LAPORAN RESMI PRAKTIKUM HUKUM JOULE

(1)

HUKUM JOULE (L1) PUJI KUMALA PERTIWI

1113100101 JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan tentang Hukum Joule, panas yang telah ditimbulkan oleh arus listrik percobaan yang mana dalam percobaan ini bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan Hukum Joule dan menentukan harga 1 joule. Pada percobaan yang telah dilakukan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan hukum joule dan menentukan harga 1 joule. Digunakan variasi arus listrik 0,4 A dan 0,5 A, serta dengan suhu awal 18 o dengan menggunakan rangkaian 1 dan rangkaian 2. Percobaan voltameter ini menggunakan prinsip Hukum Joule. Data yang diperoleh antara lain yaitu suhu akhir dan waktu yang dicapai. Setelah diperoleh data maka data diolah dan dilakukan perhitungan menggunakan hukum Joule. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa hasil rata-rata Q dan H lebih besar saat pada rangkaian 1, harga 1 joule adalah hasil rata-rata perhitungan H

(2)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kita mengetahui bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian juga menghasilkan panas. Pada peralatan - peralatan yang menggunakan arus listrik sebagai sumber energinya, apabila kita aktifkan dalam jangka waktu tertentu, maka akan timbul panas pada bagian rangkaian listrik yang merupakan tempat / pusat aktifitas arus listrik. Hal inilah yang melatar belakangi praktikum kami tentang panas yang ditimbulkan oleh arus listrik. Kenyataan tersebut perlu dikaji lebih lanjut mengingat panas yang ditimbulkan tergantung oleh beda potensial, arus listrik serta waktu yang diperlukan.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan dalam percobaan ini adalah bagaimana menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, dan bagaimana membuktikan hukum Joule dan menentukan harga 1 joule

1.3 Tujuan Percobaan

(3)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Arus Listrik

Ketika terminal-terminal baterai dihubungkan dengan jalur penghantar yang kontinu, maka didapatkan rangkaian listrikseperti pada gambar 2.1(a), dan pada diagram rangkaian, seperti pada gambar 2.1(b). Baterai disimbolkan seperti ini

[Symbol baterai]

Garis yang lebih panjang pada symbol ini menyatakan terminal positif, dan yang lebih pendek terminal negative. Alat yang diberi daya oleh baterai bisa berupa bola lampu (yang hanya merupakan kawat halus di dalam bola kaca hampa udara), 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 dinamakan arus listrik. Lebih tepat lagi, arus listrik pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya persatuan waktu pada suatu titik. Dengan demikian arus rata-rata I

didefinisikan sebagai

I = ∆ Q_{∆ t}

(2.1)

Dimana 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 ampere (A). Satuan yang sering digunakan adalah miliampere (1 mA = 10-3_{A) dan microampere (1 µA = 10}-6_A).

Pada rangkaian tunggal, seperti pada gambar 2.1, arus pada setiap saat sama pada satu titik. Hal ini sesuai dengan hukum kekekalan muatan listrik(muatan tidak hilang).

(4)

-(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Rangkaian listrik sederhana. (b) Gambar

skematis dari rangkaian yang sama.

Konduktor mengandung banyak electron bebas. Berarti bila kawat penghantar dihubungkan ke terminal-terminal baterai seperti pada gambar 2.1, sebenarnya electron bermuatan negative yang mengalir pada kawat. Ketika kawat pertama kali dihubungkan, beda potensial antara terminal-terminal baterai mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan paralel terhadapnya. Dengan demikian elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke terminal positif, dan pada saat yang sama, elektron-elektron meninggalkan terminal negative baterai dan memasuki kawat diujung yang lain. Ada aliran electron yang kontinu melalui kawat yang mulai kawat terhubung ke kedua terminal. Ketika kita membicarakan arus yang mengalir pada rangkaian, yang kita maksud adalah aliran muatan positif. Hal ini kadang-kadang disebut sebagai arus konvensional. Ketika kita ingin membicarakan arah aliran electron, kita akan menyebutnya arus electron secara spesifik. Pada zat cair dan gas, baik muatan (ion) positif dan negative dapat bergerak.

(Douglas. C. Giancolli. Fisika. 65)

2.2 Hambatan dan Resistor

(5)

eksperimen bahwa arus pada kawat logam sebanding dengan beda potensial v yang diberikan ke ujung-ujungnya.

