Laporan_kesetaraan_energi.pdf

KESETARAAN ENERGI Herayanti, Muh. Shadiq. K, Rezky Amaliah Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar Pendidikan Fisika 2014 Abstrak Telah dilakukan percobaan dengan judul kesetaraan energi. Kesetaraan energi memahami prinsip hukum I termodinamika bahwa energi tidak diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Tetapi, energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Kesetaraan energi menyamakan antara energi panas (kalor) dengan energi mekanis/listrik (joule). Tujuan dilakukannya percobaan ini adalah untuk mengetahui prinsip kesetaraan energi dan menentukan nilai energi panas dan energi mekanis. Adapun alat dan bahan yang digunakan pada pecobaan ini adalah kalorimeter joule lengkap, power supply DC variabel, basicmeter, kabel penghubung, termometer celcius, stopwatch, neraca ohauss 311 gram, dan air. Percobaan ini dilakukan dengan merangkai semua alat tersebut dan mengukur variabel-variabel yang ada. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan pada percobaan pertama, hasil yang diperoleh pada massa air pertama adalah γ= |4,75 ± 0,03|. Pada massa air kedua hasil yang diperoleh adalah γ= |5,12 ± 0,06|. Kemudian percobaan pada massa air ketiga diperoleh hasil sebesar γ= |5,11 ± 0,03|. Dapat disimpulkan bahwa praktikum yang kami lakukan berhasil karena hampir sama dengan teori.

Kata kunci : energi mekanis, kalor, kesetaraan energi

RUMUSAN MASALAH 1. Baagaimana prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi ? 2. Berapa nilai kesetaraan energi panas dan energi mekaanis ?

TUJUAN 1. Memahami prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi 2. Menentukan nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis

METODOLOGI EKSPERIMEN Teori Singkat Kalor adalah tenaga yang mengalir dari sebuah benda ke sebuah benda lain karena adanya perbedaan temperatur di antara kedua benda tersebut. Usaha adalah tenaga yang ditransmisikan dari sebuah sistem ke sebuah sistem yang lain sedemikian rupa sehingga perbedaan temperatur tidak terlibat secara langsung (Halliday & resnick, 1985).

Hukum pertama termodinamika telah menjelaskan tentang hukum kekekalan energi. Hukum ini dapat dijadikan dasar untuk menentukan kesetaraan energi panas (kalori) dan energi mekanis (joule). Berikut dalam gambar diberikan diagram percobaan joule.

Gambar 1. Diagram Percobaan Joule. Air dalam kalorimeter berada dalam dinding insulasi agar temperatur sistem tidak dapat dipengaruhi oleh panas yang masuk atau keluar darinya. Dengan pemberian beda potensial, arus listrik akan mengalir melalui amperemeter sehingga beda potensial akan timbul pada ujung-ujung kumparan yang akan menghasilkan usaha listrik pada sistem untuk memanaskan air. Usaha ini dikenal sebagai kalor joule, yang dapat dinyatakan sebagai: W=V×I×t

(1)

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 perubahan temperatur ∆𝑇 dan massa m, yaitu: Q = m × c × ∆T

(2)

dimana c adalah kalor jenis air. Hasil eksperimen joule dan eksperimeneksperimen sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanis atau listrik (joule) untuk meningkatkan temperatur 1 g air dengan 1 0C, atau 4,18 J energi mekanis atau listrik adalah ekuivalen dengan 1 kal energi panas (Herman,2015: 8).

Pemahaman hubungan antara panas dan energi bentuk lainnya muncul perlahan selama abad 18 dan 19. Sir James Joule (1818-1889) mempelajari bagaimana air dapat dipanaskan dengan adukan kuat dari roda pengaduk. Akhirnya Joule menemukan bahwa kenaikan suhu berbanding lurus dengan jumlah kerja yang diberikan. Kita menggunakan simbol Q sebagai kuantitas panas. Ketika dihubungkan dengan perubahan suhu yang sangat kecil dT, kemudian disebut dQ. Kuantitas panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu massa m dari bahan tertentu dari T1 menjadi T2 kira-kira setara dengan perubahan suhu DT = T2 – T1. Kuantitas panas juga berbanding lurus dengan massa bahan m. Kuantitas panas yang dibutuhkan tergantung pada sifat alami bahan; untuk menaikkan suhu satu kg air sebesar 1 0C diperlukan panas 4190 J, tapi hanya diperlukan 910 J untuk menaikkan satu kg alumunium sebesar 1 0C. Dengan menyatukan seluruh hubungan tersebut, kita peroleh: Q = m.c. DT (panas yang dibutuhkan untuk perubahan suhu pada massa m). Dimana c adalah kuantitas, yang berbeda untuk setiap bahan yang berlainan, dan disebut sebagai kapasitas panas spesifik (specific heat capacity) (atau terkadang panas spesifik) bahan tersebut. Untuk perubahan suhu yang sangat kecil dT dan kuantitas panas dQ yang berkaitan. dQ = m.c dT,

