BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kalor merupakan energi yang ditransfer dari suatu benda ke benda yang lain karena adanya perbedaan temperatur.Ketika dua buah benda yang mempunyai temperatur yang berbeda diletakan saling bersentuhan,kalor akan mengalir seketika dari yang panas ke yang dingin.Aliran kalor yang seketika itu selalu dalam arah yang cenderung menyamakan temperatur.Jika kedua benda tersebut disentuhkan cukup lama sehingga temperatur keduanya sama,keduanya dikatakan dalam keadaan ketimbangan termal,dan tidak ada lagi kalor yang mengalir di antarnya.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang memiliki satuan kalori.Sedangkan ernergi itu sendiri memiliki satuan joule,sehingga diperlukan faktor pembanding antara kedua satuan tersebut, yaitu tara panas listrik (a).Oleh karena itu dalam percobaan ini akan ditentukan nilai tara panas dengan menggunakan alat kalori meter dan rangkaian kumparan listrik yang memreprentasikan aliran energi dari kumparan ke kalorimeter,sehingga dengan data yang didapatkan akan dapat mentukan nilai tara panasnya.
1.2 Tujuan Percobaan
Tujuan pada percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Menentukan tara panas listrik dengan menggunakan sistem kerja kalorimeter
2. Mempelajari bagaimana sistem kerja kalori meter dalam memreprentasikan aliran kalor dari kumparan listrik.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Kuat arus listrik
Kuat arus listrik (I) adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir (Q) tiap satuan waktu dalam suatu penghantar.Secara matematis dapat dituliskan sebagai:
I = Satuan kuat arus listrik adlah coulumb / detik atua sama dengan ampere(A).
Beda potensial
Beda potensial (V) adalah besarnya energi (W) yang diperlukan untuk memindahkan muatan (Q) dari suatu titik yang potensialnya lebih tinggi ke beda potensial yang lebih rendah.Hubungan antara Q,W dan V secara matematis dapat dirumuskan sebagai:
V = ; satuan V adalah = volt
Hambatan (R)
Hambatan (R) merupakan faktor pembanding yang besarnya tetap untuk suatu penghantar tertentu dan pda suhu tertentu.Hambatan selsu dipasng pada lrangkaian listrik dengan besar yang tetap agar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut juga tetap besarnya,sehingga tegangan yang diberiakan pada ujung-ujung hambatan besarnya harus tetap juga.Bila tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan diperkecil,sedangkan hambatan yang dipasang besarnya tetap maka kuat arus yang mengalir jadi kecil,hanya setengahnya.Sedangkan bila tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan diperbesar ,dan hambatan yang terpasang besarnya tetap,maka kuat arus yang mengalir akan bertambah besar.Faktor-faaktor yang mempengaruhi besarnya hambatan suatu penghantar adalah segagai berikut :
