar dengan cara menjatuhkan beban berulang kali dari ketinggian kira-kira 5 meter.Usaha yang dilakukan oleh beban dapat dihitung. Demikian pula kalor yang dihasilkan dalam kalorimeter. Kemudia, perbandingan antara usaha dengan kalor dapat diketahui. Ternyata, perbandingan antara usaha dengan kalor selalu tetap, yaitu 4,2 joule/kalori. Bilangan ini dinamakan tara kalor mekanik.Pada praktikum ini seperti ini percobaannya,ketika suatu kumparan dialiri arus listrik,maka akan timbul panas pada kumparan tersebut.Panas yang ditimbulkan dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter yang telah diberi air sehingga panas terserap oleh air,tabung serta kalorimeter.

2.2 Teori Dasar Alat ukur1.KalorimeterKalorimeter adalah suatu alat untuk memperlihatkan besarnya kalor jenis suatu zat. Kalorimeter ini bekerja baerdasarkan Asas Black. Asas black berbunyi: Basarnyakalor yang dilepaskan oleh sebuah benda yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah.Sifat-sifat air yang memberikan definisi asal dari kalori adalah banyaknya perubahan temperatur yang dialami air waktu mengambil atau melepaskan sejumlah panas. Kapasitas panas bersifat ekstensif yang berarti jumlahnya tergantung dari besar sampel. Gambar 2.1 dibawah ini merupakan gambar dari kalorimeter.

Gambar 2.1 Kalorimeter2.Catu Daya Catu daya adalah suatu sistem filter penyearah (rectifier-filter) yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC murni. Banyak rangkaian catu daya yang berlainan yang dapat digunakan untuk pekerjaan tersebut. Komponen dasar yang digunakan untuk rangkaian yang lebih sederhana adalah transformator, penyearah (dioda), resistor, kapasitor, dan inductor. catu yang diatur secara lebih kompleks dapat menambahkan transistor atau trioda sebagai pengindra-tegangan dan pengontrolan tegangan, ditambah dengan dioda zener atau tabung VR untuk menyediakan tegangan acuan (reference). Sistem penyearah sendiri dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Gambar 2.2 dibawah ini merupakan gambar dari catu daya.

Gambar 2.2 Catu Daya

3. TermometerTermometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu(temperatur), ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa. Gambar 2.3 dibawah ini merupakan gambar dari thermometer.

Gambar 2.3 TermometerBAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan Praktikum Beserta Fungsinya1. Kalorimeter dengan pemanas digunakan sebagai alat untuk mengukur kalor dan memanaskan air.2. Catu daya DC di gunaka untuk mengatur tegangan dan arus dalam memanaskan air dalam kalorimeter.3. Termometer digunakan untuk mengukur temperatur/suhu.4. Pemanas listrik digunakan untuk memanaskan kalorimeter dengan arus listrik.5. Bejana logam digunakan untuk tempat air.

3.2 Prosedur PercobaanA. Menentukan nilai air kalorimeter1. Massa kalorimeter dan pengaduknya diukur, lalu air dimasukkan kira-kira bagian dan kembali ditimang.2. Suhu awal air di catat.3. Kalorimeter yang berisi air dimasukan kedalam selubung luarnya.4. Air dididihkan dalam bejana logam dan suhunya dicatat kemudian air mendidih dituang kira-kira bagian.5. Aduk air dengan pengaduk dan suhu kesetimbangan dicatat.6. Kalorimeter di timbang kembali setelah tercapai suhu setimbang.7. Masing-masing penimbangan dilakukan 5 kali.

B. Mengukur konstanta joule1. Air dimasukkan kira-kira 2/3 bagian kedalam kalorimeter, suhu awal air dicatat.2. Rangkaian disusun seperti gambar 13. Arus diberikan sebesar 1 A, kenaikan suhu dicatat setiap 2 menit selama 20 menit.4. Tegangan listrik dicatat sewaktu percobaan.5. Langkah 1 s/d 4 untuk arus 1.5 dan 2 A.

