Laporan Kesetaraan Kalor Listrik

LAPORAN RESMI FISIKA DASAR II

PENGANTAR LISTRIK, MAGNET DAN OPTIK

PERCOBAAN-06

KESETARAAN KALOR LISTRIK

KELOMPOK 7B

                                        NAMA             : FATIMAH ZAHRO AZIZAH

                                        NIM                  : 11302241008

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

2012

PERCOBAAN FISIKA DASAR II-06

KESETARAAN KALOR LISTRIK

I.             TUJUAN

1.      Menentukan besarnya energi listrik yang dilepas dalam kalorimeter

2.      Menentukan besarnya energi panas/kalor yang diterima kalorimeter

3.      Menentukan nilai kesetaraan kalor-listrik

II.          ALAT DAN BAHAN

1.      Kalorimeter listrik

2.      Power supply (catu daya DC)

3.      Stopwatch

4.      Termometer

III.       DASAR TEORI

Kalor biasa disebut termal, bahang atau panas. Kalor bukanlah zat oleh sebab itu tidak dapat ditimbang massa kalornya. Jika kalor bukan zat, seharusnya kalor tidak dapat mengalir. Bila 2 posisi berbeda pada sebuah benda yang terdapat beda suhu maka terjadilah perpindahan (aliran) kalor dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Jadi meskipun kalor bukan zat tetapi pada beragam persoalan lebih mudah diterangkan bila kalor dianggap sebagai zat. Kalor mengalir bukan dari tempat yang menyimpan kalor banyak ke tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Suatu benda bersuhu semakin tinggi maka akan memiliki kandungan kalor yang semakin besar. Suhu benda lebih tinggi berarti tenaga gerak atom atau molekul dari benda itu lebih besar. Tenaga gerak itu dapat terdiri tenaga gerak: translasi, rotasi atau vibrasi (getaran). Hal ini berarti bila suhu rendah maka tenaga gerak atom atau molakul penyusunnya juga rendah, begitu pula sebaliknya (Jati, 2007: 275-276).

            Kalor jenis secara fisis berarti jumlah energi yang dibutuhkan tiap suatu satuan massa zat agar temperaturnya berubah. Dengan kata lain jumlah kalor Q yang dibutuhkan satu benda dengan benda lain berbeda satu sama lain. 

Data Kalor Jenis Beberapa Zat

Nama Zat	C (Kal/gr oC)	KJ/Kg K
Air	1,000	4,180
Perak	0,056	0,232
Alkohol	0,550	2,299
Alumunium	0,217	0,907
Besi	0,113	0,472
Seng	0,0925	0,387
Tembaga	0,093	0,386

            Karena perubahan C sangat kecil, maka seringkali dianggap konstan dan kalor dirumuskan:

Tabel di atas diperoleh pada kondisi tekanan tetap 1 atm dan temperatur ruang, maka seringkali C ditulis lebih lengkap sebagai Cp, yaitu kalor jenis zat pada tekanantetap. Ada juga yang disebut kalor jenis zat pada volume tetap Cu. Nilai DT disini merupakan selisih positif dari perubahan temperatur dalam celcius, namun nilainya setara dengan selisih temperatur dala kelvin.

Kalor jenis dikenal juga kapasitas kalor. Pada prinsipnya tidak ada perbedaan makna fisis yang signifikan pada kedua besaran ini (c dan C). C(kapasitas kalor) digunakan untuk keperluan praktis mengingat pada umumnya digunakan massa zat tidak persis 1 gram sehingga perlu definisi lain yang melibatkan langsung faktor massa yang terlibat, sehingga:

C=m.c

Sehingga C berarti mewakili seluruh massa zat yang terlibat pada pertukaran kalor (Ishaq, 2007: 238-240).

Kalorimeter sesungguhnya ”hanyalah” sebuah wadah di mana pencampuran dua zat atau lebih dapat berlangsung pada keadaan yang mendekati keadaan ideal, yaitu keadaan yang tidak memungkinkan zat lain (atau lingkungannya) berinteraksi ke dalam sistem pencampuran tersebut, sehingga menjamin pertukaran kalor mendekati sempurna, dimana kalor yang dilepas seluruhnya (atau mendekati 100%) bisa diserap oelh benda yang temperaturnya lebih rendah. Hal ini agar Azas Black dapat digunakan dalam perhitungannya nanti.

Agar menjamin kondisi ideal, dimana lingkungan (udara) tidak berinteraksi ke dalam sistem diperlukan suatu isolator temperatur supaya kalor sistem tidak keluar, demikian juga kalor yang mungkin ada di luar sistem tidak masuk ke dalam. Selain itu temperatur yang ada di dalam sistem harus bisa teramati dengan baik.

