Unit_2._kesetaraan_energi.docx

KESETARAAN ENERGI Nur’arizkah, Sukmawati, Susi Suryani Syam PENDIDIKAN FISIKA 2015 Abstrak Praktikum kali ini berjudul kesetaraan energi. Adapun kegiatan pegukuran padap raktikum ini dilakukan sebanyak tiga kali. Pada pengukuran pertama diperoleh kalor total dan usaha listrik sebesar │4,6 ± 1,8│102 kal dan │2,7 ± 0,3│103 J, sedangkan nilai kesetaraan energi yang diperoleh dari grafik yakni |5,713 ± 0,030|J/ka. Sedangkan pada pengukuran kedua kalor total dan usaha listrik sebesar │1,0 ± 0,2│103 kal dan │5,5 ± 0,6│103 J, sedangkan nilai kesetaraan energi yang diperoleh dari grafik yakni |5,407 ± 0,030|J/kal. Dan untuk pengukuran ketiga kalor total dan usaha listrik sebesar │7,7 ± 0,2│102 kal dan │4,8 ± 0,5│103 J, sedangkan nilai kesetaraan energi yang diperoleh dari grafik yakni |6,227 ± 0,040|J/kal. Prinsip ekuivalensi menggunakan hukum kekekalan energi, sehingga nilai kesetaraan energi pada praktikum kali ini yakni γ̅ = |5,782 ± 0,1|J/kal.

Kata kunci : kalor, usaha, energi, kesetaraan.

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. Menetukan nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis. METODOLOGI EKSPERIMEN Teori Singkat Air yang dipanaskan dalam panci akan mulai panas dan lama-kelamaan akan mendidih. Peristiwa ini sering dijumpai dalam keseharian. Proses air menjadi panas dan mendidih melibatkan perpindahan kalor dari sumber kalor ke lingkungan sekitarnya. Sumber kalor adalah api, sehingga dapat dikatakan bahwa semakin besar nyala api, maka berarti makin besar kalor yang dimiliki, atau semakin lama dipanaskan maka semakin banyak kalor yang dilepaskan. Akibat pemberian kalor tersebut, maka suhu air akan mengalami kenaikan dimana semakin lama dipanaskan maka semakin besar kenaikan suhu pada air (Herman, 2015: 1).

Interaksi yang menyebabkan perpindahan suhu ini pada dasarnya adalah perpindahan energi dari satu bahan ke bahan yang lainnya. Perpindahan energi

yang hanya terjadi karena perbedaan suhu disebut aliran panas atau perpindahan panas, dan energi yang dipindahkan disebut panas (heat) (Young, 2002:467). Dua wadah berisi air yang massanya berbeda, jika dipanaskan dengan waktu yang sama maka suhu yang terukur pada kedua wadah tersebut akan berbeda. Suhu air dalam wadah yang memiki air yang massanya lebih kecil akan memilki suhu yang lebih tinggi dibanding wadah yang berisi air lebih banyak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan antara banyak kalor (Q), kenaikan suhu (ΔT) dan massa air (m). Segelas air panas yang dicampurkan dengan segelas air dingin, akan terasa hangat. Hal disebabkan oleh karena adanya perpindahan kalor dari air panas ke air dingin. Itulah sebabnya suhu air panas turun dan suhu air dingin naik setelah keduanya bercampur. Pada proses pencampuran tersebut, kalor yang dilepaskan air panas diserap oleh air dingin. Jadi banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang diserap. Pernyataan ini disebut Azaz Black yang secara matematis dapat dituliskan(Herman, 2015: 2); Qlepas = Qserap

................................................ (1)

Bila energi panas ditambahakan pada suatu zat, maka temperatur zat biasanya naik. (pengecualian terjadi selama perubahan fasa, seperti bila air membeku atau menguap, yang akan kita bahas dalam subbab berikut). Jumlah energi panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat itu (Tipler, 1998:598) Q = C ΔT = m c ΔT

