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]
Energi lisrik tersebut berubah menjadi kalor, dan
diterima oleh kalorimeter yang berisi air dengan massa m sehingga mengakibatkan
kenaikan suhu tm menjadi ta.
Besar
kalor tersebut:
Q=
(m+H) (ta-tm) (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
∆ma = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram
∆mk = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram
∆T1 = ½ nst = ½ 1 = 0,50
C
∆T2 = ½ nst = ½ 1 = 0,50
C
ck = 0,21 kal/gram0C;
ca = 1 kal/gram0C
·
Pada ma = 179,65
gram; mk = 105,4
gram; T1
= 280C; T2 = 290C
Ralat
·
Pada ma
= 179,65 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 310C
Ralat
·
Pada ma
= 179,65 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 340C
Ralat
·
Pada ma
= 184,75 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 330C
Ralat
·
Pada ma
= 184,75 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 370C
Ralat
·
Pada ma
= 184,75 gram; mk = 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
∆ma = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram
∆mk = ½ nst = ½ 0,01 = 0,005 gram
∆T1 = ½ nst = ½ 1 = 0,50
C
∆T2 = ½ nst = ½ 1 = 0,50
C
ck = 0,21 kal/gram0C;
ca = 1 kal/gram0C
1.
V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 3 menit = 180 sekon; ma
= 179,65 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 290C
Ralat
2.
V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 6 menit = 360 sekon; ma
= 179,65 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 310C
Ralat
3.
V= 4 Volt; I = 2,4 A; t = 9 menit = 540 sekon; ma
= 179,65 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 340C
Ralat
4.
V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 3 menit = 180 sekon; ma
= 184,75 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 330C
# Ralat
5.
V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 6 menit = 360 sekon; ma
= 184,75 gram; mk = 105,4 gram; T1 = 280C;
T2 = 370C
# Ralat
6.
V= 6 Volt; I = 3,7 A; t = 9 menit = 540 sekon; ma
= 184,75 gram; mk = 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.
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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar