BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, energi listrik sering mengalami perubahan menjadi energi panas. Contohnya, ketika ingin merapikan pakaian menggunakan setrika listrik menjadi panas ketika dialiri arus listrik. Pemanas air listrik atau yang sering disebut teko listrik juga bekerja dengan prinsip serupa untuk memanaskan air yang digunakan untuk menyeduh minuman seperti kopi, teh, dan minuman instan lainnya. Bahkan, perangkat elektronik seperti laptop dan ponsel cenderung mengeluarkan panas saat digunakan dalam waktu lama. Semua fenomena ini menunjukkan bagaimana energi listrik dapat menghasilkan panas sesuai dengan prinsip Hukum Joule.
Hukum Joule memiliki berbagai penerapan dalam kehidupan, terutama dalam efisiensi dan keamanan perangkat listrik. Dalam industri kelistrikan, pemahaman hukum ini digunakan untuk merancang kabel listrik agar tidak mengalami panas berlebih yang dapat menyebabkan kebakaran. Selain itu, alat medis seperti terapi panas memanfaatkan konsep ini untuk membantu meredakan nyeri otot. Pemanas ruangan dan elemen pemanas pada kompor listrik juga bekerja berdasarkan hukum ini. Dengan memahami Hukum Joule, penggunaan energi listrik dapat dioptimalkan agar lebih efisien dan aman sehingga mengurangi angka kecelakaan kerja.
1.2 Rumusan Masalah
Dari permasalahan yang ada, dapat dirumuskan yakni Bagaimana menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik? Bagaimana membuktikan kebenaran Hukum Joule melalui percobaan? Dan bagaimana menentukan harga 1 joule berdasarkan hasil percobaan ?.
1.3 Tujuan
Praktikum ini bertujuan untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, membuktikan Hukum Joule, dan menentukan harga 1 joule berdasarkan hasil percobaan.
BAB II DASAR TEORI 2.1 Arus Listrik
Arus listrik merupakan aliran muatan listrik yang terjadi akibat perbedaan potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Salah satu prinsip dasar yang mendukung pemahaman tentang arus listrik adalah fenomena emisi termionik, yang pertama kali ditemukan oleh Thomas Edison pada tahun 1847–1931. Fenomena ini terjadi ketika sebuah katoda dipanaskan hingga berpijar, sehingga memancarkan muatan negatif yang kemudian bergerak menuju anoda yang bermuatan positif dalam sebuah tabung hampa udara. Muatan negatif yang berpindah dari katoda ke anoda ini awalnya disebut sebagai cathode rays atau sinar katoda karena tampak berasal dari katoda. Namun, kemudian diketahui bahwa sinar tersebut terdiri dari partikel bermuatan negatif yang sekarang disebut sebagai electron (Giancoli, 2014).
2.2 Tegangan
Tegangan (voltage) merupakan ukuran dari perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Tegangan tidak mengukur arus listrik, melainkan menunjukkan seberapa besar energi per satuan muatan yang tersedia untuk menggerakkan elektron melalui suatu penghantar. Dengan kata lain, tegangan adalah gaya dorong yang menyebabkan aliran muatan listrik dalam sebuah system. Tegangan sering kali disalahartikan sebagai arus listrik, padahal keduanya memiliki konsep yang berbeda. Arus listrik mengacu pada aliran muatan listrik dalam satuan ampere (𝐴), sedangkan tegangan diukur dalam satuan volt (V). Suatu lonjakan tegangan (voltage surge) tidak berarti adanya aliran arus listrik, karena arus hanya dapat terjadi jika terdapat jalur tertutup yang memungkinkan muatan listrik mengalir ( Serway, 2015)
2.3 Resistansi
Resistensi adalah kemampuan suatu benda untuk menghambat laju aliran muatan listrik.
Resistensi memiliki pengaruh dengan besar arus yang mengalir dalam sebuah batang tembaga. Resistensi antara dua titik benda dapat ditentukan dengan menerapkan beda potensial diantara titik tersebut dan mengukur arus yang dihasilkan. Berikut adalah persamaan resistensi
𝑅𝑉
𝐼………
Dimana R adalah resistensi atau hambatan, V adalaah tegangan, dan I adalah kuat arus listrik ( Wibowo,2021).