..........................................(2)

Dengan C merupakan kapasitas panas zat, yang didefinisikan sebagai energi panas yang dibutuhkan untk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu derajat. Panas jenis c adalah kapasistas panas per satuan massa (Tipler, 1998:599): c=

C m

...........................................(3)

Satuan energi panas historis, kalori mula-mula didefinisikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air satu derajat Celcius (atau satu Kelvin karena derajat Celcius dan Kelvin besarnya sama). Selanjutnya kilokalori ialah banyaknya energi panas yang dibutuhkan

untuk menaikkan temperatur satu kilogram air dengan satu derajat Celcius (“Kalori” sebenarnya adalah kilokalori). Kalori sekarang didefinisikan dengan menyatakan dalam satuan SI untuk panas, yaitu Joule (Tipler, 1998:599): 1 kal = 4,184 J Dari definisi awal kalori, panas jenis air adalah(Tipler, 1998:599) cair = 1 kal/g°C = 1 kkal/kg°C = 1 kkal/kg.K = 4,184 kJ/kg.K Nilai-nilai untuk kalor lebur dan penguapan disebut juga kalor laten. Kalor penguapan dan lebur juga mengacu pada jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat ketika berubah dari gas ke cair, atau dari cair ke padat. Tentu saja kalor yang terlibat dalam perubahan fase tidak hanya bergantung pada kalor laten, tetapi juga pada massa total zat tersebut. Sehingga (Douglas, 2001: 497 – 498). Q=mL

...............................................(4)

Dimana L adalah kalor laten proses dan zat tertentu, m adalah massa zat dan Q adalah kalor yang dibutuhkan atau dikeluarkan selama perubahan fase. Proses ini adalah reversible (bisa bolak-balik). Untuk membekukan cairan air pada 0°C, panas yang harus dihilangkan besarnya adalah sama, tapi dalam kasus ini, Q negatif

karena panas dikeluarkan bukan ditambahkan. Untuk

melingkupi kedua kemungkinan dan mencakupi jenis perubahan fasa lainnya, kita tuliskan (Douglas, 2001: 497 – 498). Q = ± mL

..........................................(5)

Tanda plus (panas masuk) dipakai ketika bahan melebur; tanda minus (panas keluar) dipakai saat membeku panas peleburan berbeda untuk bahan yang berlainan, dan juga bervariasi terhadap tekanan (Douglas, 2001: 497 – 498). Hukum pertama termodinamika telah menjelaskan tentang hukum kekalan energi. Hukum ini dapat dijadikan dasar untuk menentukan kesetaraan energi panas (kalori) dan energi mekanis (Joule). Dalam percobaan menggunakan kalorimeter. Air di dalam kalorimeter berada dalam dinding insulasi agar temperatur sistem tidak dapat dipengaruhi oleh panas yang masuk atau keluar darinya. Dengan pemberian beda potensial VS, arus listrik akan mengalir melalui amperemeter, sehingga beda potensial akan timbul pada ujung-ujung kumparan

yang akan menghasilkan usaha listrik pada sistem pada sistem untuk memanaskan air, usaha ini dikenai sebagai kalor joule, yang dapat dinyatakan sebagai (Herman, 2015: 7): W=V×I× t

..........................................(6)

Dimana V adalah beda potensial ujung-ujung elemen, I adalah kuat arus listrik dalam rangkaian, dan t adalah waktu pengaliran arus ke sistem. Enrgi panas yang dilepaskan oleh elemen listrik tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter sehingga temperatur sistem menjadi meningkat (Herman, 2015: 8). Alat dan Bahan 1. Alat a. Kalorimeter Joule lengkap

1 set

b. Power supply DC variabel

1 buah

c. Basicmeter

2 buah

d. Termometer Celcius

1 buah

e. Stopwatch

1 buah

f. Neraca ohauss 311 gram

1 buah

g. Gelas kimia

2 buah

h. Alat tulis menulis 2. Bahan a. Air Identifikasi Variabel 1. Massa m1 (g) 2. Massa m2 (g) 3. Massa air (g) 4. Tegangan (V) 5. Kuat arus (A) 6. Suhu awal (°C) 7. Suhu Akhir (°C) 8. Waktu (s) Definisi Operasional Variabel

1.