1. Panjang kawat,yaitu semakin panjang kawat penghantar,semakin besar pula nilai hambatannya
2. Luas penampang kawat,yaitu semakin besar luas penampang suatu penghantar semakin kecil nilai hambatannya
3. Hambat jenis kawat,yaitu semakin besar hambat jenis suatu penghantar semakin besar pula nilai hambatannya.
Daya listrik
Daya listrik adalah besarnya energi listrik yang dapat diubah menjadi bentuk energi lain tiap satuan waktu.Hubungan antara daya listrik,energi listrik,dan waktu dapat dituliskan sebagai :
P = ;
P = daya listrik,satuannya joule/sekon = watt(W)
W = energi listrik,satuannya joule(j)
t = waktu,satuannya sekon (s)
rumus di atas dapat ditulis sebagai:
p = = V. I ; watt = volt . ampere (VA)
p = I2.R ; watt = ampere2 . ohm (
p = ; watt = volt2 / ohm (V2/ )
Kalor
Kalor merupakan energi yang ditransfer dari satu benda ke benda yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur.Dalam satuan SI,satuan untuk kalor,sebagaimana bentuk energi lain ,adalah joule.Para ilmuan dahulu mempunyai gagasan aneh mengenai sifat kalor.Mereka menganggap sebagai zat cair yang disebut kalorik.Semua zat dianggap mempunyai kalorik sampai jumlah tertentu sesuai dengan seberapa panasnya.Kalorik ini dipertahankan sehingga apabila suatu benda dipanaskan oleh benda lain berarti bahwa kalorik dipindahkan dari benda yang lebih panas.Seandainya ide ini dibenarkan oleh kenyataan bahwa kalau bahan bakar terbakar,bobotnya akan berkurang.Namun,ketika para ilmuwan berusaha menentukan perubahan bobot pada zat yang dibakar,mereka menemukan bahwa hasilnya membingungkan dan sering bertentangan.Hal inilah yang menyebabkan para ilmuwan tidak membuat teori kalorik.Mereka hanya memperbaiki teorinya sedikit dengan menyatakan bahwa kalorik adalah suatu zat cair yang tidak berbobot.Pada tahun 1800-an sejumlah ilmuawan mengemukakan bahwa kalor berhubungan dengan energi,terutama seorang ilmuawan seorang pembuat minuman dari Inggris,James Presscot Joule(1818-1819).
Kalor jenis
Banyaknya kalor (Q) yang diperlukan suatu untuk menaikan suhu benda sebanding dengan massa(m) dan perubahan suhu zat ( ),dirumuskan sebagai:
Q = m.c. ; satuanya joule atau kalori
c = kalor jenis (J.Kg-1.K-1)
Q = banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu satu kilogram suatu benda sebesar satu derajat celcius.
Selain joule,satuan kalor yang biasa digunakan adalah kalori,denga konversi :
1 joule =0.24 kalori atau 1 kalori =4.18 joule.
1 kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu satu gram air murni sebesar satu derajat celsius.
Hukum Ohm
Bunyi hukum Ohm adalah kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antar ujung-ujung penghantar tersebut aslalkan suhu penghantar tetap.Secara sistematis,kesebandingan kuat arus(I) dengan beda potensial (V) dapat dituliskan dalambentuk persaan: V = I R
R merupakan faktor pembanding yang besarnya tetap untuk suatu penghantar tertentu(pada suhu tertentu).Faktor pembanding tersebut dinamakan hambatan suatu penghantar.
R = ; satuan R adalah = ohm,dengan lambang .Jadi hambatan suatu penghantar adalah hasil bagi beda potensialantara ujung-ujung penghantar dengan kuat arus dalam penghantar itu.
Asas Black
Bunyi asas Black adalah banyaknya kalor yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu tinggi, banyaknya kalor yang diterima (diserap oleh benda yang bersuhu rendah.secara matematis,asas Black dirumuskan sebagai :
Qlepas = Qterim
Kalorimeter
Kalori meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor.Kalori meter terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui.Bejana ini biasanya ditempatkan dalam bejana lain yang lebih besar .Kedua bejana ini dipisahkan oleh sebuah penyekat,misalnya gabus atau wol.Kegunaan bejana luar adalah sebagai jaket pelindung agar pertukaran kalor dengan sekitar kalorimetewr dapat dikurangi.Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk.Pada waktu zat dicampurkan dalam kalori meter,air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh suhu yang merata sebagai akibat pencampuran dua zat yyang suhunya berbeda.Zat yang ditentukan kalor jenisnya dipanaskan sampai pada suhu tertentu.Kemudian zat tersebut segera dimasukan ke dalam kalori meter yang berisi air,yang suhu dan massanya telah diketahui.Kalori meter diaduk sampai suhunya tidak berubah lagi.Dalam penggunaan kalorimeter adabeberapa hal yang harus diperhitungkan.Satu diantaranya adalah kalor yang diambil oleh tempat air dan termometer.Kalor ini harus diperhitungkan sebab air harus diwadahi dan suhu harus diukur dengan mencelupkan termometer ke air tersebut.Hal lain ialah hilangnya sejumlah kalor ketika logam alumunium dipindahkan dari tempat pemanas ke air.Pada perjalanan dari tempat pemanas ke air tentu ada kalor yang hilang karena persentuhan dengan udara dan yang dipancarankan.Akan tetapi kehilangan kalor yang yterakhir ini sukar diperhitungkan.Kehilangan kalor karena diambil oleh wadah dapat diperhitungkan,sedangkan kalor yang diambil oleh termometer sukar diperhitungkan.Akan tetapi karena ukuran termometer biasanya kecil,kalor yang diambil selalu diabaikan.
