PANAS YANG DITIMBULKAN ARUS LISTRIK
Arina Hidayatus Sakinah
1413100059
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2013-2014
Abstrak
Telah dilakukan percobaan perpindahan panas yang disebabkan arus listik,dengan tujuan menentukan panas yang ditimbukan arus listrik ,membuktikan hukum joule dan menentukan harga satu joule.Pada percobaan ini kta menggunakan 2 buah macam rangkaian kemudian menghitung waktu setiap kenaikan 1 derajat celsius.Dari data yang di peroleh kita dapat menghitung besar panas yang dihasilkan pada rangkaian A yaitu 593,58 joule dan pada rangkaian B 428,06 joule.Panas yang diserap air 1000 kalori dan panas yang di serap kalorimeter 260 kalori.Dari percobaan terbukti bahwa arus listrik dapat menimbulkan panas.
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULUAN 4
1.1 Latar Belakang 4
1.2 Permasalahan 4
1.3 Tujuan 4
BAB II
DASAR TEORI 5
2.1 Arus 5
2.2 Resistor 6
2.3 Hambatan Jenis/Resistivitas 6
2.4 Energi dan Daya dalam Rangkaian Listrik 7
2.5 Kalor 7
BAB III
METOLOGI PERCOBAAN 9
3.1 Alat dan bahan 9
3.2 Skema kerja 9
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 11
4.1 Analisa Data 11
4.2 Pembahasan 12
BAB V
KESIMPULAN 13
DAFTAR PUSTAKA 14
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Sejauh ini, pengetahuan kita terhadap fenomena listrik sebatas tentang muatan listrik dalam kesetimbangan atau elektrostatik. Penerapan listrik kebanyakan berhubungan dengan arus listrik. Arus listrik terdiri dari muatan-muatan yang bergerak dari satu tempat ke tempat lain. Apabila pergerakan ini berada pada suatu lintasan yang tertutup, maka disebut dengan rangkaian listrik. Ketika partikel bermuatan bergerak dalam suatu rangkaian listrik, akan terjadi perpindahan energi potensial listrik dari sumber menuju tempat energi itu disimpan atau dikonversi menjadi bentuk energi yang lain seperti energi bunyi pada radio atau kalor pada pemanas roti.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang ada dalam percobaan ini adalah bagaimana cara menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan membuktikan hokum Joule, serta menentukan harga 1 Joule.
1.3 Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan hokum Joule, serta menentukan harga 1 Joule.
BAB II
DASAR TEORI 2.1 Arus
Kalau ada aliran netto muatan melewati suatu daerah, dapat dikatakan bahwa ada arus yang melalui daerah tersebut. Jika sebuah konduktor terisolasi ditempatkan dalam medan elektrostatik, muatan dalam konduktor itu akan menyusun diri kembali sehingga menjadikan interior (bagian dalam) konduktor itu suatu daerah bebas medan, dan dalam daerah ini potensial konstan. Gerak muatan dalam proses penyusunan diri kembali itu merupakan sebuah arus, dan arus itu tidak ada lagi kalau medan pada konduktor menjadi nol (Zemasky, 1986).
Jika terminal-terminal baterai dihubungkan dengan jalur penghantar yang kontinu, akan didapatkan rangkaian listrik. Alat yang diberi daya oleh baterai, yang mana bisa berupa bola lampu, pemanas, radio, atau apapun. Ketika rangkaian seperti ini terbentuk, muatan dapat mengalir melalui kawat rangkaian dari satu terminal baterai ke yang lainnya. Aliran muatan seperti ini disebut arus listrik. Arus listrik pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Dengan demikian, arus rata-rata I didefinisikan sebagai:
di mana ΔQ adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu lokasi selama jangka waktu Δt. Arus listrik diukur dalam coloumb per detik, satuan ini diberi nama khusus, ampere (disingkat amp atau A), dari nama fisikawan Perancis Andre Ampere (1775-1836). Berarti 1 A = 1 C/det. Satuan - satuan terkecil yang sering kali digunakan adalah seperti miliampere (1 mA = 10-3 A) dan mikroampere (10-6 A). Pada rangkaian tunggal, arus pada setiap saat sama pada satu titik. Hal ini sesuai dengan kekekalan muatan listrik (muatan tidak hilang) (Giancoli, 2001).