Massa m1 (g) adalah ukuran massa kalorimeter kosong beserta pengaduknya yang diukur menggunakan naeraca ohauss 311 gram, dengan menggunakan satuan gram sebagai satuan dari hasil pengukuran.

2.

Massa m2 (g) adalah ukuran massa kalorimeter yang berisi air beserta pengaduknya sebelum dipanaskan. Alat ukur massa yang digunakan yakni neraca ohauss 311 gram, dengan menggunakan satuan gram sebagai satuan akhir hasil pengukuran.

3.

Massa air (g) adalah hasil yang diperoleh dari mengurangkan massa m 2 dengan m1 yang telah didapatkan sebelumnya. Sehingga hasil akhir perhitungan menggunakan satuan gram.

4.

Tegangan (V) adalah ukuran beda potensial listrik pada saat percobaan yang diukur menggunakan basicmeter. Adapun satuan yang digunakan yakni Volt (V).

5.

Kuat arus (A) adalah ukuran kuat arus listrik dari powersupply yang digunakan pada saat percobaan. Alat ukur yang digunakan yakni basicmeter dengan Ampere sebagai satuan akhir hasil pengukuran.

6.

Suhu awal (°C) adalah ukuran suhu air dalam kalorimeter sebelum dipanaskan menggunakan aliran listrik. Alat ukur yang digunakan yakni termometer batang Celcius dengan satuan akhir celcius.

7.

Suhu akhir (°C) adalah ukuran suhu air dalam kalorimeter ketika dipanaskan dalam jangka waktu yang telah ditentukan. Alat ukur yang digunakan yakni termometer batang Celcius dengan satuan akhir celcius.

8.

Waktu (s) adalah ukuran banyaknya waktu yang digunakan dalam pengukursan suhu pada percobaan. Alat ukur waktu yang digunakan yakni stopwatch dengan sekon sebagai satuannya.

Prosedur Kerja 1. Memastikan semua perangkat percobaan telah tersedia. 2. Merangkai percobaan Joule, melakukan pengukuran-pengukuran variabel yang dibuthkan untuk memperoleh kesetaraan energi panas dan energi

mekanis dengan menggunakan arus yang tidak melebihi 2 A, memastikan semua rangkaian telah benar sebelum menyalakan power supply. 3. Memulai kegiatan pengukuran dengan memerhatikan data yang diperlukan untuk mencari kesetaraan antara energi panas dan energi mekanik. HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA Hasil Pengamatan NST Neraca Ohauss 311 g

= 0,01 g

NST Voltmeter

=1V

NST Ammeter

= 0,1 A

NST Termometer

= 1°C

NST Stopwatch

= 0,1 s

Besaran yang

Tabel 1. Tabel Hasil Pengamatan Pengukuran ke-

Diukur

I

II

III

Massa kalorimeter

|48,830 ± 0,005|

|48,800 ± 0,005|

|48,800 ± 0,005|

|219,930 ± 0,005|

|238,300 ± 0,005|

|231,210 ± 0,005|

|171,10 ± 0,01|

|189,50 ± 0,01|

|182,41 ± 0,01|

|7,0 ± 0,5|

|7,0 ± 0,5|

|7,0 ± 0,5|

Kuat arus, I (A)

|1,65 ± 0,05|

|1,65 ± 0,05|

|1,65 ± 0,05|

Suhu awal, T0 (°C)

|30,0 ± 0,5|

|30,0 ± 0,5|

|30,0 ± 0,5|

Suhu akhir, Tf (°C)

|32,5 ± 0,5|

|35,0 ± 0,5|

|34,0 ± 0,5|

Waktu, t (s)

|180,0 ± 0,1|

|480,0 ± 0,1|

|420,0 ± 0,1|

kosong + pengaduk, m1 (g) Massa kalorimeter + air , m2(g) Massa air, ma (g) Tegangan, V (volt)