(kapasitas panas spesifik)

Q (atau dQ) dan DT (atau dT) dapat positif maupun negatif. Jika positif, panas memasuki benda dan suhunya naik; jika negatif, panas keluar dari benda dan suhunya turun. Kapasitas panas spesifik air adalah sekitar 4190 J/kg·K atau 1kal/g·0C atau 1Btu/lb·0F. Kapasitas panas spesifik dari suatu bahan tergantung pada suhu awal dan interval suhu (Young & Freedman, 2002). 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. Ketika muatan positif mengalir dalam konduktor, muatan ini mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah searah medan listrik. (Elektron yang bermuatan negatif bergerak ke arah berlawanan). Muatan lalu kehilangan energi potensial. Kehilangan energi potensial ini muncul sebagai energi kinetik pembawa muatan, hanya sesaat sebelum ditransfer ke material penghantar oleh tumbukan dengan ion-ion. Kehilangan energi potensial, menyebabkan energi termal konduktor (Paul A. Tipler, 1991).

Alat dan Bahan 1. Alat a. Kalorimeter Joule lengkap

1 buah

b. Power Supply DC Variabel

1 buah

c. Basicmeter

1 buah

d. Termometer Celcius

1 buah

e. Stopwatch

1 buah

f. Neraca Ohauss 311 gr

1 buah

g. Kabel penghubung

4 buah

2. Bahan a. Air

secukupnya

Identifikasi Variabel Kegiatan 1 1. Variabel manipulasi

: massa air (kg) dan waktu (s)

2. Variabel respon

: suhu (naik turun) (oC)

3. Variabel kontrol

: kuat arus listrik (A), beda potensial/tegangan (V),

suhu awal (oC)

Definisi Operasional Variabel Kegiatan 1 1. Variabel manipulasi

: massa air (kg) dan waktu (s)

a. Massa air adalah banyaknya berat air yang digunakan dalam percobaan diperoleh dari (massa kalorimeter + air) – massa kalorimeter kosong,diukur menggunakan neraca ohauss 311 gr dengan satuan kg. b. Waktu adalah lamanya pemberian kalor untuk menaikkan/menurunkan suhu air dalam kalorimeter yang diukur menggunakan stopwatch dengan satuan sekon. 2. Variabel respon

: suhu (naik turun) (oC)

Suhu (naik dan turun) adalah besar temperatur air dalam kalorimeter setiap menit setelah diberi kalor dan setelah arus dalam rangkaian dihilangkan yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan celcius. 3. Variabel kontrol

: beda potensial/tegangan (V), kuat arus listrik (A),

dan suhu awal (oC), massa kalorimeter kosong + pengaduk (kg) a. Beda potensial adalah besarnya tegangan yang digunakan dalam percobaan diukur menggunakan voltmeter dengan satuan volt. b. Kuat arus listrik adalah besarnya arus yang dialirkan pada rangkaian percobaan yang diukur menggunakan amperemeter dengan satuan amper. c. Suhu awal adalah keadaan temperatur air sebelum diberikan kalor yang diukur dengan menggunakan termometer dengan satuan celcius. d. Massa kalorimeter kosong + pengaduk adalah berat kalorometer kosong ditambah dengan pengaduk tanpa diberi beban (air) yang diukur menggunakan neraca ohauss 311 gr dengan satuan kg.

Prosedur Kerja Kegiatan 1 : 1. Memastikan semua alat dan bahan yang akan dipakai pada percobaan telah tersedia. 2. Menimbang massa kalorimeter kosong dengan menggunakan neraca ohauss 311 gram.