Menurut konvensi, arah arus dianggap searah dengan aliran muatan positif. Konvensi ini ditetapkan sebelum diketahui bahwa elektron-elektron bebas, yang muatannya negatif adalah partikel-partikel yang sebenarnya bergerak dan akibatnya menghasilkan arus pada kawat penghantar. Gerak dari elektron-elektron bermuatan negatif dalam satu arah ekivalen dengan aliran muatan positif yang arah geraknya berlawanan. Jadi, elektron-elektron bergerak dalam arah yang berlawanan dengan arah arus (Tipler, 1996).
Jika dimisalkan suatu arus dalam kawat penghantar berpenampang lintang A. Misalkan n adalah jumlah partikel-partikel pembawa muatan bebas per satuan volume. Diasumsikan bahwa masing-masing partikel membawa muatan q dan bergerak dengan kecepatan alir vd. Dalam waktu Δt semua partikel dalam volume AvdΔt, daerah yang melewati elemen luasan. Jumlah partikel dalam volume ini adalah nAvdΔt, dan muatan totalnya adalah:
(Tipler, 1996).
2.2 Resistor
Jika memakai perbedaan potensial yang sama di antara ujung - ujung tongkat tembaga dan tongkat kayu yang mempunyai geometri yang serupa, maka dihasilkan arus-arus yang sangat berbeda. Karakteristik (sifat) penghantar yang menyebabkan hal ini adalah hambatan (resistance) nya. Didefinisikan hambatan dari sebuah penghantar yang sering dinamakan tahanan sama dengan resistor di antara dua titik dengan memakaikan sebuah perbedaan potensial V di antara titik - titik tersebut, dan dengan mengukur arus I, dan kemudian melakukan pembagian :
jika V dinyatakan di dalam volts dan I dinyatakan di dalam ampere, maka hambatan akan dinyatakan di dalam ohms (Halliday, 1985).
2.3 Hambatan Jenis/Resistivitas
Kita mungkin menyangka bahwa hambatan kawat yang tebal akan lebih kecil dari yang tipis karena kawat yang lebih tebal meniliki area yang lebih luas untuk lewatnya elektron. Dan mungkin akan berpikir bahwa hambatan akan lebih besar jika panjangnya lebih besar karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron. Dan memang ternyata ditemukan pada eksperimen bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang L dan berbanding terbalik dengan luas penampang lintang A, yaitu :
di mana ρ, konstanta pembanding, disebut hambatan jenis (resistivitas) dan bergantung pada bahan yang digunakan. Nilai ρ satuannya adalah Ω.m (Giancoli, 2001).
2.4 Energi dan Daya dalam Rangkaian Listrik
Ketika arus listrik berada dalam konduktor, energi listrik secara kontinu diubah menjadi energi panas di dalam konduktor. Medan listrik dalam konduktor mempercepat gerakan setiap elektron bebas untuk waktu yang singkat, membuat suatu peningkatan energi kinetik, tapi energi tambahan ini secara cepat ditransfer menjadi energi termal konduktor melalui tumbukan - tumbukan antara elektron dan ion - ion kisi konduktor. Jadi, meskipun elektron terus menerus mendapatkan energi dari medan listrik, energi ini segera ditransfer menjadi energi termal konduktor, dan elektron - elektron mempertahankan suatu kecepatan drift yang konstan (Tipler, 1996).
