3. Untuk menghitung TARA KALOR LISTRIK digunakan persamaan H t (T a T m ) = a I 2 R t Dimana Tara kalor listrik = 1/a

Transkripsi

1 HUKUM JOULE I. TEORI James Prescott Joule ( ) ialah seorang ilmuwan Inggris yang merumuskan Hukum Kekekalan, yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan." Ia adalah seorang ilmuwan Inggris yang hobi fisika. Dengan percobaan ia berhasil membuktkan bahwa panas (kalori) tak lain adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir. Joule (simbol J) adalah satuan SI untuk energi dengan basis unit kg.m2/s2. Nama joule diambil dari penemunya James Prescott Joule. Joule disimbolkan dengan huruf J. Istilah ini pertama kali diperkenalkan oleh Dr. Mayer of Heilbronn. Joule diambil dari satuan unit yang didefinisikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Oleh sebab itu, 1 joule sama dengan 1 newton meter (simbol: N.m). Selain itu, satu joule juga adalah energi absolut terkecil yang dibutuhkan (pada permukaan bumi) untuk mengangkat suatu benda seberat satu kilogram setinggi sepuluh sentimeter. Definisi satu joule lainnya yaitu pekerjaan yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan listrik sebesar satu coulomb melalui perbedaan potensial satu volt, atau satu coulomb volt (simbol: C.V). 1 joule juga dapat didefinisikan sebagai pekerjaan untuk menghasilkan daya satu watt terus-menerus selama satu detik, atau satu watt sekon (simbol: W.s). Konversi 1 joule adalah sama dengan 107 erg. 1 joule mendekati sama dengan: x1018 ev (elektron volt), kal (kalori), x10-7 kwh (kilowatt-hour), x10-4 wh (watt-hour), atau x10-3 liter-atmosfer 1. Sebuah hanmabatan yang di aliri arus akan mengahsilakan panas, dimana panas tersebut merupakan suatu bentuk energi. Jika : I = arus (amperemeter) R = hambatan (ohm) T = waktu (detik) Maka berlaku persamaan : Energi = W = I 2 R t (joule) Atau Energi = W = 0,24 I 2 R t (Kalori) 2. Jika hambatan tersebut diatas yang telah panas kemudian dicelupkan ke dalam air/zat cair, maka panas yang diberikan pada zat cair akan menaikan temperature zat cair tersebut. Dari hokum kekekalan energy, panas yang diberikan oleh suatu sisitem akan sama dengan yang diterima oleh system lain. Dalam sebuah calorimeter proses tersebut di atas dapat dilaksanakan denagn mengusahakan agar tidak ada kebocoran energy. Energy yang diberikan oleh hambatan di atas sama denagn energy yangh diterima oleh calorimeter beserta isinya (zat cair, pengaduk, thermometer, calorimeter). Jumlah panas yang diterima calorimeter beserta isinya ; H t (T a T m ) (kalori) Dimana : T a = temperature akhir calorimeter T m = temperature mula-mula calorimeter