3. Menambahkan air ke dalam kalorimeter serta menimbangnya. 4. Merangkai percobaan dengan menghubungkan power supply DC variabel kutub positif dengan menggunakan kabel penghubung ganda . 5. Menghubungkan kalorimeter dengan basicmeter dengan rangkaian paralel untuk mengukur beda potensial. 6. Menghubungkan basicmeter dengan power supply DC variabel pada kutub negatif. 7. Setelah rangkaian terhubung dengan benar, kemudian menyambungkan dengan listrik (menyalakan power supply). 8. Mengamati kenaikan suhu air yang berada di dalam kalorimeter setiap 1 menit dengan melakukan pengambilan data sebanyak 10 kali dan mencatat hasil yang di peroleh pada tabel hasil pengamatan. 9. Melakukan kegiatan yang sama sebanyak 3 kali.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA Hasil Pengamatan Spesifikasi alat ukur NST Neraca Ohauss 311 gram

: 0,01 gram

NST Voltmeter

:1V

NST Amperemeter

: 0,1 A

NST Thermometer

: 1ºC

NST Stopwatch

: 0,1 s

Table 1. Hasil pengukuran Besaran yang diukur

Pengukuran ke

I

II

III

| 48,34 ± 0,01 | 10-3

| 48,34 ± 0,01 | 10-3

| 48,34 ± 0,01 | 10-3

| 224,05 ± 0,01 | 10-3

| 229,66 ± 0,01 | 10-3

| 232,62 ± 0,01 | 10-3

Massa kalorimeter + pengaduk, m1 (kg) Massa

calorimeter + pengaduk

+

air, m2 (kg) Massa air, ma (kg) Tegangan, V (Volt) Kuatarus,

I

(A) Suhuawal, T0 (ºC) Suhuakhir, Tf (ºC) Waktu, t (s)

| 175,71 ± 0,01 | 10-3

| 181,32 ± 0,01 | 10-3

| 184,28 ± 0,01 | 10-3

| 7,0 ± 0,5 |

| 7,0 ± 0,5 |

| 7,0 ± 0,5 |

| 1,75 ± 0,05 |

| 1,75 ± 0,05 |

| 1,75 ± 0,05 |

| 30,0 ± 0,5 |

| 30,0 ± 0,5 |

| 30,0 ± 0,5 |

| 36,0 ± 0,5 |

| 31,0 ± 0,5 |

| 32,5 ± 0,5 |

| 420,0 ± 0,1 |

| 60,0 ± 0,1 |

| 180,0 ± 0,1 |

Tabel 2. Hubungan antara waktu dan suhu Massa Air 1 : | 175,71 ± 0,01 | 10-3 gram Waktu (s)

Suhu akhir (ºC)

| 60,0 ± 0,1 |

| 30,5 ± 0,5 |

| 120,0 ± 0,1 |

| 31,5 ± 0,5 |

| 180,0 ± 0,1 |

| 32,5 ± 0,5 |

| 240,0 ± 0,1 |

| 33,0 ± 0,5 |

| 300,0 ± 0,1 |

| 34,0 ± 0,5 |

| 360,0 ± 0,1 |

| 35,0 ± 0,5 |

| 420,0 ± 0,1 |

| 36,0 ± 0,5 |

| 480,0 ± 0,1 |

| 36,5 ± 0,5 |

| 540,0 ± 0,1 |

| 37,0 ± 0,5 |

| 600,0 ± 0,1 |

| 38,0 ± 0,5 | Massa Air 2 : | 181,32 ± 0,01 | 10-3 gram

Waktu (s)

Suhu akhir (ºC)

| 60,0 ± 0,1 |

| 31,0 ± 0,5 |

| 120,0 ± 0,1 |

| 31,5 ± 0,5 |

| 180,0 ± 0,1 |

| 32,0 ± 0,5 |

| 240,0 ± 0,1 |

| 33,0 ± 0,5 |

| 300,0 ± 0,1 |

| 34,0 ± 0,5 |

| 360,0 ± 0,1 |

| 35,0 ± 0,5 |

| 420,0 ± 0,1 |

| 35,5 ± 0,5 |

| 480,0 ± 0,1 |

| 36,0 ± 0,5 |

| 540,0 ± 0,1 |

| 36,5 ± 0,5 |

| 600,0 ± 0,1 |

| 37,5 ± 0,5 | Massa Air 3 : | 184,28 ± 0,01 | 10-3 gram

Waktu (s)

