Kamis, 29 Maret 2012

KESETARAAN KALOR LISTRIK


PERCOBAAN FDII-06
KESETARAAN KALOR LISTRIK

TUJUAN
1)      Menentukan besarnya energi listrik yang dilepas dalam kalorimeter
2)      Menentukan besarnya energy panas/kalor yang diterima kalorimeter
3)      Menentukan nilai kesetaraan kalor listrik

ALAT DAN BAHAN
1)      Kalorimeter listrik
2)      Power supply(catu daya DC)
3)      Stopwatch
4)      Termometer
5)      Neraca O”hauss
6)      Air

DASAR TEORI
Kalor adalah Bila dua system yang suhunya berbeda beda bersentuhan satu sama lain. Maka suhu akhir yang di capai oleh kedua system tersebut berada di antara dua suhu permukaan tersebut. Selanjutnya dinyatakan saja bahwa peubahan suhu adalah ”sesuatu” dari sebuah benda pada suatu suhu yang lebih tinggi  ke sebuah benda pada suatu suhu yang lebih rendah dan “sesuatu” ini kita namakan kalor. Jadi kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya  rendah.jadi secara umum kalor adalah sebuah bentuk energi dan bukan merupakan sebuah zat.
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 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 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 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:
H = (M + Na).(ta – tm) [kalori]
dimana: M = m air.c air
Na = Nilai air kalorimeter (kal/g oC)
ta = suhu akhir air
tm = suhu mula-mula air
Kalor jenis suatu benda didefinisikan sebagai jumlah kalor yang di perlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar 1 kal. Kalor yang jenis ini merupakan sifat khas  suatu benda yang menunjukkan kemampuannya untuk menyerap kalor, pada perubahan suhu yang sama. 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 sering kali dianggap konstan dan kalor dirumuskan:
Keterangan  = Kalor jenis benda ( J/kg K )
 =  Energi  kalor ( J )
 = Massa benda ( kg )
 = Perubahan suhu ( K )

Energi Listrik :
 dirumuskan : W = P.t = V.I.t
 dimana :
W = energi listrik (Joule)
P = daya listrik (watt) ; V = tegangan (volt) ;
I = arus listrik (amp) ; dan t = waktu (s)
Tara kalor listrik :
● energi kalor (Q) biasanya dinyatakan dalam satuan kalori
● energi listrik (W) biasanya dinyatakan dalam satuan Joule
 maka agar W dan Q dapat menjadi “setara” (sama nilainya), maka nilai W yang masih dalam Joule, harus diubah kedalam kalori, dimana nilai energi : 1 kal = 4,186 Joule. Nilai “4,186″ dikenal dengan nama “tara kalor-mekanik”
 Pada rumusan yang sudah tuliskan : Q = a. W
=> konstanta “a” adalah faktor pengali untuk mengubah satuan W (Joule) menjadi dalam satuan kalori, agar kedua ruas mempunyai satuan yang sama.
=> Jadi : a = 1/(4,186) = 0,239 → inilah “tara kalor-listrik”
=> artinya : 1 Joule = 0,239 kal
● Jika ternyata energi kalor (Q) sudah ndalam satuan Joule, maka kita tidak perlu lagi memakai “nilai kesetaraan” tsb, jadi boleh langsung kita tulis : Q = W
(kedua ruas sudah dalam satuan Joule)

TABULASI DATA
NO
Mk(gram)
Ma(gram)
V(volt)
I(Ampere)
t(sekon)
T )
)
1.
106.1
114.75
4
2.9
180
30.5
26
360
35
540
39
2.
106.1
115.3
6
4.4
180
34
26
360
42
540
49




ANALISIS DATA
Skema rangkaian alat:

voltmeter
 



power supply                                                                            termometer






Amperemeter

Diketahui :
Dma           =   = .0,1 gr = 0,05 gr
ca                   = 1 kal/gr 0C
Dmk          =   = .0,1 gr = 0,05 gr
ck                   =  0,215 kal/gr 0C
DV            =   = .0,5 volt = 0,25 volt
DI             =   = .0,5 A = 0,25 A
Dt             =   = .0,01 s = 0,005 s
DT1           =   = .10C = 0,5 0C
DT2   =   = .10C = 0,5 0C

1.            Perhitungan Energi Listrik
dan

a.            V = 4 volt
= 4 volt· 2.9 A· 180 s
= 2088 Joule
= 310.558 Joule » 300 Joule