3.3 Skema AlatGambar 3.1 dibawah menjelaskan skema alat dari Tara Kalor Listrik.

A B C D E FGambar 3.1 Skema Alat Tara Kalor Listrik

Keterangan :A. KalorimeterB. TermometerC. Catu Daya DCD. Kabel PenghubungE. Pemanas ListrikF. Bejana Logam

BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN4.1 DATA PENGAMATANA. Menentukan Nilai Air KalorimeterTabel 4.1 Data Hasil Praktikum Menentukan Nilai Air KalorimeterKalibrasi Neraca 6 gram

Massa Kalorimeter Kosong269,2 gram

Massa Kalorimeter + Air dingin344.5 gram

Massa Kalorimeter + Air dingin + Air panas364.5 gram

Suhu Kalorimeter 28 C

Suhu Air Dingin 28 C

Suhu Air Panas 93 C

Suhu Campuran 66 C

B. Menentukan Tara Kalor ListrikTabel 4.2 Variasi ArusNoArus(A)Tegangan(V) t(menit)MassaAir (gr)SuhuAwal (C)Suhu akhir (C)

1115,8315,62833

2215,23347

3

4

5

Tabel 4.3 Variasi WaktuNo t(menit)Arus(A)Tegangan(V)MassaAir (gr)SuhuAwal (C)Suhu akhir (C)

122835

24231,2122,23549

364958

4

5

A. Menentukan Nilai Air KalorimeterMassa campuran: 269,2 gramMassa air dingin: 75,3 gramMassa air panas: 140,4 gramSuhu air dingin: 28 CSuhu air panas: 93 CSuhu setimbang: 66 CNa = = = = = = 24,46 kal/ C

B. Menentukan Konstanta Joule1. Variasi ArusI = 1 At = 3 menit = 180 sm = 15,6 gramV = 15,8 VoltTo = 28 CTt = 33 CH = (Na + m . c) T= (24,46 + 15,6 . 1 ) (33 28)= 40,06 . 5= 200.3 Kalori

W= v . i . t= 15,8 .1 . 180= 2844 Joule

J= = = 14,20 Joule/kal

H ideal = = = 669,17 Kalori

Efisiensi= = = 30 %

Tabel 4.4 Hasil pembahasanNoI (A)t(s)m(gr)V (volt)To(C)Tt(C)H(Kal)

11315,615,82833669,17

22315,615,828472549,64

= = = 0,24 J / kal

Tabel 4.5 RalatNoJ (Joule/kal)J (joule/kal)(J )^2 (j/k^2)

10,2400

20,2400

0,4800

RM = (J )^2=

RN = = = 0 %

2. Variasi waktut= 2 menitI = 2 AM = 122,2 gramV= 30,1 voltTo = 28 CTt= 35 CH= (Na + m . c)T= (24,46 + 122,2 . 1) (35 28) = 146,66 . 7= 1026,62 Kalori

W= v . i . t= 30,1 . 2 . 120= 7224 JouleJ= = = 7,03 joule/kal

H ideal = = = 255,08 Kalori

Efisiensi= = = 402,46 %

Tabel 4.6 Data Hasil PembahasanNoI (A)t (s)M (gr)V (volt)To (C)Tt (C)H (kal)

122122,230,128351026,6

224122,230,235493079,9

326122,230,149584399,8

= = == 0,1 J / kalTabel 4.7 Tabel Ralat

NoJ (joule/kal)J (joule/kal)(J )^2 (j/k^2)

10,120,020,0004

20,09-0,010,0001

30,08-0,020,0004

0,29-0,030,0009

RM= (J )^2= = = = 0,02RN= = = 2222,2 %

4.3 Tabel Hasil Perhitungan Tabel 4.8 Variasi arusNoI(A)t(s)M(gr)V(volt)To(C)Tt(C)H(kal)

11315,615,82833200,3

22315,615,83347761,14

Tabel 4.9 Variasi waktuNoI(A)t(s)M(gr)V(volt)To(C)Tt(C)H(kal)