Suhu akhir (ºC)

| 60,0 ± 0,1 |

| 31,0 ± 0,5 |

| 120,0 ± 0,1 |

| 31,5 ± 0,5 |

| 180,0 ± 0,1 |

| 32,5 ± 0,5 |

| 240,0 ± 0,1 |

| 33,0 ± 0,5 |

| 300,0 ± 0,1 |

| 34,0 ± 0,5 |

| 360,0 ± 0,1 |

| 34,5 ± 0,5 |

| 420,0 ± 0,1 |

| 35,0 ± 0,5 |

| 480,0 ± 0,1 |

| 36,0 ± 0,5 |

| 540,0 ± 0,1 |

| 37,0 ± 0,5 |

| 600,0 ± 0,1 |

| 37,5 ± 0,5 |

ANALISIS DATA Massa Kalorimeter + Pengaduk (mk) : 48,34 gram Massa Jenis Kalorimeter (ck)

: 0,22 g/cm3

Massa Jenis Air (ca)

: 1 g/cm3

SuhuAwal (T0)

: 30 ºC

Tegangan (V)

: 7,0 Volt

KuatArus (I)

: 1,75 A

1.

Untuk Massa Air 1

: 175,71 gram

Suhu Akhir

: 36 ºC

Waktu

: 420 s

Qair1 = mair × cair × ∆T =175,71 gr×1 kal/gr℃×6℃ = 1054,26 kalori δQ δQ ∆Q = | | ∆m+ | | ∆∆T δm δ∆T δ ( m c ∆T )

= |

δm

δ ( m c ∆T )

| ∆m+ |

δ∆T

| ∆∆T

= |c × ∆T × ∆m|+ |m ×c × ∆∆T| ∆Q Q

c × ∆T × ∆m

m ×c × ∆∆T

= | m ×c × ∆T | + | m ×c× ∆T | ∆m

∆∆T

∆Qair1 = [| m | + | ∆T |] Q 0,01

0,2

= [|175,71| + | 6 |] 1054,26 kalori = |0,000057 + 0,033| 1054,26 kalori = 35,16695 kalori KR = KR =

∆Q Q

x 100%

35,16695 1054,26

x 100%

KR = 3,34 %

(3AB)

Qair1 = |1,05 ± 0,03| x 103 kalori Qkal = mkal × caluminium × ∆T = 48,34 gr ×0,22 kal/gr℃×6℃ = 63,8088 kalori ∆m

∆∆T

∆Qkal

= [| m | + | ∆T |]

∆Qkal

0,01 0,2 = [| | + | |] 48,34 6 = |0,000207+0,25| 63,8088 = 2,14016 kalori

KR =

∆Q Q

x 100%

2,14016

KR = 63,8088 x 100% KR = 3,35 %

(3AB)

Qair1 = |63,8 ± 2,1| kalori Qtot

= Qair + Qkalori = 1054,26+63,8088 = 1118,069 kalori

∆Qtot = |

∂Qtot ∂Q | ∆Qair + | tot | ∆Qkal ∂Qair ∂Qkal

∆Qtot =|∆Qair +∆Qkal | ∆Qtot ∆Q +∆Qkal = | air | Qtot Qair +Qkal ∆Qtot = [|

∆Qair +∆Qkal Qair +Qkal

|] ×Qtot

35,16695 + 2,14016

= |

1054,26+63,8088

37,30711

| ×1118,069

= |1118,069| 1118,069 = 37,30711 kalori KR =

∆Q Q

x 100%

37,30711

KR = 1118,069 x 100% KR = 3,34 %

(3AB)

Qtot = |1,12 ± 0,04| x 103 kalori

W1 = V.I.t = 7 x 1,75 x 420 = 5145 Joule W1 = V.I.t ∂W

∂W

∂W

dW = | ∂V | dV+ | ∂I | dI+ | ∂t | dt ∂(V.I.t)

dW = | dW W dW W dW W ∆W W

∂V

∂(V.I.t)

| dV+ |

∂I

∂(V.I.t)

| dI+ |

l.t.dV

V.t.dI

V.I.dt

W

W

W

=|

|+|

l.t.dV

|+|

V.t.dI

∂t

| dt

|

V.I.dt

= | V.I.t | + | V.I.t | + | V.I.t | dV

dI

dt

∆V

∆I

=|V|+|I|+|t| ∆t

=| V |+|I |+|t | ∆V

∆I

0,5

0,05

∆t

∆W = [| V | + | I | + | t |] W 0,1

∆W = [| 7 | + |1,75| + |420|] 5145 J ∆W = 0,100238 x 5145 J ∆W = 515,725 J KR = KR =

∆W W

x 100%

515,725 5145

x 100%

KR = 10,024 %

(2AB)