= 4 volt· 2,9 A· 360 s
= 4176 Joule
= 621.058 Joule » 600 Joule

= 4 volt· 2,9 A· 540 s
= 6264 Joule
= 931.558 Joule » 900 Joule

b.            V = 6 volt
= 6 volt· 4,4 A· 180 s
= 4752 Joule
= 468.132 Joule » 500 joule

= 6 volt· 4,4 A·  360 s
= 9504 Joule
= 936.132  joule » 900 joule

= 6 volt· 4,4 A· 540 s
= 14256 Joule
= 1404.132 joule » 1000Joule

2.            Perhitungan Jumlah Kalor
dan
a.            V = 4 volt
Q1 = (114,75 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 4,5 0C
= 616.6395 kal »  kal
= 137.3033 kal » 100 kal

Q2 = (114,75 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 9 0C
= 1233.279 kal »1000  kal
= 137.5755 kal » 100 kal

Q3 = (114,75 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 13 0C
=1781.403 kal » 2000 kal
= 137.8175 kal » 100 kal

b.            V = 6 volt
Q1 = (115,3 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 8 0C
= 1100.64 kal »1000  kal

= 138.065 kal » 100 kal

Q2 = (115,3 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 12 0C
= 2201.296 kal » 2000 kal
= 138.549 kal » 100 kal
Q3 = (115,3 gr · 1 kal/gr0C + 106,1 gr · 0,215 kal/gr0C) · 23 0C
=  3164.363 kal »  3000 kal
=138.9725 kal » 100 kal

3.            Perhitungan Nilai Kesetaraan Kalor-Listrik
dan

a.            V = 4 volt



b.            V = 6 volt





4.            Rata-rata Berbobot Kesetaraan Kalor-Listrik
Pada V = 4 volt
No.
g
Dg
Dg2
Wi=
Wigi
1.
3
0,8
0,64
1,5625
4,6875
2.
3
1
1
1
3
3.
4
1
1
1
4
S



3,5625
11,6875


Pada V = 6 volt
No.
g
Dg
Dg2
Wi=
Wigi
1.
4
0,3
0,09
11,1111
44,4444
2.
4
0,4
0,16
6.25
25
3.
5
0,5
0,25
4
20
S



21,3611
89,4444



5.            Kesalahan Relatif
1 kal = 4,186 Joule


PEMBAHASAN
Praktikum kali ini berjudul “Kesetaraan kalor Listrik” yang memiliki tujuan, Menentukan besarnya energi listrik yang dilepas dalam calorimeter,Menentukan besarnya energy panas/kalor yang diterima calorimeter,dan Menentukan nilai kesetaraan kalor listrik. Untuk bisa mencapai tujuan tersebut, mahasiswa melakukan beberapa langkah yaitu diantaranya,mengukur mk ,ma,suhu menentukan volt,arus,dan waktu.
Kegiatan praktikum ini diawali dengan menimbang kalorimeter kosong (bejana dalam) beserta pengaduknya. Kemudian air dimasukkan ke dalam kalorimeter secukupnya dan ditimbang lagi. Perlu diperhatikan bahwa filamen kumparan harus tercelup semua atau lebih dari separuhnya. Selanjutnya suhu awal air dalam kalorimeter diukur. Setelah bahan dan peralatan siap digunakan, alat dirangkai dengan memasang kalorimeter serta mengatur tegangan dan arus pada power supply untuk mendapatkan nilai V dan I tertentu yang dapat dibaca langsung pada power supply. Rangkaian dapat dilihat pada gambar. Selanjutnya saklar power supply dinyalakan bersamaan dengan dinyalakannya stopwatch. Sesekali dilakukan pengadukan secara pelan. Terakhir mencatat suhu air setiap beberapa menit yang telah ditentukan.