122122,230,128351026,6

224122,230,235493079,9

326122,230,149584399,8

4.5 ANALISAPada percobaan kali ini praktikan telah melakukan praktikum mengenai konstanta joule. Percobaan kali ini dilakukan dengan dua variasi percobaan yaitu variasi waktu dan variasi arus.Pada percobaan pertama hanya menentukan nilai air kalorimeter. Sedangkan pada percobaan kedua, praktikan melakukan percobaan sekaligus menentukan nilai konstanta joule dengan variasi waktu dan variasi arus tadi.Untuk mendapatkan hasil konstanta joule yang bervariasi pratikan melakukannya dengan cara memberikan nilai yang berbeda pada variasi waktu dan variasi arus tadi.Pada variasi waktu diberikan perbedaan waktu sebagai berikut, yaitu pada saat percobaan pertama diberikan waktu selama 2 menit, pada percobaan kedua di berikan waktu selama 4 menit. Dan begitulah seterusnya hingga waktunya yang paling lama adalah 10 menit.Untuk percobaan yang dilakukan dengan cara variasi arus, variasinya diberikan sebagai berikut, yaitu pada percobaan pertama diberika kuat arus sebesar A, pada percobaan kedua diberikan arus sebesar 1 A dan pada percobaan ketiga dan keempat diberikan kuat arus secara berurutan yaitu 1,5 A dan 2 A.Dari metode di atas tentu hasil yang diperoleh tidak akan sama sesuai dengan metode masing-masing. Pada percobaan dengan menggunakan variasi waktu kami memperoleh konstanta joule dari percobaan pertama sampai ketiga yaitu 0,006 , 0,081 ,dan 0,108.Dengan percobaan pada metode kedua pun yaitu dengan variasi arus, praktikan memperoleh hasil konstanta joule berbeda pula, mulai dari percobaan pertama sampai percobaan terakhir kami memperoleh konstanta joule sebagai berikut : 0,001 . 0,002 . 0,002 . 0,005 . dan 0,002.

Dari data konstanta joule yang didapat tentu berbeda dengan literatur yang sebenarnya, hal ini dikarenakan mungkin ada data perhitungan praktikan yang salah dalam praktikum. Hal ini bisa saja terjadi pada praktikum karena sedikit banyaknya pasti ada salah dalam praktikum.Alat yang kita gunakan pada percobaan ini adalah kalorimeter,catu daya,thermometer,penggunan kalorimeter di gunakan sebagaio untuk mengukur nilai kalor air,catu daya di gunakan untuk sumber arus,sedangkan thermometer di gunaklan untuk mengukur perubahan suhu yanmg terjadi pada benda setelah percobaan berjalan sesuai dengan wakru yang telah kita tentukan.Alat yang digunakan cendrung mempertahankan beda potensial yang konstan antara terminalnya yang mengkonversi energi lain seperti energi listrik. Jika kapasitas panas adalah perbandingan antara banyaknya jumlah kalor yang ada pada suatu benda dengan perubahan beberapa kenaikan suhu yang di akibatklan, sedangkan panas jenis adalah jumlah panas yang di berikan pada suatau benda setiap mengalami kenaikan. Dan berdasarkan huku joule yang mendasari pratikum ini menyatakan kawat yang memiliki hambatan besar akan menghasilkan panas yang besar pula.Ada atau tidaknya pengaruh arus terhadap energi kalor yang dihasilkan yaitu semakin meningkat. Sedangkan arus yang ditimbulkan adalah tetap. Artinya arus tidak dipengaruhi oleh energi kalor yang dihasilkan oleh benda. Pada variasi arus (I), arus tak mempengaruhi hasil dari energi kalor (H) terhadap panas. Pada persamaan J terlihat bahwa untuk H, tidak adanya pengaruh arus, namun untuk mencari pengaruh w, barulah terlihat bahwa arus berpengaruh terhadap energi kalor.Pada variasi arus, energi panas semakin kecil tanpa adanya perubahan waktu (t) sedangkan pada variasi arus semakin meningkat. Efisiensi dapat dipengaruhi oleh energi kalor yang diterima benda sebanding dengan energi kalor ideal yang diberikan. Tampak jelas bahwa efisiensi dipengaruhi energi kalor yang diberikan beserta dengan energi panas, maka yang dapat energi kalor ideal, yaitu bernilai 4,2 j/kal.Dalam praktikum kali ini kita bisa melihat bahwa tara kalor listrik yang diberikan terhadap massa, panas yang diberikan terhadap massa dan panas yang dihasilkan. Dan telah mampu mempelajari kesetaraan antara energi kalor dengan energi listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas, begitu juga sebaliknya, energi panas dapat diubah menjadi energi listrik.

Tara Kalor Listrik22Teknik Mesin