W1 = |0,51 ± 0,05| x 104 J Tabel 3. Data Kalor dan Usaha (Massa 1) Kalor Q (Joule)

Usaha W (Joule)

93,1724

735

279,5172

1470

465,862

2205

559,0344

2940

745,3792

3675

931,724

4410

1118,0688

5145

1211,2412

5880

1304,4136

6615

1490,7584

7350

Analisis grafik untuk massa 1 y = 4.7555x + 143.35 R² = 0.9938 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 4,755 DK = R2 x 100% DK = 0,9938 x 100% DK = 99,38 % KR = 100% - DK KR = 100% - 99,38% KR = 0,62 % (3 AB) KR=

∆γ x 100 % γ

KR x γ 100% 0,62 % x 4,755 ∆γ= 100% 2,9481 ∆γ= 100% ∆γ=

∆γ= 0,029 γ= |γ ± ∆γ| γ= |4,75 ± 0,03| γp - γt % diff= | γ + γ | x 100 % p

t

2

% diff = |

4,75 - 4,186 4,75 + 4,186

| x 100 %

2

% diff = 0,1262 x 100 %

% diff = 12,62 % 2. Untuk Massa Air 2

: 181,32 gram

Suhu Akhir

: 31 ºC

Waktu

: 60 s

Qair2 = mair × cair × ∆T =181,32 gr×1 kal/gr℃×1℃ = 181,32 kalori ∆m

∆∆T

∆Qair2 = [| m | + | ∆T |] Q 0,01

0,2

= [|181,32| + | 1 |] 181,32 kalori = |0,000055 + 0,2| 181,32 kalori = 36,2739 kalori KR = KR =

∆Q Q

x 100%

36,2739 181,32

x 100%

KR = 20,0 %

(2AB)

Qair2 = |1,8 ± 0,4| x 102 kalori Qkal = mkal × caluminium × ∆T = 48,34 gr ×0,22 kal/gr℃×1℃ = 10,6348 kalori ∆m

∆∆T

∆Qkal

= [| m | + | ∆T |]

∆Qkal

0,01 0,2 = [| | + | |] Q 48,34 1 = |0,000207+0,2| 10,6348 kalori = 2,1291 kalori

KR =

∆Q Q

x 100%

2,1291

KR = 10,6348 x 100% KR = 20,0%

(2AB)

Qair2 = |1,1 ± 0,2| x 10 kalori Qtot

= Qair + Qkalori

= 181,32+10,6348 = 191,9548 kalori ∆Qtot = [|

∆Qair +∆Qkal |] ×Qtot Qair +Qkal

36,2739 + 2,1291

= | 181,32+10,6348 | × = |

38,403

191,9548

| 191,9548

= 38,403 kalori KR =

∆Q Q

x 100%

38,403

KR = 191,9548 x 100% KR = 20,0%

(2AB)

Qtot = |1,9 ± 0,4| x 102 kalori

W2 = V.I.t = 7 x 1,75 x 60 = 735 Joule ∆V

∆I

0,5

0,05

∆t

∆W = [| V | + | I | + | t |] W 0,1

∆W = [| 7 | + |1,75| + | 60 |] 735 J ∆W = 0,101667 x 735 J ∆W = 74,725 J KR = KR =

∆W W

x 100%

74,725 735

x 100%

KR = 10,1667 %

(2AB)

W2 = |0,74 ± 0,07| x 103 J Tabel 4. Hubungan antara kalor dan usaha (massa 2) Kalor Q (Joule) Usaha W (Joule) 191,9548

735

287,9322

1470

383,9096

2205

575,8644

2940

767,8192

3675

959,774

4410

1055,7514

5145

1151,7288

5880

1247,7062

6615

1439,661

7350

Analisis grafik untuk massa 2 y = 5.1222x - 87.039 R² = 0.9891 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 5,1222 DK = R2 x 100% DK = 0,9891 x 100% DK = 98,91 % KR = 100% - DK KR = 100% - 98,91% KR = 1,09 % (3 AB) KR=