BAB III
METODE PRAKTIKUM
3.1 Alat dan bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan kalori meter ini adalahsebagaiberikut :
1. Sebuah kalorimeter yang dilengkapi dengan sebuah kumparan pemanas dan batang pengaduk
2. Termometer
3. Sebuah volt meter
4. Ampere meter
5. Gelas ukur
6. Stopwatch
7. Lima kabel penghubung
3.2 Prosedur praktikum
Prosedur percobaan pada praktikum kalorimeter ini adalah sebagai berikut :
1. Dengan menggunakan gelas ukur yang tersedia,isilah kalori meter dengan air suling sebanyak 50 ml.Hitunglah massa air suling tersebut.
2. Susunlah alat-alat percobaan,sebelum tegangan diaktifkan.
3. Hubungkan arus dengan waktu yang singkat dan atur arusnya sebesar 0.3 A,kemudian sumber tegangan DC dimatikan lagi.
4. Aduk air dan catat suhu sebagai suhu awal T1.
5. Alirkan kembali arus listrik (sumber tegangan DC diaktifkan ).Catat tegangan yang diuikur pada volt meter.
6. Catat suhu pada saat 3 menit,9 menit,12 menit,dan 15 menit,isikan sebagai suhu akhir T2.Setelah 15 menit matikan sumber tegangan DC.
7. Gantilah air dalam kalori meter dan ulangi percobaan di atas dengan besar kuat arus yang mengalir 0.5 A.
8. Isikan data hasil percobaan dalam bentuk tabel.
9. Hitung tara panas listrik untuk masing-masing percobaan dan hitung rata-ratanya.
10. Hitung hambatan dan daya listrik kumparan
11. Hitunglah ketelitian percobaan dengan literatur ( 1 kalori = 4.2 joule)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Percobaan
Massa air siuling = 50 gram = 0.05 kg
Tabel hasil percobaan
| I (A) | V(V) | T (s) | T1 (oC) | T2(oC) | | a | arata-rata |
| 0.3 | 5.5 | 180 | 28 | 29 | 1 | 7.10-4 | 7.10-4 |
| 360 | 30 | 2 | 7.10-4 | ||||
| 540 | 31 | 3 | 7.10-4 | ||||
| 720 | 32 | 4 | 7.10-4 | ||||
| 900 | 33 | 5 | 7.10-4 | ||||
| 0.5 | 5.5 | 180 | 26 | 30 | 4 | 2.8 10-3 | 2.968.10-3 |
| 360 | 34 | 8 | 2.8 . 10-3 | ||||
| 540 | 39 | 13 | 3.57.10-3 | ||||
| 720 | 43 | 17 | 2.99 .10-3 | ||||
| 900 | 45 | 19 | 2.68 . 10-3 |
Note : = T2 –T1
Data perhitungan:
Menghitung tara panas listrik percobaan pertama:
a = → a =
Tara panas listrik 1(a1) : Tara panas listrik 1(a2) : Tara panas listrik 1(a3) :
a = a = a =
a = a = a =
a = (0.127) x 0.0055 a = (0.127) x0.0055 a = (0.127) x 0.0055
a =7,055 . 10 -4 a = 7,055 . 10 -4 a = 7,055 . 10 -4
Tara panas listrik 1(a4) : Tara panas listrik 1(a5) :
a = a =
a = a =
a = (0.127) x 0.0055 a = (0.127) x0.0055
a = 7,055 . 10 -4 a = 7,055 . 10 -4
Menghitung tara panas percobaan kedua:
a = → a =
Tara panas listrik 1(a1) : Tara panas listrik 1(a2) : Tara panas listrik 1(a3) :
a = a = a =
a = a = a =
a = (0.127) x 0.022 a = (0.127) x 0.022 a = (0.127) x 0.0240