Isolator berbentuk silinder yang biasanya terbuat dari logam berfungsi supaya udara luar tidak mempengaruhi campuran zat (sistem) dalam ruang pencampuran, sehingga kalor di dalam sistem dapat dianggap konstan. Begitu pula fungsi dari gabus isolator dan penutup plastik. Dengan cara seperti ini dapat diharapkan untuk waktu yang relatif singkat tidak ada kalor yang masuk atau kaluar sistem (wadah/ruang pencampuran). termometer pada kalorimeter digunakan untuk mengamati perubahan temperatur selama proses serah terima kalor antar zat berlangsung dalam ruang/wadah pencampuran. Pengaduk berfungsi untuk meratakan temperatur sistem. Dengan memanfaatkan Azas Black kalor jenis kalorimeter dapat dihitung (Ishaq, 2007: 244).

Energi ada bermacam-macam menurut bentuknya, yaitu energi mekanik, eneri kalor, energi listrik, energi kimia, energi nuklir dan sebagainya. Energi dapat berubah atau diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.

Energi listrik dinyatakan dengan ’joule’ maka pengukuran tersebut dapat dikatakan sebagai pengukuran angka kesetaraan kalor mekanik. Angka kesetaraan kalor mekanik adalah bilangan yang menyatakan besarnya energi mekanik yang setara dengan satu satuan energi kalor.

Tara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang diberikan terhadap panas yang di hasilkan

J = W/H [Joule/kalori]

teori yang melandasi tentang tara kalor listrik: hukum joule dan azas black. 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. Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil energi mekanik benda jatuh untukmengaduk 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:

W = V.i.t [joule]

dimana :

V = beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan [volt]

i = kuat arus listrik [ampere]

t = lamanya mengalirkan arus listrik [detik]

(http://ayosinauonline.blogspot.com/2010/08/kesetaraan-kalor-listrik.html)

Energi lisrik tersebut berubah menjadi kalor, dan diterima oleh kalorimeter yang berisi air dengan massa m sehingga mengakibatkan kenaikan suhu t_m menjadi t_a.

Besar kalor tersebut:

Q= (m+H) (t_a-t_m) (kalori)

H+harga air kalorimeter

Besar angka kesetaraan kalor mekanik:

(Suharyanto, 1982: 83-84). (http://letshare17.blogspot.com/2011/10/tara-kalor-listrik.html)

IV.              TABEL DATA PERCOBAAN

No	mk	ma	V	I	t	T0	Tc
		(gram)	(volt)	(A)	(menit)	(0C)	(0C)
1	105.4	179.65	4	2,4	3	28	29
					6		31
					9		34
2	105.4	184.75	6	3.7	3		33
					6		37
					9		41

V.                ANALISIS DATA

1.      Menentukan Energi Listrik

∆V= ½ nst = ½ 0,5 = 0,25 Volt

∆I= ½ nst = ½ 0,5 = 0,05 A

∆t= ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 sekon

·         Pada V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 3 menit = 180 sekon

·         Pada V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 6 menit = 360 sekon

·         Pada V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 9 menit = 540 sekon

·         Pada V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 3 menit = 180 sekon

·         Pada V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 6 menit = 360 sekon

·         Pada V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 9 menit = 540 sekon

2.      Menentukan Energi Kalor

∆m_a = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram

∆m_k = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram

∆T₁ = ½ nst = ½ 1 = 0,5⁰ C

∆T₂ = ½ nst = ½ 1 = 0,5⁰ C

c_k = 0,21 kal/gram⁰C; c_a = 1 kal/gram⁰C

·         Pada m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 29⁰C

Ralat

·         Pada m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 31⁰C

Ralat

·               Pada m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 34⁰C

         Ralat

·         Pada m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 33⁰C

         Ralat

·         Pada m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 37⁰C

         Ralat  

·         Pada m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 41⁰C

         Ralat  

3.      Menentukan Kesetaraan Kalor-Listrik

Menetukan ralat kesetaraan kalor listrik

∆V= ½ nst = ½ 0,5 = 0,25 Volt

∆I= ½ nst = ½ 0,1 = 0,05 A

∆t= ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 sekon

∆m_a = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram

∆m_k = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram

∆T₁ = ½ nst = ½ 1 = 0,5⁰ C

∆T₂ = ½ nst = ½ 1 = 0,5⁰ C

c_k = 0,21 kal/gram⁰C; c_a = 1 kal/gram⁰C

1.      V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 3 menit = 180 sekon; m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 29⁰C

Ralat

2.      V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 6 menit = 360 sekon; m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 31⁰C

 Ralat

3.      V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 9 menit = 540 sekon; m_a = 179,65 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 34⁰C

         Ralat

4.      V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 3 menit = 180 sekon; m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 33⁰C

         # Ralat

5.      V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 6 menit = 360 sekon; m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 37⁰C

