Muhammad Iqbal: K2 KONSTANTA JOULE

KONSTANTA JOULE FISIKA DASAR 1

Teori tambahan

Konstanta Joule merupakan percobaan Joule yang menemukan kesamaan (ekivalensi) antara kerja mekanikal terhadap jumlah perpindahan panas (mechanical equivalent of heat).

Semua energi, dalam SI memiliki satuan yang sama yaitu Joule (J) dan dimensinya adalah [M][L]2[T]-2.

Satuan kalor jenis : J/(kg k) = J kg-1 k-1.

Dimensi kalor : [L]2[T]-2[θ]-1

Hasil percobaan Joule, 1 kalori perpindahan panas (energi termal) = 4,184 N-m kerja mekanikal. Maka, konstanta Joule adalah 4,184 J/kalori karena 1 N-m dikenal juga sebagai Joule(J).

Kalorimeter

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah panas yang terkait dengan perubahan atau reaksi kimia.

Hukum pertama termodinamika berkaitan dengan perubahan suhu. Kalorimeter berubah dari energi listrik ke energi lain sesuai dengan hukum kekekalan energi, yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Prinsip pengoperasian Kalorimeter

adalah mengalirkan arus listrik melalui kumparan kawat yang ditempatkan dalam air suling. Saat mereka bergerak melalui kawat, pembawa muatan bertabrakan dengan atom logam dan kehilangan energi dalam prosesnya. Akibatnya, pembawa muatan memiliki kecepatan konstan sebanding dengan kuat medan listrik. Tabrakan pembawa muatan memberikan energi logam bermuatan, atau energi panas.

Kalor

Kalor merupakan bentuk energi yang mengalir atau berpindah karena adanya perbedaan temperatur atau suhu. Besar kenaikan suhu sebanding dengan banyaknya kalor yang diterima dan berbandng terbalik dengan massa zat dan kalor jenis zat.

Sesuai persamaan Q = m.c.∆T

dengan :

Q : Jumlah kalor yang diterima

m : Massa zat

c : Kalor jenis benda

∆T: Perubahan suhu.

kalor jenis yaitu banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 1oC.

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter sebesar 1oC pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimeter.

Dalam proses ini berlaku asas black yaitu Qlepas = Qditerima.

Termodinamika

Hubungan kuantitatif antara kalor dan energi bentuk lain disebut termodinamika.

Kapasitas panas

Kapasitas panas bersifat ekstensif yang artinya bahwa jumlahnya tergantung dari besar sampel.

Arus listrik

Arus adalah aliran muatan listrik. Jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penghantar persatuan waktu disebut arus,secara metematis ditulis sebagai :

I = Q/t (ampere)

dengan :

I : Besarnya arus listrik yang mengalir (ampere),

Q : Besarnya muatan kistrik (coloumb),

t : Waktu (detik).

Amperemeter

Alat untuk mengukur kuat arus listrik adalah Amperemeter.Ampereter selalu ditempatkan secara seri dengan rangkaian yang mengukur arus,dan memiliki resistansi internal yang rendah untuk memfasilitasi aliran arus.

Tegangan listrik

Tegangan adalah usaha (energi) yang secara fisik memindahkan muatan listrik.

Perumusan secara matematis ditulis sebagai berikut.

dengan :

V : Tegangan listrik (volt,Joule/Coloumb),

W : Usaha/energi (Joule),

Q : Muatan listrik (Coloumb).

Voltmeter

Besarnya tegangan dalam suatu rangkaian dapat diukur dengan alat yang disebut dengan Voltmeter disusun secara paralel.

Saklar

Saklar yaitu suatu benda yang digunakan sebagai penghubung dan pemutus arus listrik.Dalam satu rangkaian biasanya kering untuk mencegah terjadinya korsleting.

Hukum ohm

Berbunyi : “Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar atau hambatan besarnya sebanding dengan beda potensial atau tegangan antara ujung-ujung penghantar tersebut".

Secara matematis, hukum ohm dapat dirumuskan menjadi persamaan sebagai berikut.

V = I.R|
I = V/R

R = V/I

dimana :

V : Tegangan listrik (volt),

I : Kuat arus (ampere),
R : Hambatan (Ω)

Konduktor

Konduktor merupakan bahan atau zat yang dapat dengan mudah dilalui arus listrik, karena elektron-elektronnya mudah bergerak.

Contoh : Aluminium, tembaga, perak, dan lain sebagainya.

Isolator

Isolator merupakan bahan atau zat yang sukar atau tidak dapat dilalui arus listrik, karena elektron bebas pada isolator sukar bergerak.