a =2.822 . 10 -3 a = 2.822 . 10 -3 a = 3.057. 10 -3
Tara panas listrik 1(a4) : Tara panas listrik 1(a5) :
a = a =
a = a =
a = (0.127) x 0.0236 a = (0.127) x 0.021
a =2.998 . 10 -3 a = 2.667 . 10 -3
Menghitung ketelitian relatif pada percobaan pertama:
Ketelitian relatif = x 100 %
= x 100 %
= 99,70 %
Menghitung ketelitian relatif pada percobaan kedua:
Ketelitian relatif = x 100 %
= x 100 %
= 87.52 %
Kesalahan relatif percobaan pertama:
Kesalahan relatif = 100% - ketelitian relatif
= 100% - 99.70 %
= 0.3 %
Kesalahan relatif pada percobaan kedua:
Kesalahan relatif = 100% - 87.52 %
= 12.48 %
Menghitung hambatan
Percobaan pertama: Percobaan kedua:
R = = = 18.33 ohm R = = = 11 ohm
Menghitung daya :
Percobaan pertama: percobaan kedua :
p = V .I = 5.5 x 0.3 =1.65 watt p = V . I = 5.5 x 0.5 = 2.75 watt
4.2 Pembahasan
Kalor merupakan energi yang ditransfer dari suatu benda ke benda yang lainya karena adanya perbedaan temperatur.Pada percobaan kalorimeter ini terjadi transfer energi dari rangkaian kumparan listrik ke kalori meter berupa energi panas.kalori meter merupakan dasar teknik untuk melakukan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor.Hal yang terpenting bahwa kalori meter diisolasi danga baik sehingga hanya sejumlah minimum pertukaran kalor dengan luarnya.Ketika bagian bagian yang berbeda dari sistem yang teriisolasi pada temperatur yang berbeda,kalor akan mengalir dari bagian temperatur yang lebih tinggi ke bagian yang lebih rendah.Jika sistem terisolasi seluruhnya,tidak ada energi yang bisa mengalir ke dalam atau ke luar.Pada percobaan ini dilakukan dua percobaan yang mempunyai kondisi yang berbeda, yaitu kuat arus yang dialirkan pada percobaan pertama lebih kecil dari pada percobaan kedua.Hal ini akan berpengaruh terhadap besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan (Q) dari suatu titik yang potensialnya lebih tinggi ke titik lain yang potensialnya lebiih rendah.
Pada percobaan pertama dengan kuat arus 0.3 ampere dan beda potensial nya 5.5 volt,pada saat arus listrik atau sumber tegangan DC diaktifkan dengan waktu yang singkat dan setelah air diaduk didapatkan suhu sebagai suhu awal (T1) sebesar 28 oC.Kemudian arus klistrik disambungkan kembali dan setelah tiga menit atau 180 sekon,suhu air naik satu derajat menjadi 29 oC.Selanjutnya pada 3 menit kedua,ketiga,keempat,dan kelima suhu naik secar periodik sebesar 1 oC setiap penambahan waktu tiga menit, yiut secara berturut turut suhu naik menjadi 30 oC,31 oC ,32 oC ,dan 33 oC.Pada percobaan pertama ini suhu naik satu derajat sesuai dengan penambahan waktu selama tiga menit.Sehingga dalam satu menit suhu bertambah sekitar 0.33 oC.
