LAPORAN PRAK TIKUM KESETARAAN ENERGI

(1)

KESETARAAN ENERGI

Rafika Rahmatia*), Isma Ika Pratiwi, Muhammad Fathur Rahmat

Laboratorium Fisika Dasar, Program Studi Pendidikan Fisika 2014, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas

Negeri Makassar Abstrak

Telah dilakukan eksperimen yang berjudul “Kesetaraan Energi”. Tujuan dilakukan percobaan ini adalah untuk memahami prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi dan menentukan nilai kesetaraan energi panas dan energy mekanis. Parktikum ini dilakukan dengan memanipulasi lama pemanasan yaitu 120 s, 240 s, 360 s, dan 480 s dengan pengambilan data sebanyak dua kali.. Berdasarkan hasil praktikum, diperoleh nilai kalor Q1=|1,0±2,0|102kalori, Q2=|2,0±2,0|102kalori, Q2=|2,0±2,0|102kalori, dan Q4=|2,9±1,9|102kalori, dan

nilai usaha (W) yang diperoleh adalah W1=|1,6±0,5|102J, W2=|3,1±1,0|102J, W3=|4,7±1,5|102J, dan W4=|6,2±2,0|102J. Prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi

terjadi ketika ada pengubahan energi listrik atau energi mekanis menjadi energi panas sehingga mengakibatkan terjadi kenaikan suhu didalam kalorimeter. Nilai kesetaraan energy yang diperoleh berdasarkan praktikum ini dari data pertama dan data kedua adalah |2,4±0,2|102_J_/kalori. Kata kunci: kalor, kalor jenis, kapasitas kalor, kesetaraan energi, energi mekanis RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi? 2. Berapa nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis? TUJUAN

1. Memahami prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi.

2. Menentukan nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis? METODOLOGI EKSPERIMEN

Teori Singkat

(2)

memanaskan air. Usaha ini dikenal sebagai kalor joule, yang dapat dinyatakan sebagai berikut:

W = V × I × t ………….………..………. (1.1)

Gambar.2.1.Perangkat percobaan joule

dimana V adalah beda potensial ujung-ujung elemen,I adalah kuat arus listrik dalam rangkaian,dan t adalah waktu pengaliran arus ke sistem. Energi panas yang dilepaskan oleh elemen listrik tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter sehingga temperatur sistem menjadi meningkat. Besar energi panas Q yang dibutuhkan oleh air untuk menaikkan temperaturnya sebanding dengan perubahantemperatur ∆T dan massa m,yaitu:

Q = m × c × ∆T ………...……….. (1.2) dimana c adalah kalor jenis air. Hasil eksperimen-eksperimen sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanis atau listrik (joule) untuk meningkatkan temperatur 1 g air dengan 1 °C, atau J energi mekanis atau listrik adalah ekuivalan dengan 1 kal energi panas (Herman, 2015: 7-8).

Pada tahun 1984, komunitas ilmiah memutuskan bahwa panas merupakan energi yang ditransfer, maka satuan SI yang digunakan untuk panas harus seperti dengan satuan yang digunakan untuk energi yaitu joule. Sementara kalori saat ini didefinisikan menjadi tepat 4,1868 J, tanpa mengacu kepada pemanasan air (Resnick, 2005: 522).

(3)

sebagian dari sifat fisisnya berubah. Sebagai contoh, kebanyakan padatan dan cairan memuai bila dipanaskan (Tipler 1991: 560-561).

Menurut Halliday (1978: 722), Kalor adalah sesuatu yang dipindahkan diantara sebuah sistem dan sekelilingnya sebagai akibat dari hanya perbedaan temperatur.

