PRAKTIKUM FISIKA DASAR II

B - 3

HUKUM JOULE

Tujuan

Menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, tara kalor listrik.

Teori Dasar

Arus listrik menimbulkan panas pada suatu kawat tahanan yang dialirinya, jika kawat tahanan ini dimasukkan dalam zat cair, maka akan terjadi perpindahan panas dari kawat ke zat cair yang keadaannya lebih dingin. Maka banyaknya panas yang ditimbulkan oleh aliran listrik sama dengan jumlah panas yang diisap oleh zat cair bersama tempatnya (kalorimeter). Panas yang ditimbulkan oleh arus listrik adalah:

Q = 0,24 I² . R . t ( 1 )

Dimana: Q = jumlah panas yang timbul (dalam kalori)

I = kuat arus dalam ampere

R = tahanan dalam ohm

T = waktu dalam detik

Sedangkan panas yang diterima kalorimeter beserta isinya adalah:

Q = H . ( T_a – T_m ) ( 2 )

Dimana: H = harga air calorimeter dengan isinya

T_a = temperature akhir calorimeter

T_m = temperature mula-mula calorimeter

Dari persamaan – persamaan (1) dan (2) maka didapat:

H . ( T_a – T_m ) = 0.24 I² . R . t ( 3 )

Dari persamaan (3) kecuali dapat dihitung jumlah kalor perampere persekon, dapat juga dihitung tahanan dari kawat pemanas yang digunakan.

Kesalahan utama dalam percobaan ini, terjadi dari pengukuran kuat arus I dan temperatur ( T_a – T_m ). Kesalahan dalam mengukur massa, tahanan dan waktu dapat diabaikan terhadap ksalahan-kesalahan diatas. Dapat ditambahkan bahwa pengukuran panas antar kalorimeter dengan sekelilingnya selama percobaan berlangsung dapat pula menyebabkan kesalahan-kesalahan. Bila temperatur calorimeter tidak begitu jauh bedanya dengan temperatur ruangan dinyatakan dalam rumus Newton sebagai berikut:

T = - k ( Tc – Tr ) t (4)

Dimana: T = kelebihan atau kekurangan temperatur akibat pengaruh ruangan ( ⁰C )

K = konstanta pertukaran kalor

Tc = temperature kalorimeter rata-rata ( ⁰C )

Tr = temperature ruangan rata-rata ( ⁰C )

T = selang waktu lamanya percobaan

Alat – Alat

Kalorimeter dengan pengaduknya
Kawat tahanan (kawat pemanas)
Stopwatch
Termometer
Amperemeter
Tahanan geser
Kawat penghubung
Gelas ukuran
Batu timbangan, neraca teknis
Penghubung arus
Sumber arus
Slide regulator

Catatan:- panas jenis Termometer = 0,46 Kal/cc ⁰C

- panas jenis Alumunium = 0,217 Kal/gram ⁰C

- panas jenis Kuningan = 0,094 Kal/gram ⁰C

Cara Kerja

Menentukan nilai air kalorimeter (H)

Menimbang kalorimeter kosong dengan neraca teknis
Mengisi kalorimeter dengan air kira-kira setengahnya
Menimbang kalorimeter berisi air
Menimbang pengaduknya
Mengukur volume bagian termometer yang terendam air didalam kalorimeter selama percobaan ini.

Percobaan pendahuluan; (menentukan harga k)

Mendinginkan kalorimeter beserta airnya kira-kira 3 ⁰C dibaah temperatur ruangan
Mengamati dan mencatat temperature kalorimeter dan air setiap setengah menit, untuk beberapa menit (pertukaran panas dengan udara skitarnya)
Mencatat keadaan ruang (p, t, c) sebelum dan sesudah tiap percobaan (kalorimeter tetap pada temptnya)

Percobaan sesungguhnya:

Mengatur tahanan muka Rm, sehingga didapatkan kuat arus yang pantas
Memasukkan kawat spiral kedalam kalorimeter, setelah rangkaian diperiksa oleh asisten
Mengaduk kalorimeter dan menunggu sebentar
Membaca dan mencatat temperatur kalorimeter dengan seksama sebelum ada arus listrik
Mengalirkan arus listrik dan mengaduk kalorimeter setiap saat
Membaca dan mencatat kuat arus serta temperatur kalorimeter setiap setengah menit
Mencatat temperatur ruang selama percobaan ini
Jangan lupa mengaduk kalorimeter perlahan-lahan dan teratur (periodik)
Menghentikan arus jika temperatur kalorimeter telah naik kira-kira 5 ⁰C

Percobaan akhir (menentukan harga k lagi)

mencatat temperatur kalorimeter setiap setengah menit selama beberapa menit (kalorimeter tetap didalam)
Jangan lupa mengaduk perlahan-lahan setiap saat
Pada akhir mencatat temperatur ruangan sekali lagi

Pengulangan dan peneraan:

Mengulangi percobaan 11 s/d 19 (22) dengan kuat arus yang berlainan
Memeriksa setiap kuat arus yang dipakai dengan alat presisi
Mengukur beda tegangan antra kedua ujung tahanan a dan b untuk setiap harga I
mengukur pula tegangan sumber arus.