2.5 Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari zat yang suhunya lebih tinggi ke zat yang suhunya lebih rendah jika kedua benda bersentuhan. Dengan kata lain, kalor adalah bentuk energi yang menaikkan suhu jika bentuk energi itu diberikan kepada benda tersebut. Akan tetapi, perlu diketahui bahwa kalor yang diberikan kepada benda tersebut tidak selalu menaikkan suhu. Sebagai contoh, jika kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud, maka suhu benda itu tidak naik (tetapi tidak berubah) (Warnana, 2007).
Oleh karena kalor adalah salah satu bentuk energi seperti halnya energi kinetik, energi potensial, dan lain sebagainya, maka satuan kalor sama dengan satuan energi yaitu joule (J) atau kilojoule (kJ). Pada mulanya kalor dianggap sejenis zat alir (disebut kalorik) yang terkandung di dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori kalorik ini pertama kali dikemukakan oleh Antonie Laurent Lavoiser seorang ahli kimia berkebangsaan Perancis. Berdasarkan teori inilah maka satuan kalor yang dikenal sebelumnya diberi nama kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Satuan ini masih sering digunakan untuk menyatakan kandungan energi yang dimiliki oleh makanan. 1 kalori (kal) sama dengan 4,2 Joule atau satu Joule sama dengan 0,24 kalori (kal). Teori kalorik menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalorik daripada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan maka benda yang kaya kalorik kehilangan sebagian kaloriknya yang diberikan kepada benda yang sedikit kalorik sampai akhirnya terjadi kesetimbangan termal (kedua benda suhunya sama). Teori ini dapat menjelaskan pemuaian benda ketika dipanaskan dan proses hantaran kalor di dalam sebuah kalorimeter. Akan tetapi, teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa kedua telapak tangan kita akan terasa hangat ketika kita menggesek-geseknya (Warnana, 2007)
Satu kalori (kal) didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar satu derajat celcius. Sedangkan 1 kkal adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar satu derajat celcius. Kadangkala satu kilokalori disebut Kalori (dengan huruf k besar). Pada sistem satuan British, kalor diukur dalam satuan termal British (British thermal unit/Btu). Satu Btu didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur air sebesar satu derajat Fahrenheit. Sehingga 1 Btu sama dengan 0,252 kkal sama dengan 1055 Joule (Giancoli, 2001).
BAB III
METOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah satu set kalori meter, ampermeter dan voltmeter satu buah , satu buah tahanan geser , satu buah thermometer, satu buah stopwatch, sumber tegangan 14,5 volt , dan satu set kabel.
3.2 Skema kerja
-
A
-
V
E
-
_ -
Thermometerer
K
gambar 3. Rangkaian A
_
V
Thermometer
_
AV
E
-
K
gambar 3. Rangkaian B
Dalam melakukan percobaan tentang panas yang ditimbulkan arus listrik digunakan dua rangkaian yang berbeda. Pertama rangkaian (A) dirangkai seperti pada gambar 3.1. kemudian dihubungkan dengan tegangan PLN. Kalorimeter diisi air sebanyak 100 gram, kemudian diberi tegangan sebesar 14,5 volt dan arus 1,5 Ampere diusahakan konstan dengan mengatur tegangan geser Rg. Dari suhu 15°C hingga 25°C, waktu dicatat setiap kenaikan 1°C. Percobaan pada rangkaian (A) ini diulang dua kali dengan menggunakan cara yang sama. Yang kedua yaitu dengan menggunakan rangkaian (B) dan dilakukan dengan cara yang sama serta pengulangan yang sama.
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dari percobaan yang telah kami lakukan dapat diperoleh data sebagai berikut,
Tabel 4. Pengukuran I
Suhu
|
T
|
16
|
23.87
|
17
|
26.52
|
18
|
26.61
|
19
|
29.36
|
20
|
28.73
|
21
|
22.8
|
22
|
28.29
|
23
|
26.03
|
24
|
28.06
|
25
|
32.64
|
Tabel 4. Pengukuran I
Suhu
|
T
|
16
|
20.75
|
17
|
18.98
|
18
|
14.28
|
19
|
19.05
|
20
|
18.92
|
21
|
20.49
|
22
|
20.57
|
23
|
20.68
|
24
|
22.17
|
25
|
20.51
|
Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan tegangan sebesar 14,5 volt dan arus sebesar 1,5 ampere.