Alat dan Bahan 1. Alat

a. Kalorimeter Joule lengkap 1 buah

b. Power Supply DC Variabel 1 buah

c. Bacismeter 2 buah

d. Termometer celcius 1 buah

e. Stopwatch 1 buah

f. Neraca Ohauss 311 gram 1 buah

g. Kabel penghubung 4 buah

2. Bahan

Air secukupnya

Identifikasi Variabel

1. Variabel kontrol : Suhu awal (To), massa kalorimeter kosong (mkal). 2. Variabel manipulasi : Waktu (t), dan massa air (mair)

3. Variabel respon : Suhu akhir (Tc), tegangan (V), kuat arus listrik (I). Definisi Operasional Variabel

1) Variabel kontrol

a. Suhu awal (To) adalah suhu yang telah ditetapkan nilainya terlebih dahulu dan nilai tersebut sebagai titik acuan dimana stopwatchnharus dinyalakan. b. Massa kalorimeter kosong adalah nilai yang diperoleh dari hasil

pengukuran kalorimeter kosong dengan pengaduknya menggunakan neraca ohaus 311 gram. Satuannya adalah gram (g).

2) Variabel manipulasi

(4)

satuannya adalah sekon. Lama pemanasan dimanipulasi sebanyak lima kali, yaitu 120 s, 240 s, 360 s, 480 s, dan 600 s.

b. Massa air adalah banyak air yang digunakan dalam percobaan. Massa air diperoleh dari massa kalorimeter + air dikurangi massa calorimeter kosong dan satuannya adalah gram.

3) Variabel respon

a. Suhu akhir adalah nilai suhu yang diperoleh pada selang waktu yang telah ditentukan. Satuanya adalah derajat celcius (°C).

b. Tegangan adalah nilai yang terbaca di voltmeter setelah dialir listrik dari sumber daya (power supply). Satuannya adalah volt.

c. Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang diukur dengan menggunakan amperemeter dengan satuan ampere (A).

Prosedur Kerja

1. Menimbang kalorimeter dengan pengaduknya dengan menggunakan neraca ohauss 311 gram.

2. Memasukkan air kedalam kalorimeter dan menimbang kembali.

3. Merangkai basicmeter, power supply, kilometer, dan kabel penghubung. 4. Menyalakan power supply. Mengukur tegangan dan kuat listrik yang

mengalir.

5. Menentukan suhu acuan sebagai suhu awal.

6. Mengamati kenaikan suhu pada termometer dan menyalakan stopwatch tepat pada saat temometer menunjukkan suhu acuan

7. Mengamati penunjukan suhu selama selang waktu 1 menit pada setiap data. Mencatat penunjukan suhu sebagai suhu akhir.

8. Lakukan kegiatan yang sama dengan menggunakan massa air yang berbeda tetapi perbedaan yang tidak terlalu besar.

(5)

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA Hasil Pengamatan

NST Neraca Ohauss 311 gram = _{jumlah skala}batasukur = 0,1₁₀_skalagram = 0,01 gram/skala

NST Termometer = _{jumlah skala}batasukur = ₁₀10_skala℃ =¿1˚C/skala NST Stopwatch = _{jumlah skala}batasukur =₁₀1_skalas = 0,1 s/skala NST Voltmeter = _{jumlah skala}batasukur =₅₀50_skalaV =¿1 V/skala NST Ammeter = _{jumlah skala}batasukur =₅₀1_skalaA =¿0,02 A/skala

Data pertama

Massa kalorimeter kosong + pengaduk = |49,100 ± 0,005|.10-3_kg Massa calorimeter + air = |239,860 ± 0,005|.10-3_kg Massa air = |190,760 ± 0,005|.10-3_kg

Tegangan (V) = |2,0 ± 0,5| volt

Kuat arus (I) = |0,65 ± 0,02 | Ampere Suhu awal (T0) = |29,0 ± 0,5 | ℃

Tabel 1. Perubahan suhu (Tf) pada waktu tertentu (t)

No. Lama Pemanasan (s) Suhu akhir (Tf) (℃)

1 |120,0±0,5| |29,5±0,5|

2 |240,0±0,5| |30,0±0,5|

3 |360,0±0,5| |30,0±0,5|

4 |480,0±0,5| |30,5±0,5|

Data Kedua

(6)

Tabel .2 Perubahan suhu (Tf) pada waktu tertentu (t)