         # Ralat

6.      V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 9 menit = 540 sekon; m_a = 184,75 gram; m_k = 105,4 gram; T₁ = 28⁰C; T₂ = 41⁰C

         # Ralat

                                                                                                                                                                          

4.      Kesetaraan Kalor Listrik pada V= 4 Volt; I = 2,4 A

t (menit)		∆γ
3	9	6
6	6	1
9	4,3	0,6

Setelah dilakukan uji distripansi, data yang dapat dirata-rata berbobot adalah data 1 & 2 dan data 1 & 3

Data 1 & 2

t (menit)		∆γ	Wi	Wiγi
3	9	6	0,02777778	0,25
6	6	1	1	6
∑			1,027777778	6,25

Data 1 & 3

t (menit)		∆γ	Wi	Wiγi
3	9	6	0,027777778	0,25
9	4,3	0,6	2,777777778	11,94444
∑			2,805555556	12,19444

5.      Kesetaraan Kalor Listrik pada V= 6 Volt; I = 3,7A

t (menit)		∆γ
3	3,9	0,6
6	4,3	0,4
9	4,5	0,3

Setelah dilakukan  uji distripansi, data yang cocok untuk dirata-rata berbobot hanya data 1 dan 2, sedangkan data 3 tidak cocok dengan data 1 maupun 2, maka data 3 kita hilangkan saja.

Data 1 dan 2

t (menit)		∆γ	Wi	Wiγi
3	3.9	0.6	2.77777778	10.8333
6	4.3	0.4	6.25	26.875
			9.027777778	37.70833

VI.             PEMBAHASAN

Percobaan Fisika Dasar-06 mengenai kesetaraan kalor listrik ini bertujuan untuk menentukan besar energi listrik yang dilepas kalorimeter, menentukan besar energi panas/ kalor yang diterima kalorimeter, dan yang terakhir adalah menentukan kesetaraan kalor listrik.

Prinsip percobaan ini adalah dengan menghubungkan sebuah kalorimeter yang berisikan air dengan massa tertentu kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan. Adanya sumber tegangan akan menimbulkan arus listrik. Kalorimeter merupakan alat yang dirancang secara khusus untuk mengukur kalor, sekaligus untuk menghambat kalor yang keluar dari alat ini. Apabila arus listrik dialirkan dalam kalorimeter yang berisi air, maka arus listrik akan berubah menjadi energi panas/ kalor. Prinsip inilah yang digunakan untuk menentukan kesetaraan kalor listrik.

            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:

W = V.i.t [joule]

                       

                        Jumlah energi kalor sebagai hasil perubahan energi listrik menjadi panas yang diperlukan dapat diketahui dengan timbulnya perubahan suhu mula-mula ke suhu akhir atau campuran dalam sistem kalorimeter. Energi kalor ini dapat ditentukan berdasarkan persamaan :

                        Pada percobaan ini, energy listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dan calorimeter. Berdasarkan azas Black bahwa panas/ kalor yang dilepas sama dengan panas/ kalor yang diterima, maka energy listrik yang dilepas akan diterima oleh air dalam calorimeter dan calorimeter (termasuk pengaduk) itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas air dan calorimeter. Kesetaraan kalor sendiri adalah perbandingan antara energi listrik dengan energi kalor. Sehingga dapat dicari dengan persamaan :

Percobaan kali ini kami melakukan 2 kali percobaan dengan variasi tengangan yang secara otomatis mempengaruhi besar arus yang berbeda. Pada setiap percobaan kami mengambil 3 data dalam selang waktu 3 menit pada setiap perubahan waktunya, yaitu menit ke-3, 6, dan  9 atau detik ke-180, 360, dan 540. Berdasarkan analisis data didapatkan hasil besar enerdi listrik, energi kalor, serta kesetaraan kalor listik sebagai berikut :

1.      Energi Listrik

Saat  V = 4 volt

Menit ke-	Energi Lisrik  Joule
3
6
9

Saat V= 6 Volt

Menit ke-	Energi Lisrik  Joule
3
6
9

2.      Energi kalor

Untuk Ma = 179,65 gram

Menit ke-	Energi kalor  kalori
3
6
9

Untuk Ma = 184,75 gram

Menit ke-	Energi kalor  kalori
3
6
9

3.      Kesetaraan Kalor hasil rata-rata berbobot

Pada percobaan pertama V= 4 Volt didapatkan :

    , dan

Pada percobaan kedua V=6 Volt didapatkan :

               Pada hasil analisa kesetaraan kalor saat V = 4 Volt kami memperoleh 2 data kesetraan kalor karena dari ketiga data yang didapat, setelah dilakukan uji distripansi sebagai syarat rata-rata berbobot, data yang sesuai adalah data nomor  1 & 2 serta data 1 & 3. Sedangkan pada V= 6 Volt kami memutuskan untuk membuang data ketiga dari ketiga data yang ada, karena tidak memenuhi uji distripansi dan hasilnya agak jauh dengan teori.                      