4.2 Pembahasan
Dalam percobaan tentang panas yang ditimbulkan arus listrik ini digunakan dua rangkaian yang berbeda yaitu rangkaian (A) dan rangkaian (B). Kedua rangkaian tersebut bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan membuktikan hukum joule serta menentukan harga 1 joule. Namun kedua rangkaian tersebut memiliki tingkat keakuratan yang berbeda karena adanya perbedaan letak hambatan. Hambatan disini digunakan untuk menghambat arus. Pada rangkaian (A) terlihat lebih menguntungkan dari pada rangkaian (B). Pertama yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu merangkai sesuai dengan rangkaian A (lihat pada gambar 3.1), kemudian dihubungkan dengan tegangan PLN. Pada rangkaian pertama resistor diletakkan di belakang (dilihat dari berjalannya arus). Rangkaian pertama ini digunakan kalorimeter yang berisi air 100gr, menggunakan arus 1,5 A dan tegangan 14,5 Volt dengan menjaga nilai arus agar tetap konstan. Kemudian suhu dari 15°C hingga 25°C dicatat waktunya setiap kenaikan suhu 1°C. Rangkaian (A) ini diulang 2 kali dalam pengambilan datanya. Dari data yang diperoleh pada percobaan rangkaian (A), diperoleh harga panas rata-rata yang timbul pada sistem dengan perbandingan harga panas pada air dan kalorimeter yaitu 1 joule = 0,24 kalori. Pada rangkaian ini dapat membuktikan harga 1 joule sesuai pada teori.
Pada rangkaian kedua yaitu rangkaian (B) dilakukan dengan cara yang sama namun merangkainya harus sesuai pada gambar rangkaian (B). Pada rangkaian ini didapatkan waktu yang sangat cepat dalam kenaikan suhu 1°C dibandingkan dengan rangkaian (A). Hal ini mengakibatkan tidak terpenuhinya harga 1 joule yang sesuai pada teori karena jumlah panas yang ditimbulkan arus listrik dperoleh 1 joule = 0,315 kalori. Dari perbandingan tersebut tersirat bahwa energi listrik yang diubah menjadi energi panas tidak hanya terserap oleh air maupun kalorimeter namun juga oleh faktor – faktor yang lain, sehingga jumlah energi panas yang diserap air dan kalorimeter tidak sama dengan energi listrik.
BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
-
Pada rangkaian (A) menunjukkan jumlah energi panas pada air dan kalori meter sama dengan jumlah energi listrik.
-
Pada rangkaian (A) berhasil membuktikan harga 1 joule = 0,24 kalori yang sesuai dengan teori.
-
Pada rangkaian (B) menunjukkan jumlah energy panas pada air dan kalorimeter tidak sama dengan jumlah energi listrik.
-
Pada rangkaian (B) memperoleh hasil panas yang timbul 1joule = 0,315 kalori sehingga hasil ini tidah memenuhi teori.
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, D. (2001). Fisika 2. Jakarta: Erlangga.Jakarta - Indoneziyaning poytaxti. Yava o.ning shim.-gʻarbiy sohilida, Chilivung daryosining Yava dengiziga quyilish joyida. Iutimi tropik ekvatorial; yillik oʻrtacha t-ra 27°. Yiliga 1800 mm yogʻin yogʻadi; havoning namligi 80%. Halliday, D. (1985). Fisika 2. Jakarta: Erlangga.
Tipler, P. A. (1996). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
Warnana, D. D. (2007). Fisika 2. Bandung: Binacipta.
Zemasky, W. S. (1986). Fisika Universitas II. Jakarta: Erlangga.
|