Besarnya aliran arus pada kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan kawat terhadap aliran elektron. Elektron-elektron diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat. Semakin tinggi hambatan ini, semakin kecil arus untuk suatu tegangan V, maka dapat disimpulkan bahwa arus berbanding terbalik dengan hambatan.

I = V

R ………...

(2.2)

di mana R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya, V adalah beda potensial yang melintasi alat tersebut, dan I adalah arus yang mengalir. Hubungan ini dikenal sebagai Hukum Ohm. Satuan untuk hambatan disebut Ohm dan disingkat Ω (huruf besar Yunani untuk omega). Karena R = V/I . maka 1 Ω ekivalen dengan 1 V/A.

semua alat listrik, dari pemanas sampai bola lampu hingga amplifier stereo, memberikan hambatan terhadap aliran arus. Filament bola lampu dan pemanas listrik merupakan jenis kawat khusus yang hambatannya mengakibatkan alat tersebut menjadi sangat panas. Umumnya, kawat penghubung memiliki hambatan yang sangat kecil dibandingkan dengan hambatan filament atau kumparan kawat. Kebanyakan rangkaian, terutama pada alat-alat elektronik, resistor digunakan untuk mengendalikan besar arus. Resistor mempunyai hambatan mulai kurang dari satu ohm sampai jutaan ohm. Dua jenis utama adalah resistor gulungan kawat yang terdiri dari kumparan kawat halus, dan resistor komposisi yang biasanya terbuat dari karbon semikonduktor.

Kode Warna Resistor

(6)

Hijau 5 105 dengan kode warna, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di atas dan pada tabel, dua warna pertama menyatakan dua digit pertama nilai hambatan, warna ketiga menyatakan pangkat sepuluh yang digunakan untuk mengalikan, dan keempat merupakan toleransi pembuatan. Sebagai contoh, resistor yang keempat warnanya adalah merah, hijau, jingga, dan perak mempunyai hambatan sebesar 25.000 Ω (25 kΩ), dengan penyimpanan 10 persen.

(Douglas. C. Giancolli. Fisika. 67-69)

2.3 Daya Listrik

(7)

Energy yang diubah bila muatan Q bergerak melintasi beda potensial sebesar V adalah

V= EP_Q ...………(2.3)

dimana potensial listrik dinyatakan dengan symbol V dan muatan q memiliki energy potensial listrik sebesar EP.

Maka untuk mencari daya P, yang merupakan kecepatan perubahan energy adalah,

P = daya = energi yang diubah_waktu = QV_t

………(2.4) Muatan yang mengalir per detik Q/t, merupakan arus listrik I. Dengan demikian didapatkan,

P = IV ………(2.5) Hubungan umum ini menghasilkan daya yang diubah oleh suatu pernagkat dimana I adalah arus yang melewatinya dan V adalah beda potensial yang melintasinya. Rumus ini juga menyatakan daya yang diberikan oleh sebuah sumber seperti baterai. Satuan SI daya listrik untuk semua jenis daya lainnya, yaitu watt (1 watt = 1 J/det)

4.4 Efek Joule

Menjaga agar arus tetap mengalir dalam suatu konduktor memerlukan pengeluaran energi. Energi juga harus diberikan untuk mempercepat suatu ion dalam sebuah akselerator atau tabung electron, tetapi ada perbedaannya. Dalam akselerator energy yang diberikan digunakan untuk mempercepat ionnya. Dalam suatu konduktor, karena adanya interaksi antara elektron-elektron dan ion-ion positif dari lattice kristal, energy yang dipasok ke electron-elektron dipindahkan ke lattice cristal sehingga memperbesar energy penggetar lattice tersebut. Akibatnya suhu material akan naik dan ini adalah efek pemanasan arus yang telah diketahui dengan baik dan disebut efek joule.