∆γ x 100 % γ

KR x γ 100% 1,09 % x 5,1222 ∆γ= 100% 5,5832 ∆γ= 100% ∆γ=

∆γ= 0,056 γ= |γ ± ∆γ| γ= |5,12 ± 0,06| γp - γt % diff= | γ + γ | x 100 % p

t

2

% diff = |

5,12- 4,186 5,12 + 4,186

| x 100 %

2

% diff = 0,2007 x 100 %

% diff = 20,07 % 3. Untuk Massa Air 3

: 184,28 gram

Suhu Akhir

: 32,5 ºC

Waktu

: 180 s

Qair3 = mair × cair × ∆T =184,28 gr×1 kal/gr℃×2,5℃ = 460,7 kalori ∆m

∆∆T

∆Qair3 = [| m | + | ∆T |] Q 0,01

0,2

= [|184,28| + |2,5|] 460,7 kalori = |0,000054 + 0,08| 460,7 kalori = 36,88 kalori KR = KR =

∆Q Q

x 100%

36,88 460,7

x 100%

KR = 8,0%

(2AB)

Qair3 = |4,6 ± 0,4| x 102 kalori Qkal = mkal × caluminium × ∆T = 48,34 gr ×0,22 kal/gr℃×2,5℃ = 26,587 kalori ∆m

∆∆T

∆Qkal

= [| m | + | ∆T |]

∆Qkal

0,01 0,2 = [| | + | |] 26,587 kalori 48,34 2,5 = |0,000207+0,08| 26,587 kalori = 2,132 kalori

KR =

∆Q Q

x 100%

2,132

KR = 26,587 x 100% KR = 8,02%

(2AB)

Qair3 = |2,6 ± 0,2| x 10 kalori Qtot

= Qair + Qkalori

= 460,7+26,587 = 487,287 kalori ∆Qtot = [|

∆Qair +∆Qkal |] ×Qtot Qair +Qkal

36,88 + 2,132

= | 460,7+26,587 | × 487,287 = |

39,012

487,287

| 487,287

= 39,012 kalori KR =

∆Q Q

x 100%

39,012

KR = 487,287 x 100% KR = 8,0%

(2AB)

Qtot = |4,8 ± 0,4| x 102 kalori

W3 = V.I.t = 7 x 1,75 x 180 = 2205 Joule ∆V

∆I

0,5

0,05

∆t

∆W = [| V | + | I | + | t |] W 0,1

∆W = [| 7 | + |1,75| + |180|] 2205 J ∆W = 0,100556 x 2205 J ∆W = 221,725 J KR = KR =

∆W W

x 100%

221,725 2205

x 100%

KR = 10,0556 %

(2AB)

W3 = |0,22 ± 0,02| x 104 J Tabel 5. Hubungan antara Kalor dan Usaha (massa 3) Kalor Q (Joule) Usaha W (Joule) 194,9148

735

292,3722

1470

487,287

2205

584,7444

2940

779,6592

3675

877,1166

4410

974,574

5145

1169,4888

5880

1364,4036

6615

1461,861

7350

Analisis grafik untuk massa 3 y = 5.1152x - 145.02 R² = 0.9948 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 5,1152 DK = R2 x 100% DK = 0,9948 x 100% DK = 99,48 % KR = 100% - DK KR = 100% - 99,48% KR = 0,52 % (3 AB) KR=