Contoh : Kayu, karet, kaca, dan lain sebagainya.

Semikonduktor

Semikonduktor memiliki daya hantar listrik diantara konduktor dan isolator. Jika suhu semakin tinggi, maka hambatan jenis bahan akan bertambah sehingga sukar mengalirkan arus listrik.

Contoh : Arsen, silikon, germanium f.

Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik.

1. Resistor tetap

Terbuat dari karbon padat, lembaran logam tipis, atau kawat melingkar.

resistor tetap dicirikan dengan memiliki nilai resistansi tertentu. Tentukan nilai hambatan dari kode warna pada resistor tersebut.

2. Resistor variabel (reostat)

Resistor variabel Digunakan untuk mengatur arus listrik pada rangkaian. Fitur dari resistor variabel adalah bahwa nilai resistansi berubah.

Contoh rheostat :

1. Hambatan geser

Sebuah rheostat berbentuk silinder insulasi yang dililitkan pada sebuah konduktor. Resistansi geser membantu menciptakan nilai resistansi yang kecil namun bervariasi.

2.Potensiometer

Potensiometer memiliki bentuk dan ukuran fisik yang kecil, tetapi memiliki nilai hambatan yang besar karena merupakan resistor variabel yang terbuat dari bahan dengan resistansi tinggi. Potensiometer bertindak sebagai kontrol volume radio dan pita.

3.Termistor

Termistor adalah rheostat yang sangat sensitif terhadap perubahan suhu. Termistor digunakan sebagai komponen pemadam kebakaran.

4.Fotoresistor

Fotoresistor adalah resistor peka cahaya yang mengubah resistansi tergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya.

IV. Cara kerja

A. Mencari nilai air kalorimeter

1. Menimbang kalorimeter kosong dengan pengaduknya (Mk),

2. Mengisi dengan air kira-kira 1/4 bagian, lalu menimbang lagi (Mk + a),

3. Mencatat temperatur kalorimeter (+),

4. Mendidihkan air dalam beaker glass, mencatat temperatur air (tap),

5. Menambahkan air mrndidih kedalam kalorimeter sampai jumlah air 3/4 bagian.

6. Mengaduk-aduk dan memperhatikan kenaikan temperaturnya. Mencatat temperatur pada saat setimbang (saat tempetarur tidak naik lagi) (ts),

7. Menimbang lagi seluruhnya (Mk + a + p) = Mtotal.

B. Mencari konstanta Joule

1. Menimbang kalorimeter kosong,

2. Memasukkan air kira-kira 1/8 bagian dan menimbang lagi,

3. Menyusun rangkaian percobaan sesuai dengan gambar 1,

4. Menentukan kuat arus, menjaga agar tetap stabil dengan tahanan (hambatan geser),

5. Mencatat temperatur awal air didalam kalorimeter,

6. Mencatat kenaikan temperatur air setiap 2 menit untuk 10 kali pengamatan. Dan mencatat juga tegangannya,
7. Menanyakan pada asisten kebenaran dari rangkaian saudara sebelum memulai percobaan.

Gambar 1.

V. Tugas pendahuluan

1. Jelaskan proses perubahan energi yang terjadi pada percobaan konstanta joule ini!!

Jawab:
Kalorimeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia. Adapun kalor energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukkan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem.
Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi yang sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan

2. Bagaimana prinsip kerja kalorimeter listrik seperti yang terlihat pada gambar 1?

Jawab:
Prisip kerja kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar yang dimasukkan ke dalam air suling. Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar (akibat perbedaan potensial) pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstanta yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor/panas

3. Carilah satuan, dimensi dari : Energi Listrik, Energi Kalor, Kalor Jenis, dan Konstanta Joule

Jawab:
Energi Listrik
Satuan : Joule
Dimensi : [M] [L]² [T]^-2

Energi Kalor
Satuan : Joule
Dimensi : [M] [L]² [T]^-2

Kalor Jenis
Satuan : J/Kg.K (J.Kg^-1.K^-1)
Dimensi : [L]² [T] ^-2[θ]^-1

Konstanta Joule tidak mempunyai satuan dan dimensi karna merupakan percobaan Joule yang menemukan kesamaan (ekivalensi) antara kerja mekanikal terhadap jumlah perpindahan panas.

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan “tara kalor mekanik” dan “tara kalor listrik”??

Jawab:

Tara kalor mekanik adalah sumber energy yang didapat secara mekanik sehinggadapat menimbulkan energy panas. Sedangkan, tara kalor listrik dapat didefinisikansebagai pembanding antara energy listrik yang digunakan dengan panas yangditimbulkan.