Pada percobaan ini dilakukan variasi pada besar tegangan yang diberikan ke dalam sistem alat. Setiap variasi tegangan tersebut kemudian akan ditunjukkan nilai kuat arus yang mengalir oleh amperemeter pada power supply. Kemudian, dilakukan tiga kali pengulangan pengukuran suhu air setiap lima menit.
Pertama, hasil pengukuran massa didapatkan kalorimeter 106,1 gram dan air 114,75 gram dengan suhu awal 260C. Kemudian diberikan tegangan sebesar sebesar 4 volt dan didapatkan nilai kuat arus sebesar 2,9 A. Pada 3 menit pertama suhunya adalah 30,5 0C. Dari hasil perhitungan dengan persamaan W = VIt untuk mencari energi listrik didapatkan hasil , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (600+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (3+0,8) Joule/kal.
 Pada menit ke 6 yaitu 350C.Dari perhitungan dengan persamaan W = VIt untuk mencari energi listrik didapatkan hasil , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (1000+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (3+1) Joule/kal.
Pada menit ke 9 yaitu 390C. Dari perhitungan dengan di dapat energi listrik yaitu , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (2000+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (4+1) Joule/kal.
Setelah melakukan pengukuran dengan menggunakan tegangan 4 V, arus 2,9 A,dan selisih waktu yang berbeda yaitu 3 menit,6 menit,dan 9 menit, kita  memperoleh tiga besar kesetaraan kalor listrik, kemudian ketiga data tersebut diambil rata-rata dengan menggunakan rata-rata berbobot, hasilnya yaitu .Juga di peroleh kesalahan relatifnya sebesar .
Untuk variasi kedua yaitu dengan menggunakan tegangan sebesar 6V,dan Arus 4,4 A di dapat massa air 115,3 gram dengan suhu awal 260C . Untuk menit ketiga suhunya adalah 340C Dengan cara yang sama yang telah disebutkan diatas di dapat energi listrik yaitu , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (1000+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (4+0,3) Joule/kal.
Pada menit ke 6 yaitu 3420C.Dari perhitungan dengan persamaan W = VIt untuk mencari energi listrik didapatkan hasil , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (2000+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (4+0,4) Joule/kal.
Pada menit ke 9 yaitu 390C. Dari perhitungan dengan di dapat energi listrik yaitu , sedangkan besar jumlah kalor yang diperlukan Q1±DQ1 = (3000+100) kal dari persamaan Q = mc(T-Ta) kemudian besar nilai kesetaraan kalor dari persamaan  sebesar g1 ±Dg1= (5+0,5) Joule/kal.
Setelah melakukan pengukuran dengan menggunakan tegangan 6 V, arus 4,4 A,dan selisih waktu yang berbeda yaitu 3 menit,6 menit,dan 9 menit, kita  memperoleh tiga besar kesetaraan kalor listrik, kemudian ketiga data tersebut diambil rata-rata dengan menggunakan rata-rata berbobot, hasilnya yaitu .Juga di peroleh kesalahan relatifnya sebesar .
Menurut teori besarnya tara kalor listrik adalah g=4,186 Joule/kal. Terdapatnya perbedaan hasil pengukuran yang dianalisis dengan nilai sebenarnya ini, dalam percobaan bisa terjadi. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain:
1.      Praktikan tidak melakukan eksperimen pendahuluan untuk mengenal alat dan memastikan alat dan bahan dalam keadaan baik sehingga praktikan tidak mengetahui kondisi alat dan bahan sebenarnya.
2.      Suhu ruangan dipengaruhi AC yang akan mempengaruhi hasil ukur, karena membuat perubahan pada suhu awal maupu suhu akhir.
3.      Kurang pekanya pengamat saat memencet tombol stopwatch. Hal ini akan menambah ataupun mengurangi waktu dan akhirnya akan mengubah hasil ukur.
4.      Kondisi mata pengamat yang tidak normal dan berkaca mata serta kurang tepat dalam membaca data karena skala alat yang tertera sulit dibaca
5.      Adanya paralaks saat pembacaan skala pada termometer yang tidak diperhitungkan pengamat.
6.      Kemungkinan ada energi yang diserap oleh benda lain atau atau ada panas yang terbuang ke lingkungan.
7.      Kemampuan kalorimeter dalam menyimpan panas yang tidak diketahui, menyebabkan tidak terdeteksinya kemungkinan panas yang lepas ke lingkungan.
8.      Pembulatan nilai data juga membuat data mengalami perubahan dari nilai sebenarnya.
Kemudian, perbedaan antara hasil kesetaraan kalor listrik yang pertama dengan yang kedua disebabkan oleh peralatan yang digunakan pada percobaan kedua telah digunakan pada percobaan pertama. Sehingga peralatannya lebih peka merespon energi panas atau kalor yang ditransfer.

SIMPULAN
Dari percobaan yang dilakukan besar energy listrik, energi kalor dan nilai kesetaraan kalor listrik yang didapat sebesar:
Besar energi listrik:
Besar energi kalor:      
Nilai kesetaraan kalor listrik berdasarkan teori sebesar 4,186 sedangkan nilai kesataraan kalor listrik berdasarkan perhitungan sebesar
  Dan    .


DAFTAR PUSTAKA
Giancolli. 2001. Fisika. Erlangga: Jakarta
Tipler. 1991. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Erlangga: Jakarta
Zemansky, Sears. 1982. Fisika Universitas. Bina Cipta: Bandung

Yogyakarta,27 Maret 2012
Praktikan,

Nurul Miftakhul Janah
11302241017











Tidak ada komentar:

Poskan Komentar