∆γ x 100 % γ

KR x γ 100% 0,52 % x 5,1152 ∆γ = 100% 2,6599 ∆γ= 100% ∆γ=

∆γ= 0,026 γ= |γ ± ∆γ| γ= |5,11 ± 0,03| γp - γt % diff= | γ + γ | x 100 % p

t

2

% diff = |

5,11 - 4,186 5,11 + 4,186

| x 100 %

2

% diff = 0,1987 x 100 %

% diff = 19,87 % PEMBAHASAN Dari hasil praktikum yang telah dilakukan, terdapat tiga kegiatan. Pada kegiatan pertama menggunakan massa air sebesar |175,71±0,01| gram, kuat arus sebesar |1,75 ± 0,05| A dan beda potensial sebesar |7,0 ± ,5| V. Pada kegiatan pertama diperoleh besarnya energi panas/kalor yakni sebesar Qtot = |1,12 ± 0,04| x 103 kalori dan besar energi mekanisnya/usaha sebesar W1 = |0,51 ± 0,05| x 104 Joule. Pada kegiatan kedua menggunakan massa air sebesar |181,32±0,01| gram, kuat arus sebesar |1,75 ± 0,05| A dan beda potensial sebesar |7,0 ± ,5| V pada kegiatan kedua ini diperoleh energi Qtot = |1,9 ± 0,4| x 102 kalori dan besar energi mekanisnya/usaha sebesar W2 = |0,74 ± 0,07| x 103 Joule. Kemudian, pada kegiatan ketiga menggunakan massa air sebesar |184,28±0,01| gram, kuat arus sebesar |1,75 ± 0,05| A dan beda potensial sebesar |7,0 ± ,5| V. Pada kegiatan ketiga diperoleh besarnya energi panas/kalor yakni sebesar Qtot = |4,8 ± 0,4| x 102 kalori dan besar energi mekanisnya/usaha sebesar W3 = |0,22 ± 0,02| x 104 Joule. Namun, setiap kegiatan secara berturut-turut pada hasil tersebut jumlah kalor pada saat t = 420 s, t = 60 s, dan t = 180 s berbeda karena memiliki perbedaan suhu sehingga jumlah kalor yang dihasilkan pun berbeda. Hasil tersebut menunjukkan bahwa semakin lama waktu yang digunakan untuk memanaskan air yang berada dalam kalorimeter maka akan semakin besar pula usaha yang dilakukan dan semakin besar perubahan suhu yang terjadi maka akan semakin besar jumlah kalor yang dihasilkan. Telah diketahui bahwa secara teori nilai ekuivalensi antara energi panas dengan energi mekanis adalah 4,186 J. Bila dibandingkan dengan hasil praktikum yang kami dapatkan pada kegitan pertama untuk massa pertama sebesar γ = |4,75 ± 0,03| J, kegiatan kedua untuk massa kedua diperoleh nilai ekuivalensi sebesar γ= |5,12 ± 0,06| J, kemudian untuk kegiatan ketiga diperoleh hasil sebesar γ= |5,11 ± 0,03| J. Jadi dapat dilihat perbandingan hasil yang diperoleh melalui praktikum dengan teori terdapat perbedaan yang tidak cukup jauh. Sehingga dapat dikatakan praktikum yang kami lakukan berhasil karena perbedaannya tidak

terlalu jauh. Adanya perbedaan hasil yang diperoleh mungkin saja disebabkan oleh keadaan ruangan yang berAC sehingga mempengaruhi temperatur dari percobaan yang dilakukan, suhu dalam kalorimeter cepat naik dan turun. Kemudian mungkin disebabkan karena alat ukur yang digunakan tidak terlalu bagus. Dan satu lagi itu disebabkan dari praktikan sendiri yang tidak terlalu teliti dalam pengambilan data.

SIMPULAN DAN DISKUSI 1. Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi panas dengan energi mekanis yakni ketika energi panas yang diterima oleh air dan kalorimeter tidak jauh berbeda dengan energi termal yang dilepaskan elemen listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan cara mengalirkan arus listrik pada kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada dalam kalorimeter. Besar usaha untuk memanaskan air atau dikenal dengan kalor joule yang dinyatakan dalam persamaan W = V × I × t, sedangkan untuk menghitung besarnya energi panas yang dibutuhkan air yaitu melalui persamaan Q = m × c × ∆T. 2. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai kesetaraan antara energi panas (kalor) dengan energi mekanis/listrik sebesar 4,186 Joule yang sesuai dengan teori. Sesuai hasil praktikum diperoleh hasil γ= |4,99 ± 0,04| J Diharapkan kepada praktikan agar lebih teliti dalam pengambilan data dan kepada asisten agar memperhatikan praktikan dalam pengambilan data sehinga tidak lagi salah-salah dalam menganalisis data hasil praktikum.

DAFTAR RUJUKAN Halliday, Resnick. 2010. Fisika Dasar Jilid 1 Edisi Ketiga. Ciracas: Erlangga Herman, asisten LFD. 2014. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM Tipler, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.

Young, Hugh D. dan Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta: Erlangga.