2.4 Kalor
Kalor merupakan bentuk energi yang berpindah dari suatu benda ke benda lain. Kalor
disebabkan oleh adanya perbedaan suhu antara kedua benda tersebut. Dalam SI, satuan untuk kalor sama dengan satuan lainnya, yaitu Joule. Perpindahan energi yang dimaksud adalah perpindahan energi suatu zat atau benda dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah ketika kedua benda tersebut saling bersentuhan. Meskipun kalor dan suhu memiliki hubungan erat keduanya merupakan konsep yang berbeda. Suhu merujuk pada tingkat panas atau dinginnya suatu benda, sedangkan kalor adalah energi yang dipindahkan dari suatu benda ke benda lain.
Perbedaan antara suhu dan kalor dapat diamati lebih jelas pada perubahan wujud zat.
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑡𝑇………
Persamaan diatas merupakan rumus perpindahan kalor dengan Q merupakan kalor, m adalah massa benda atau zat, c merupakan kapasitas calor, Delta T merupakan perubahan suhu (Sukma dkk.,2020)
2.5 Hukum Joule 2.6 Asas black 2.7 Termodinamika
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi dalam suatu sistem hanya dapat berubah melalui transfer energi dalam bentuk panas atau usaha. Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat berpindah atau berubah bentuk.
Hukum ini juga menyatakan bahwa tidak ada perbedaan fundamental antara energi yang ditransfer sebagai panas dan energi yang ditransfer sebagai usaha, karena keduanya dapat menyebabkan perubahan energi dalam system ( Halliday, 2007).
Lanjut di foto 2.8 Perpindahan panas
Perpindahan panas adalah proses transfer energi termal dari suatu benda atau medium ke benda lainnya akibat perbedaan suhu. Proses ini dapat terjadi melalui tiga mekanisme utama:
konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat padat tanpa perpindahan massa, seperti panas yang merambat pada pegangan logam panci. Konveksi terjadi dalam fluida akibat perbedaan densitas, contohnya arus panas dalam air mendidih.
Radiasi adalah perpindahan panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa medium, seperti energi matahari yang sampai ke bumi. Ketiga mekanisme ini sering bekerja bersamaan dalam berbagai sistem termal, misalnya termos yang dirancang untuk mengurangi kehilangan panas ( Huetinck, 2010).
BAB III METODOLOGI 3.1 Alat dan Bahan
Dalam praktikum Hukum Joule, digunakan beberapa alat dan bahan seperti kalorimeter satu set digunakan untuk menampung air dan mengukur perubahan suhu akibat panas yang dihasilkan oleh arus listrik. Multimeter digital digunakan untuk mengukur tegangan dan arus listrik yang mengalir dalam rangkaian, sehingga dapat menentukan daya listrik yang digunakan. Termometer berfungsi untuk mengukur perubahan suhu air dalam kalorimeter akibat pemanasan oleh arus listrik.
Stopwatch digunakan untuk mencatat waktu pemanasan secara akurat, sedangkan neraca digital diperlukan untuk menimbang massa air yang digunakan dalam kalorimeter agar perhitungan kalor dapat dilakukan dengan tepat. Kabel satu set digunakan sebagai penghubung dalam rangkaian listrik, sementara power supply berfungsi sebagai sumber tegangan yang mengalirkan arus listrik ke dalam sistem.
3.2 Skema Alat
3.3 Langkah Kerja
Dalam Langkah pertama dalam praktikum ini adalah merangkai alat sesuai dengan gambar yang telah disediakan, kemudian menghubungkan power supply ke tegangan PLN dengan seizin asisten. Selanjutnya, kalorimeter diisi dengan air, kemudian massa air beserta kalorimeter
ditimbang dan dicatat. Setelah itu, power supply diatur agar berfungsi sebagai current source dan arus listrik dinaikkan hingga mencapai 1A. Waktu yang dibutuhkan untuk setiap kenaikan suhu sebesar 1°C, dari 30°C hingga 40°C, dicatat menggunakan termometer. Percobaan yang sama dilakukan dengan variasi arus sebesar 2A, 3A, dan 4A, serta diulang sebanyak dua kali untuk setiap variasi arus guna memperoleh data yang lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Huetinck, L., & Adams, S. 2001. “CliffsQuickReview Physics.”. New York, NY: Hungry Minds, Inc.