2 H t = Nilai air dari calorimeter beserta isinya 3. Untuk menghitung TARA KALOR LISTRIK digunakan persamaan H t (T a T m ) = a I 2 R t Dimana Tara kalor listrik = 1/a IV. Teori Arus listrik adalah aliran partikel-partikel listrik bermuatan positif didalam suatu pengantar atau arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Pergerakan muatan ini terjadi pada bahan yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam, gas, atau larutan, sedangkan pembawa muatan sendiri tergantung pada jenis konduktor yaitu pada: - Logam, pembawa muatannya adalah electron-elektron - g a s, p e mba wa mu a t a n n y a a d a l a h i o n p o s i t i f d a n e l e c t r o n - l a r u t a n, p e mb a wa muatannya a d a l a h i o n p o s i t i f d a n i o n n e g a t i f Untuk mengukur suatu benda secara tepat haruslah mempergunakan suatu alatyang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena terjadi suatu perubahan yangdapat diukur dengan berubahnya temparatur benda tersebut. Alat untuk mengukur temperature disebut thermometer, yang bekerja atas perubahan fisis yang bersamaan dengan perubahan temperatur, yaitu perubahan volume zat air,perybahan tahanan listrik dari suatukawat penghantar, perubahan warna filament lampu pijar. Perubahan-perubahan ini semua bersamaan dan berbanding dengan temperatur yang dapat diukur. Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius. Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius. 1 kalori = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kalori Karena kalor adalah bentuk energi, maka satuan SI untuk kalor sama seperti energi, yaitu Joule. 1. Kalor berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. P a d a s e b u a h b e n d a y a n g me mp u n y a i s u h u y a n g t i d a k s a ma u n t u k s e l u r u h b a gi a n -b a gi a n n y a a k a n t e r j a d i p e r p i n d a h a n k a l o r d a r i b a g i a n ya n g b e r s u h u l e b i h tinggi ke bagian benda yang bersuhu lebih rendah. Demikian juga bila sebuah bendabersuhu lebih tinggi dari suhu lingkungannya. Benda tersebut akan memancarkan energi sampai suhu benda sama dengan suhu lingkungannya. Bila suhu sudah sama akan terjadi keseimbangan atau tidak ada lagi perpindahan kalor atau energi. 2. Kalor jenis. Suatu zat yang menerima kalor, selain mengalami pemuaian atau perubahanwujud, pada zat tersebut juga terjadi kenaikan suhu. Ketika kita memanaskan air didalam ketel, makin besar nyala api berarti makin besar kalor yang diberikan padaair, dan menghasilkan

3 kenaikan suhu air yang lebih besar daripada kenaikan suhu air sebelumnya. Jika kalor yang sama diberikan pada ketel yang berisi lebih sedikit air,kenaikan suhu air lebih cepat kenaikan suhu air sebelumnya. Akibatnya, untuk selangw a kt u p e manasan y a n g s a ma a ka n d i c a p a i s u h u a i r y a n g l e b i h t i n g gi d a r i p a d a sebelumnya.besarnya kenaikan suhu dari zat tersebut dapat dituliskan dalam persamaanberikut: Dengan : c = kalor jenis (kal/g ) atau (J/Kg.K) Q = kalor ( kalor atau Jou le) m = massa benda ( gram atau Kg) = perubahan suhu ( ) Jadi, t adalah perubahan suhu dari suatu zat yang menerima kalor sebesar Q. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan olehsuatu zat untuk menaikan suhu 1 Kg zat itu sebesar Kapasitas kalor. Kapasitas kalor adalah bilangan yang menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu benda untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 berikut:. Kapasitas kalor dapat dituliskan dalam persamaan A p a b i l a k a p a s i t a s k a l o r ( C) y a n g d i h u b u n g k a n d e n ga n ka l o r j e n i s ( c ) ma ka a k a n didapat persamaan berikut: 4. Kalorimeter. C = mc Kalorimeter adalah suatu alat untuk memperlihatkan besarnya kalor jenis suatu zat. Kalorimeter ini bekerja baerdasarkan Asas Black. Asas black berbunyi: Basarnyak a l o r y a n g d i l e p a s k a n o l e h s e b u a h b e n d a y a n g s u h u n y a l e b i h t i n g g i a k a n s a ma dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah A. Kalorimeter elektrik. Kalorimeterini digunakan untuk mengukur kalor jenis zat cair. Prinsip kerja kalorimeter elektrik adalah sebagai berikut: Sejumlah massa zat cair contoh (m kg) dimasukkan dalam bejana tembaga yang kapasitas kalornya diketahui (JK -1 ). Kemudian zat cair tersebut dipanaskan selama selang waktu t sekon secara elektrik oleh pemanas listrik yang memiliki elemen pemanas yang beda potensialnya V volt dan dilalui arus listrik dengan kuat arus I Ampere. Kenaikan suhu ( T ) selama selang waktu t diukur dengan termometer. E n e r gi l i s t r i k y a n g d i b e r i ka n ke p a d a z a t c a i r d a l a m s e l a n g wa k t u t adalah V.I.t(Joule).