Sedangkan pada percobaan kedua yang kuat arusnya dinaikan 0.2 ampere menjadi 0.5 ampere dengan beda potensial yang tetap, yitu 5.5 volt didapatkan data kenaikan suhu air yang tidak periodik saat dilakukan penambahan waktu tiga menit atau 180 sekon.Pada mulanya seperti percobaan pertama,dengan kuat arus sebesar 0.5 ampere aliran listrik diaktifkan dan volt meter menunjukan beda potensial yang sama dengan beda potensial pada percobaan pertama,yaitu sebesar 5.5 volt.Berarti pada percobaan ini hambatan penghantarnya diperkecil sehingga besar beda potensialnya tetap.Pada awalnya, setelah tegangan DC diaktifkan dengan waktu yang singkat lalu seprti psada percobaan pertama air diaduk kemudian didapatkan suhu air sebagai suhu awal, yaitu sebesar 26 oC.Kemudian percobaan dilanjutkan selama 15 menit dan setiap tiga menit terjadi perubahan atau kenaikan suhu air yang tidak bersifat periodik seperti percobaan pertama, yaitu pada waktu 3 menit pertama suhu naik 4 oC menjadi 30 oC.Pada tiga menit kedua,yaitu percoban sudah berjalan enam menit, terjadi perubahan suhu air dari suhu awal yang besarnya dua kali lebih besar dari percobaan pertama, yaitu sebesar 8 oC menjadi 34 oC atau naik 4 oC dari tiga pertama.Selanjutnya pada tiga menit ketiga ataau percobaan telah berjalan sembilan menit suhu air kembali mengalami kenaikan sebesar 13 oC dari suhu awal atau lebih besar 5 oC kenaikannya dari percobaan pada waktu tiga menit yang kedua.Untuk tiga menit selanjutnya, yaitu tiga menit yang keempat, suhu air mengalami kenaikan sebesar 17 oC dari suhu awal atau sebesar 4 oC dari percobaan pada tiga menit yang ketiga.Sedangkan pada waktu tiga menit yang kelima perubahan suhu mencapai 19 oC,tetapi hanya mengalami kenaikan suhu sebesar 2 oC dari percobaan pada tiga menit yang keempat.Hal ini menunjukan bahwa sistem, yaituantara kalorimeter dengan rangkaian kumparan listrik akan mengalami suhu termal, yaitu adanya kesamaan antara kedua suhu sehingga tidak terjadi lagi trasfer energi antara keduanya.Jika diteliti lebih jauh rata-rata kenaikan suhu dari selang waktu tiga menit adalah sebesar 3.8 oC.Artinya selam selang waktu satumenit terjadi perubahan suhu sebesar 1.267 oC.Hal ini menunjukan besar energi yang ditranfer dari rangkaian kumparan listrik ke kalorimeter.
Jika dibandingkan antara percobaan pertama dengan percobaan yang kedua dengan faktor yang membedakannya adalah besar kuat arus yang dialirkan pada kedua percobaan maka akan didapatkan hubungan kuat arus sebagai faktor pembanding dan kecepatan transfer energi dari masing masing percobaan.Berdasarkan hasil percobaan diketahui bahwa pada percobaan kedua transfer energinya lebih cepat,dilihat dari besarnya kenaikan pada suhu air.Hal itu mununjukan bahwa energi berupa kalor yang berpindah dari kumparan listrik ke kalorimeter lebih banyak yang ditunjukan dari besarnya kenaikan suhu pada selang waktu yang sama.Sedangkan pada percobaan pertama dengan besar kuat arus yang dialirkan lebih kecil dari percobaan kedua, perpindahan panas atau kalor cenderung lambat dan kenaikannya pun lebih kecil dari kenaikan suhu pada percobaan pertama serta sifat kenaikannya pun cenderung bersifat stagnan atau kecepatan kenaikannya konstan.Oleh karena itu,apabila percobaan pertama dan kedua ditambah selang waktunya maka percobaan kedua akan mengalami suhu termal yang lebih cepat dibandingkan dengan percoban pertama.