1 |120,0±0,5| |30,5±0,5|

2 |240,0±0,5| |31,0±0,5|

3 |360,0±0,5| |31,0±0,5|

4 |480,0±0,5| |31,5±0,5|

ANALISIS DATA Untuk massa air 1

Massa kalorimeter kosong = |49,100±0,005|gram

Massa kalorimeter + air = |239,860±0,005|gram

Massa air = |190,760±0,005|gram

Beda potensial = |2,0±0,2|Volt

Kuat arus listrik = |0,65±0,02|Ampere

Suhu awal air dalam kalorimeter (T0) = |29,0±0,5|°C

Kalor jenis kalorimeter(ck) = 0,22 kal/g℃ Kalor jenis air (ca) = 1 kal/g℃

1. Energi Kalor Q1 dan usaha W1 untuk lama pemanasan |120,0±0,1|s dan Tf =

|29,5±0,5|°C

a. Energi kalor air dan aluminium (kalori) 1) Qair = m.cair.∆T

= (190,760g ram)(1kal/g℃)(29,5−29,0)℃=95,38kalori

∆ Qair =

[

|

∆m

m

|

+

|

∆∆T∆T

|

]

Q ∆ Qair =

[

|

0,005 g

190,76 0g

|

+

|

1 ,0 0,5 ℃℃

|

]

95,38kalori= 190,763 kalori

KR=∆ Q_{Q ×}100 %=190,763_95,38_{kalori ×}kalori 100 %=200 %=2AB

Qair=|Q± ∆ Q|=|0,9±1,9|102 kalori

2) Qal = m.cal.∆T

(7)

∆ Qair =

[

|

b. Energi usaha (W) pada air dan kalorimeter W1 = V.I.t = (2,0 V)(0,65 A)(120 s) = 156 Joule

|

praktekpraktek−+teoriteori

2

|

(8)

a. Energi kalor air dan aluminium (kalori)

|

(9)

Dengan menggunakan cara yang sama pada nomor 1, diperoleh data hasil perhitungan sebagai berikut:

a. Energi kalor air dan aluminium (kalori) 1) Qair = 190,76kalori

|

(10)

|30,5±0,5|°C

Dengan menggunakan cara yang sama pada nomor 1), diperoleh data hasil perhitungan sebagai berikut:

|

2

|

(11)

¿

|

(2,064−4,186)J/kal (2,064+4,186)J/kal

2

|

×100 %=67,90 %

Berikut tabel hubungan antara kalor Q dengan usaha W beserta persen perbandingannya dengan teori:

Tabel 3. Hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W)

Q (Kalori) W (Joule) W/Q(J/kal) Persen diff

100,781 156 1,548 92,01%

201.562 312 1,548 92,01%

201,562 468 2,322 57,29%

302,343 624 2,064 67,90%

Berdasarkan tabel diatas, berikut ditampilkan grafik hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W).

Grafik 1. Hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W) Analisis grafik untuk massa 1

y = 2,3849x – 87,482 R² = 0,8997

(12)

m = y_{x =}∆W_{∆Q = γ}

(13)

Qair=|Q± ∆ Q|=|0,9±1,8|102 kalori

|

(14)

|31,0±0,5|°C

Dengan menggunakan cara yang sama pada bagian (a), diperoleh data hasil perhitungan sebagai berikut:

|

2

|

(15)

¿

(16)

%diff=

|

2

|

∆W =

[

|

∆V_V

|

+

|

_I∆I

|

+

|

∆t_t

|

]

W =

[

|

0 ,5_2,0

|

+

|

0,05_0,65

|

+

|

0,1₄₈₀

|

]

624 J = 204,179 J KR = ∆W_W x 100% = 204,179₆₂₄_J J x 100%= 32,7 % (2AB)

(17)

praktek=W_Q4

|

2

|

Berikut tabel hubungan antara kalor Q dengan usaha W beserta persen perbandingannya dengan teori:

Tabel 4. Hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W)

Q (Kalori) W (Joule) W/Q(J/kal) Persen diff

96,926 156 1,609 88,92 %

193,852 312 1,609 88,92 %

193,852 468 2,414 53,69 %

290,778 624 2,146 64,44 %

Berdasarkan tabel diatas, berikut ditampilkan grafik hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W).