Berdasarkan teori yang, besarnya kesetaraan kalor adalah 4,18 atau mendekati sekitar  4,2. Jika kita bandingkan dengan data yang kami peroleh jangkauan hasil yang dapat masuk hanyalah sedangkan dua data lain yaitu  tidak dapat menyentuh hasil teori yaitu 4,2. Data terbaik (4,2) yang masuk dalam jangkauan 4,2 memiliki persen kesalahan sekitar 1% dari dasar teori. Sedangkan nilai terbaik kedua data lain (6 dan 3,7) yang tidak masuk dalam jangkauan  memiliki persen kesalahan masing-masing adalah 43% dan 12% dari dasar teori.

Terdapat beberapa faktor yang mengakibatkan perbedaan hasil perhitungan dari data percobaan dengan teori yang ada. Faktor-fakor tersebut adalah sebagai berikut :

1.      Kondisi alat

Kalorimeter yang digunakan saat percobaan tidak menjamin terisolasinya energi kalor didalamnya secara baik karena masih tergolong konvensional dan sudah berulang kali dipakai sehingga mengalami reduksi kemampuan dibanding saat dalam kondisi baru. Ada kemungkinan sejumlah tertentu energi kalor keluar darinya.

Alat selanjutnya adalah neraca untuk mengukur kalorimeter dan air. Dalam praktik, kami menemukan sedikit masalah pada kalibrasi alat yang sudah buruk serta kondisi skala putar untuk menentukan skala terkecil sudah tidak berjalan dengan baik saat dipakai. Ini menyebabkan kesalahan perhitungan massa yang akan  menyumbang kesalahan dalam perhitungan energi kalor dan kesetaraan kalor.

Selanjutnya termometer yang digunakan alangkah lebih baiknya apabila memiliki skala yang lebih kecil lagi dari 1 derajat celcius. Karena perubahan suhu yang sangat kecil besar pengaruhnya terhadap kesetaraan kalor listrik.

2.      Pengamat

Pengamat mungkin mengalami kesalahan dalam membaca skala alat ukur yang sering disebut sebagai kesalahan paralaks, yaitu posisi pengamat saat melihat skala hasil ukur tidak tegak lurus. Sehingga presepsinya mengatakan bahwa itu sudah tepat namun realitanya belum.

Praktikan dalam hal ini juga tidak konstan dalam mengaduk air dalam kalorimeter selama waktu percobaan berlangsung yang mengakibatkan panas tidak terdistribusi menyeluruh dalam kalorimeter.

Keseluruhan dari percobaan kami, kami berusaha memberikan saran untuk praktikum ini selanjutnya agar dapat memperoleh hasil yang lebih baik dan akurat lagi yaitu untuk menggunakan alat-alat yang masih dalam kondisi baik dan tidak harus baru, serta dari sisi pengamat untuk bisa lebih cermat dan fokus serta berusaha mengurangi sumber-sumber ralat seperti yang telah diungkapkan diatas.

Akhir praktikum Fisika Dasar II, kami mengucapkan banyak terimakasih kepada dosen pembimbing Ibu Insih Wilujeng dan para asisten yang telah memabntu selama jalannya praktikum 8 percobaan berlangsung. Akhir kata mohon maaf atas segala kesalahan yang kami perbuat, karena disini kami juga dalam rangka belajar.

VII.          SIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan, analisis data, serta pembahasan yang telah kami lakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1.      Energi Listrik

Saat V = 4 volt

Menit ke-	Energi Lisrik  Joule
3
6
9

Saat V= 6 Volt

Menit ke-	Energi Lisrik  Joule
3
6
9

2.      Energi kalor

Untuk Ma = 179,65 gram

Menit ke-	Energi kalor  kalori
3
6
9

Untuk Ma = 184,75 gram

Menit ke-	Energi kalor  kalori
3
6
9

3.      Kesetaraan Kalor hasil rata-rata berbobot

Pada percobaan pertama V= 4 Volt didapatkan :

    , dan

Pada percobaan kedua V=6 Volt didapatkan :

DAFTAR PUSTAKA

Tripitara M,Si dkk.2009.Fisika Kesehatan.Jogjakarta:MITRA CENDEKIA Press

http://letshare17.blogspot.com/2011/10/tara-kalor-listrik.html diakses pada hari Ahad, 29 April 2012 pukul  10:16

http://ayosinauonline.blogspot.com/2010/08/kesetaraan-kalor-listrik.html diakses pada hari Ahad, 29 April 2012 pukul 10.51

Yogyakarta, 02 Mei 2012

Praktikan,

Fatimah Zahro Azizah

NIM: 11302241008