Catatan: Nilai air termometer adalah 0,46 cal/cc ⁰C

Data Percobaan

Kondisi Ruangan	Awal Percobaan	Akhir Percobaan	Satuan
1. Temperatur	28,0 ± 0,50	27,0 ± 0,50	⁰C
2. Kelembaban	63,0 ± 0,50	66,0 ± 0,50	%
3. Tekanan Udara	74,8 ± 0,01	74,8 ± 0,01	CmHg

Benda	Massa
Kalorimeter kosong	564 ± 0,01 g
Kalorimeter berisi air	734 ± 0,01 g
Pengaduk	20 ± 0,01 g
Volume bagian termomter yang terendam air	2 ± 0,01 ml

Beda tegangan kedua ujung tahanan a dan b:

1 Ampere = 2 V , 3V

2 Ampere = 3,1 V, 3,2 V

3 Ampere = 413 V , 5 V

Tanpa Arus		Arus 0,5 A	Arus 1 A	Arus 1,5 A	Arus 2 A	Arus 2,5 A
t₀	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	29 ± 0,5	30 ± 0,5	31.8 ± 0,5
1	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	29 ± 0,5	30 ± 0,5	32.1 ± 0,5
2	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	29,5 ± 0,5	31 ± 0,5	32.1 ± 0,5
3	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	29,5 ± 0,5	31 ± 0,5	32.1 ± 0,5
4	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	29,5 ± 0,5	31.5 ± 0,5	33 ± 0,5
5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	28 ± 0,5	30 ± 0,5	31.8 ± 0,5	-

Pertanyaan dan Jawaban

Buatlah grafik antara temperatur terhadap waktu untuk tiap-tiap percobaan

Hitunglah perubahan temperatur Ta-Tm pada rumus (2) dari grafik diatas

Grafik 1 Grafik 2

Tm = (28 ± 0,5) ⁰C Tm = (28 Tm = (28 ± 0,5) ⁰C

Ta = (28 ± 0,5) ⁰C Ta = (28 ± 0,5) ⁰C

Ta – Tm = 28 – 28 = (0 ± 0,5) ⁰C Ta – Tm = 28 – 28 = (0 ± 0,5) ⁰C

Grafik 3 Grafik 4

Tm = (28 ± 0,5) ⁰C Tm = (29 ± 0,5) ⁰C

Ta = (28 ± 0,5) ⁰C Ta = (30 ± 0,5) ⁰C

Ta – Tm = 28 – 28 = (0 ± 0,5) ⁰C Ta – Tm = 30 – 28 = (2 ± 0,5) ⁰C

Grafik 5 Grafik 6

Tm = (30 ± 0,5) ⁰C Tm = (31.8 ± 0,5) ⁰C

Ta = (31,8 ± 0,5) ⁰C Ta = (33 ± 0,5) ⁰C

Ta – Tm = 30 – 31.8 = (1.8 ± 0,5) ⁰C Ta – Tm = 33 – 31.8 = (1.8 ± 0,5) ⁰C

Perlukah koreksi Newton diadakan?

Perlu diadakan karena dinding kalorimeter bukan dinding yang adiabans yaitu dinding yang sama sekali menghantarkan panas, sehingga panas dari dalam dapat keluar atau panas dari luar dapat masuk kedalam. Dan T yang didapatpun bukan yang sebenarnya, jadi sebenarnya harus dikoreksi kembali.

T = - k ( Tc – Tr ) t

Dimana: T = kelebihan atau kekurangan temperatur akibat pengaruh ruangan ( ⁰C )

K = konstanta pertukaran kalor

Tc = temperature kalorimeter rata-rata ( ⁰C )

Tr = temperature ruangan rata-rata ( ⁰C )

T = selang waktu lamanya percobaan

Hitunglah Q dengan memakai rumus (2)

Q = H . ( T_a – T_m )