Grafik 2. Hubungan antara kalor (Q) dengan usaha (W)

Analisis grafik untuk massa 1 y = 2,4142x – 78

(18)

Y = mx + c

Pada percobaan kali ini dilakukan pengambilan dua data. Pengambilan data pertama dilakukan dengan menggunakan suhu awal tetap. Percobaan ini dilakukan dengan menimbang massa kalorimeter kosong + pengaduk dan massa kalorimeter + air. Massa air diperoleh dengan mengurangkan hasil pengukuran massa kalorimeter kosong + pengaduk dengan massa kalorimeter + air. Pengambilan data dilakukan sebanyak 4 kali dengan memanipulasi waktu pemanasan yakni 120 s, 240 s, 360 s, dan 480 s. nilai perbandingan antara kalor (kalori) dengan usaha (joule) dapat dilihat pada pada tabel 2 hubungan antara kalor (Q) dengan Usaha (W). Nilai kesetaraan energi (equivalen) yang diperoleh berdasarkan praktikum adalah |2.4 ± 0 ,2| J/kal memiliki selisih yang sangat jauh

dengan nilai teori yaitu 4,186 J/kal. Persen perbedaan antara keduanya sebesar 22%. Hal tersebut juga terjadi pada pengambilan data kedua. Hasil analisis data kedua menunjukkan nilai kesetaraan energi berdasarkan praktikum adalah

|2.4 ± 0 ,2| J/kal memiliki selisih yang sangat jauh pula dengan nilai kesetaraan

(19)

praktikum, selisih suhu akhir dengan suhu awal sangat kecil. Kemungkinan ini terjadi karena aliran listrik yang mengalir dari power supplay sangat sedikit sehingga kalor yang dihasilkan pun sangat kecil, dalam artian bahwa power supplay tidak berfungsi sebagaimana mestinya.

SIMPULAN DAN SARAN SIMPULAN

1. Prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi terjadi ketika ada pengubahan energi listrik atau energi mekanis menjadi energi panas sehingga mengakibatkan terjadi kenaikan suhu didalam kalorimeter.

2. Nilai kesetaraan (ekuivalensi) energi yang diperoleh dari data pertama dan daa kedua adalah γ = |2.4 ± 0,2| J/kal,

SARAN

Praktikum kesetaraan energi memerlukan kesabaran dan ketelitian. Oleh karena itu, diharapkan kepada praktikan yang nantinya akan melakukan praktikum ini agar sabar dan teliti dalam mengambil data. Selain itu, kondisi alat perlu juga diperhatikan agar hasil dari praktikum yang dilakukan memperoleh data yang bagus sehingga praktikum yang dilakukan berhasil atau dapat membuktikan kebenaran dari teori-teori yang ada.

DAFTAR RUJUKAN

Halliday, Resnik & Robert. 1978. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga(terjemahan). Jakarta: Erlangga.

Herman, asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM.

Halliday, Resnick & Robert. 2005. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1(terjemahan). Jakarta: Erlangga.

Tippler. Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Tehnik Jilid 1(terjemahan).

(20)

LAPORAN SEMENTARA UNITE P-FD2-02 KESETARAAN ENERGI

Hari/Tanggal : Kelompok Praktikan : Anggota Kelompok :

No. NAMA NIM

1 2 3 4 5

Hasil Pengamatan

NST Neraca Ohauss 311 gram = _{jumlah skala}batasukur = 0,1₁₀_skalagram = 0,01 gram/skala

(21)

NST Stopwatch = _{jumlah skala}batasukur =₁₀1_skalas = 0,1 s/skala NST Voltmeter = _{jumlah skala}batasukur =₅₀50_skalaV =¿1 V/skala NST Ammeter = _{jumlah skala}batasukur =₅₀1_skalaA =¿0,02 A/skala