4 Jika dianggap tidak ada kalor yang hilang maka energi kalor yang diserapoleh kalorimeter dan zat cair adalah ( C T + m c T ) = ( m c + C ) T. Sesuai kekalan energi Vit = (mc + C ) T B. Kalorimeter Bom. Digunakan khusus untuk menentukan kandungan energi dalam makanan dan lemak. Makanan yang akan ditentukan kandungan energinya diletakkan dalamcangkir platina. Contoh: makanan kemudian dibakar secara elektrik. Kalor yang diserap oleh bejana dalam cangkir, dan air diukur secara cermat. Sebagai contoh, 10gram kue melepaskan 159 kj ketika dibakar dalam kalorimeter bom. Ini berarti bahwakandungan energi 100 gram kue tersebut adalah 1590 Kj, yang setara dengan 380Kalori. m = massa zat (gr) Arus LiStrik Jumlah muatan arus listrik baik positif maupun negative yang mengalir melaluipenampang sebuah penghantar persatuan waktu disebut dengan kuat arus listrik. Dengan : Q = muatan listrik (couloum) t = waktu (detik) I = kuat arus listrik (Ampere) Energi Dan Daya Listrik H a m b a t a n ( R ) y a n g d i a l i r i a r u s l i s t r i k ( I ) a k a n m e n i m b u l k a n b e d a tengangan V antar ujung-ujung berarti daya listriknya: P = V.I Karena V = I. R maka daya listriknya dapat dirumuskan menjadi : P = ( I.R ) I = I 2. Dengan: P = Daya listrik ( watt ) Bila arus listrik mengalir selama t detik energi listrik yang terpakai ialah: W = I 2 R.t Dengan: t = Waktu ( dt ) Sedangkan bunyi hukum joule: Pembentukan panas persatuan waktu berbandinglangsung dengan kuadrat arus. Hukum joule menuliskan bagaimana tenaga diubah kedalam tenaga termal, y a n g d i d a l a m s u a t u p e n gh a n t a r merupaka n s u a t u p r o s e s y a n g t i d a k d a p a t d i b a l i k ( hanya berlangsung satu arah ). Dalam percobaannya, Joule mengunakan air didalam sebuah selinder yangdiaduk dengan suhu yang berputar. Beberapa lama kemudian suhu air akan naik, ini disebabkan karena suhu bergesekan dengan air. Menurut Joule gerakan elktro dalam suatu penghantar dapat digambarkan sebagai serangkai percepatan yang masing-masing terakhir karena tumbukan dengan salah satu pastikel yang tetap dalam suatu pengahantar, elktero itu akan mendapatkan tenaga kinetik pada setiap tumbukan dant enaga itu berubah menjadi panas.

5 J o u l e j u ga m e r u muska n j u g a p e r b a n d i n g a n j u ml a h s a t u a n u s a h a d e n g a n jumlah satuan panas yang dihasilkan selalu sama, sehingga: W = Q V. I. t = Q Dan dapat dirumuskan sebagai berikut: Q = V.I.t, dimana : Q = panas yang ditimbulkan arus listrik (Joule atau kalori) Keterangan: V = tegangan listrik (volt). I = arus listrik (A). T = waktu (seko n). M e n u r u t h u k u m t e r mo d i n a mi k o n I d i k a t a k a n b a h wa : j i k a ka l o r d i u b a h menjadi bentuk energi lain atau jika bentuk energi lain diubah menjadi kalori, makaenergi sebelumnya selalu konstan. Karena kalor adalah suatu bentuk energi, makausaha selalu dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya. D a r i p e r c o b a a n i n i m e n g a l a m i k e s a l a h a n, d i s e b a b k a n k e t i d a k t e l i t i a n s e l a m a percobaan diantaranya :5.Adanya energi termal pada Rg yang disebabkan oleh energi listrik. Kalorimeter terbuka sehingga adanya penyerapan panas oleh udara. Tidak semua panas terserap oleh air dan kalorimeter namun juga olehk a wat s p i r a l ya n g d a l a m h a l i n i t i d a k d i p e r h i t u n g k a n d e mi ki a n p u l a plastik hitam penutup kalorimeter