Dimana: H = harga air calorimeter dengan isinya

= kalorimeter + air + pengaduk + termometer yang tercelup

T_a = temperature akhir calorimeter

T_m = temperature mula-mula calorimeter

- panas jenis Termometer = 0,46 Kal/cc ⁰C

- panas jenis Alumunium = 0,217 Kal/gram ⁰C

- panas jenis Kuningan = 0,094 Kal/gram ⁰C

H_tot= Hk + Ha + Hp + HT

Hk = mk . Ck = 564 . 0,21 = 71.628

Ha = ma . Ca = 1 . 0,1217 = 0,217

Hp = mp . Cp = 20 . 0,094 = 1.88

H_T = V_T . C_T = 2 x 0,46 = 0,92

H_total = 74,65 kal /⁰C

Q = Htot (Ta – Tm)

Q1 = 74,65 (28 – 28) = 0 Q4 = 74,65 (30 – 29) = 74.65 kalori

Q2 = 74,65 (28 – 28) = 0 Q5 = 74,65 (31.8 – 30) = 134.37 kalori

Q3 = 74,65 (28 – 28) = 0 Q6 = 74,65 (33 – 31.8) = 89.58kalori

6. Hitunglah q dengan rumus (1) (Q dalam Joule)

Q₁ = I² . R . t = (1)² . 2 . 300 = 600 Joule Q₄ = I² . R . t = (2)² . 1.6 . 300 = 1920 Joule

Q₂ = I² . R . t = (1)² . 3 . 300 = 900 Joule Q₅ = I² . R . t = (3)² . 1.43 . 300 = 3861 Joule

Q₃ = I² . R . t = (2)² . 1.55 . 300 = 1860 Joule Q₆ = I² . R . t = (3)² . 1.66 . 300 = 4482 Joule

7. Hitunglah Q dengan rumus (1) (Q dalam kalori)

Q₁= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 600 = 144 kal Q₄= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 1920 = 460.8 kal

Q₂= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 900 = 216kal Q₅= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 3861 = 926.64 kal

Q₃= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 1860 = 446.4 kal Q₆= 0,24 I² . R . t = 0,24 x 4482 = 1075.68 kal

9. Bandingkan Q hasil pertanyaan no.4 dengan pertanyaan no.7. berilah penjelasan.

Hasil no.4 Hasil no.7

Q1 = 0 Q₁ = 144 kal

Q2 = 0 Q₂ = 216kal

Q3 = 0 Q₃ = 446.4 kal

Q4 = (74.65 ± 373.25) kalori Q₄ = 460.8 kal

Q5 = (134.37 ± 671.85) kalori Q₅ = 926.64 kal

Q6 = (89.58 ± 447.9) kalori Q₆ = 1075.68 kal

Hasil perhitungan dari dua nomor tersebut perbedaannya sangat jauh karena terjadinya banyak faktor kesalahan dalam percobaan ini.

Diskusi

Dalam percoban ini kami sedikit sulit untuk merangkai alat yang disebabkan karena kurangmya keterampilan dalam merangkai alat-alat listrik maupun keterbatasan alat yang disediakan. Dan kebetulan pada saat kelompok kami yang menggunakan alat, ternyata sumber arus DC tidak berfungsi dengan baik atau tidak mau menyala sehingga percobaan ini sedikit terhambat. Oleh karena itu kami melakukan percobaan dengan cara memakai satu rangkaian dengan alat yang sama, sehingga hasilnya kurang efektif kerja masing-masing orang dalam satu kelompok ini.

Selain itu dalam percobaan ini kemungkinan besar saat melakukan pengocokan tidak konstan karena kami melakukannya bergantian sehingga kocokannya berbeda-beda dan akibatnya data hasil percobaan kurang maksimal.

Kesimpulan

Dari data percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa:

Pada penggunaan arus 0 ampere, suhu air tidak berubah karena aliran arus tidak ada.
pada penggunaan arus 0,5 ampere, suhu masih tidak berubah atau konstan karena aliran arus dalam air mengalir secara perlahan
Pada penggunaan arus 1 ampere, suhu air pada kalorimeter masih konstan
Pada penggunan arus 1,5 ampere, suhu air dalam kalorimeter naik satu derjat Celsius dan setelah tiga menit suhunya naik satu derajat lagi.
Pada penggunan arus 2 dan 2,5 ampere, suhu air dalam kaaorimeter semkin naik sampai pada akhirnya suhu naik 5 ⁰C dari suhu awal saat penggunaan arus 0 ampere.

Daftar Pustaka

- Pedoman Praktikum Fisika Dasar, Mekanika, Panas, Bunyi. Bandung; STT Tekstil. 2004.

- Padri, I Made; Fisika Dasar 1. FPMIPA IKIP Bandung, Bandung. 1992.

blog kimia tekstil

Selasa, 03 Juni 2014

praktikum fisdas B-3 Hk. Joule