(8)

- _A +

(9)

3.3 Skema Kerja

(10)

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data

Dari percobaan yang telah dilakukan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan hukum joule dan menentukan harga 1 joule. Digunakan variasi arus listrik 0,4 A dan 0,5 A, serta dengan suhu awal 18 o _{dengan menggunakan rangkaian 1 dan rangkaian 2, dan} diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data hasil percobaan dengan menggunakan rangkaian 1 saat arus listrik 0,4 A

massa air kalor jenis

suhu

(11)

199.4 18 18 9 0.5 0

massa air kalor jenis

suhu

massa air

kalor

jenis suhu awal suhu Volt arus

(12)

Untuk menentukan Q1 (panas yang diterima air) digunakan persamaan Q1 = w (Ta-Tm), untuk menentukan Q2 (panas yang diterima kalorimeter) digunakan persamaan Q2 = 0,26w (Ta-Tm), dan untuk menentukan nilai H (jumlah panas yang timbul) digunakan persamaan H = V i t

4.2.1 Perhitungan Q1

Q1 = w (Ta-Tm) = 151.4 (19-18) = 151.4 kalori

Tabel 4.5 perhitungan Q1 pada rangkaian 1

W Tm Ta Q1

151.4 18 19 151.4 151.4 18 20 302.8 151.4 18 21 454.2 151.4 18 22 605.6 151.4 18 23 757 151.4 18 24 908.4 151.4 18 25 1059.8 151.4 18 26 1211.2 151.4 18 27 1362.6

Tabel 4.6 Perhitungan Q1 pada rangkaian 2

W Tm ta Q1

(13)

151.4 18 23 757

Tabel 4.7 perhitungan Q2 pada rangkaian 1 harga Tabel 4.8 perhitungan Q2 pada rangkaian 2

(14)

39.36

Tabel 4.9 perhitungan H untuk arus listrik 0.4 pada rangkaian 1

V I T H

Tabel 4.10 perhitungan H untuk arus listrik 0.5 A pada rangkaian 1

V I t H

(15)

7 0.4 424 1187.2

V I t H

Pada percobaan Hukum Joule, Panas yang ditimbulkan oleh arus listrik yang bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik dan untuk membuktikan Hukum Joule dan menentukan harga 1 joule.Prinsip pada percobaan ini antara lain Hukum joule, arus listrik, daya listrik, hambatan dan resistor. Percobaan ini menggunakan 2 variasi yaitu 0,5 A dan 0,4 A. Pada percobaan ini yang dihasilkan adalah waktu yang ditempuh saat suhu mengalami kenaikan 1 derajat, yaitu mulai dari 18 derajat sampai yang terakhir 27 derajat.

(16)

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan adalah diketahui hasil sebagai berikut yang pertama perhitungan Q1 , nilai Q1 rata-rata pada rangkaian 1 adalah 757 K, nilai Q1 rata-rata pada rangkaian 2 adalah 605,6 K,

Sedangkan pada perhitungan Q2 dihasilkan nilai Q2 rata-rata pada rangkaian 1 adalah 196,52 K, nilai Q2 rata-rata pada rangkaian 2 adalah 157,456 K.

Perhitungan rata-rata H yang didapatkan, nilai rata-rata H pada rangkaian 1 saat menggunakan 0,4 A adalah 3235,56 , dan rata-rata H saat menggunakan 0,5A adalah 2949, Perhitungan rata-rata H yang didapatkan, nilai rata-rata H pada rangkaian 2 saat menggunakan 0,4 A adalah 2548, dan rata-rata H saat menggunakan 0,5A adalah 2869,71.

Dari hasil perhitungan terlihat bahwa hasil rata-rata Q dan H lebih besar saat pada rangkaian 1. Berarti rangkaian 1 lebih menguntungkan daripada rangkaian 2. Harga 1 joule adalah hasil rata-rata dari perhitungan H.

(17)

4.4 Grafik

(18)

BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan

(19)

TUGAS

Kode Percobaan : L1

Nama: Puji Kumala Pertiwi N R P : 1113100101 Tgl. Prak.: 17 Maret 2014 Nama Asst.: Deby Nur Sanjaya

Fungsi Alat dan Bahan :

1. Kalorimeter : Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor.

2. Termometer : thermometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu.

3. Adaptor : Fungsi utama power supply adalah sebagai sumber daya/energi untuk rangkaian elektronika lain. Adapun fungsi lainya yaitu sebagai pengkonvert tegangan listrik arus AC ke DC

4. Stopwatch : sebagai alat y ang digunakan untuk mengukur lamanya waktu yang diperlukan dalam suatu kegiatan

5. Amperemeter : Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik

6. Voltmeter : Voltmeter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik

7. Tahanan Geser : berfungsi untuk menstabilkan arus

Referensi

(20)