Berdasarkan data hasil percobaan, perpindahan energi dari rangkaian kumparan listrik ke kalorimeter lebih cepat pada percobaan yang kuat arusnya lebih besar.Hal itu karena kuat arus yang besar maka hambatan penghantarnya pun akan lebih kecil dan beda potensialnya akan lebih besar,sehingga energi untuk memindahkan muatan listrik pun akan lebih besar pula dan akibatnya perpindahan kalor akan lebih cepat.Jiak dilihat dari besarnya daya listrik yang terdapat pada sistem percobaan kesatu dan kedua,sesuai dengan besarnya kuat arus masing-masing maka daya listrik yang terdapat pada sistem percobaan yang kedua lebih besar 1.1 watt.Hal itu dikarenakan besarnya daya listrik bergantung pada besarnya beda potensialnya sedangkan beda potensial besarnya sebanding dengan kuat arus,sehinnga sistem yang mempunyai kuat arus yang lebih besar akan menghasilkan daya yang lebih besar pula.Sebaliknya sistem percobaan pertama yang hanya dialiri dengan kuat arus yang lebih kecil 0.2 ampere akan menghasilkan daya yang lebih kecil pula.sedangkan jika dilihat dari data perhitungan tara panas listrik pada percobaan pertama lebih kecil juga dari percobaan kedua.Padahal menurut perhitungan besarnya kuat arus berbanding terbalik dengan tara panas listrik tetapi karena besar pebandingan ∆T lebih besar daripada kuat arus sehingga besarnya kuat arus tidak terlalu berpengaruh langsung terhadap besarnya tara panas listrik.Dibandingkan percobaan kedua,pada percobaan pertama ketelitian relatifnya lebih besar 10.18 % , yaitu mencapai 99.70 % sedangkan pada percobaan kedua mencapai 87.52 %.Sehingga kesalahan relatif pada percobaan kedua lebih besar yang mencapai 12.48 %dibandingkan pada percobaan pertama yang kesalahan relatifnya mencapai 0.3 %.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan data hasil percobaan dengan meperhatikan faktor pembeda dan faktor pembanding pada percobaan ini dalam menentukan tara panas listrik dan mengungkap bagaimana cara kerja kalor jenis maka dapat disimpulkan sebagai berkut:
Kalorimeter dapat menghitung perpindahan energi secara kuantitatif dengan menunjukan adanya perubahan suhu pada air yang terdapat di dalam kalorimeter. Kalorimeter diisolasi dengan baik sehinga hanya pada jumlah yang sangat minimum terjadi pertukaran kalor dengan sistem di luarnya. Prinsip kerja kalorimeter dalam menghitung tara panas listrik memperhatikan perubahan suhu yang terjadi pada air yang merupakan perpindahan dari rangkaian kumparan listrik Secara tidak langsung terdapat hubungan antara tara panas listrik dengan besar kuat arus yang dialirkan,yaitu Tara panas listrik yang sisitemnya dialiri kuat arus yang lebih besar maka akan lebih besar pula. Besarnya tara panas listrik sebanding dengan perubahan suhu pada sistem 5.2 Saran
Disadari atau tidak pada laporan percobaan kalorimeter ini tentunya terdapat berbagai kesalahan baik dalam bentuk gaya bahasa penulisan atau isi dari laporannya.Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk perbaikan pada pembuatan percobaan yang selanjutnya.Saran dari penulis bagi pembaca yang akan melakukan percobaan kalori meter ini adanya hal yang harus diperhatikan yaitu sebagai berikut:
Memperhitungkan kalor yang diserap oleh tempat air dan termometer Memperhitungkan kalor yang hilang pada saat logam alumunium dipindahkan dari tempat pemanas ke dalam air karena persentuhan dengan udaradan adanya kalor yang dipancarkan.DAFTAR PUSTAKA
Giancoli.2001.Fisika Jilid I Edisi 5.Jakarta:Erlangga
Sulistyo dan setyono.2005.Intisari Fisika SMA.Jakrta:Pustaka Setia.
Sulistyo dan setyono.1999.Intisari FisikaSMP.Jakrta:Pustaka Setia.
Supiyanto.2004.Fisika SMA.Jakarta:Erlangga