Tabel 2. Hasil pengukuran ke- I Waktu t (s) Suhu Akhir Tf (°C) |60,0 ± 0,1|

|31,1 ± 0,5|

|120,0 ± 0,1|

|32,0 ± 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|

|36,5 ± 0,5|

|600,0 ± 0,1|

|37,0 ± 0,5|

Tabel 3. Hasil pengukuran ke- II Waktu t (s) Suhu Akhir Tf (°C) |60,0 ± 0,1|

|30,5 ± 0,5|

|120,0 ± 0,1|

|31,0 ± 0,5|

|180,0 ± 0,1|

|31,5 ± 0,5|

|240,0 ± 0,1|

|32,0 ± 0,5|

|300,0 ± 0,1|

|33,0 ± 0,5|

|360,0 ± 0,1|

|33,5 ± 0,5|

|420,0 ± 0,1|

|34,0 ± 0,5|

|480,0 ± 0,1|

|35,0 ± 0,5|

|540,0 ± 0,1|

|35,5 ± 0,5|

|600,0 ± 0,1|

|36,0 ± 0,5|

Tabel 4. Hasil pengukuran ke- III Waktu t (s) Suhu Akhir Tf (°C) |60,0 ± 0,1|

|30,5 ± 0,5|

|120,0 ± 0,1|

|31,0 ± 0,5|

|180,0 ± 0,1|

|31,5 ± 0,5|

|240,0 ± 0,1|

|32,0 ± 0,5|

|300,0 ± 0,1|

|32,5 ± 0,5|

|360,0 ± 0,1|

|33,0 ± 0,5|

|420,0 ± 0,1|

|34,0 ± 0,5|

|480,0 ± 0,1|

|34,5 ± 0,5|

|540,0 ± 0,1|

|35,0 ± 0,5|

|600,0 ± 0,1|

|35,5 ± 0,5|

ANALISIS DATA Untuk m1 Massa Kalorimeter + Pengaduk (mal) : | 48,830 ± 0,005 | g Massa Jenis Kalorimeter (cal)

: 0,22 kal/g°C

Massa air (mair)

: | 171,100 ± 0,01 | g

Massa Jenis Air (ca)

: 1 kal/g°C

Suhu Awal (T0)

: | 30,0 ± 0,5 | ºC

Suhu Akhir (Tf)

: | 32,5 ± 0,5 | ºC

Tegangan (V)

: | 7,0 ± 0,5 | V

Kuat Arus (I)

: | 1,65 ± 0,05 | A

Waktu

: | 180,0 ± 0,1 | s

1.

Energi panas yang diterima oleh air dan kalorimeter. Q = m c ΔT QTot = (maca + malcal) ΔT = ((171,100 g × 1 kal/g°C) + (48,830 × 0,22 kal/g°C)) (32,5 - 30,0)°C = 181,8426 kal/°C × 2,5 °C = 454,6065 kal dQTot = |

∂QTot ∂Q | d(mair +mal ) + | Tot | d∆T ∂(mair +mal ) ∂∆T

dQTot = |

∂((mair +mal )∆T) ∂((mair +mal )∆T) | d(mair +mal ) + | | d∆T ∂(mair +mal ) ∂∆T

dQTot =|∆T|d(mair +mal ) + |(mair +mal )|d∆T

(m +mal ) dQTot ∆T =| | d(mair +mal ) + | air | d∆T QTot QTot QTot (mair +mal ) dQTot ∆T =| | d(mair +mal ) + | | d∆T QTot (mair +mal )∆T (mair +mal )∆T (∆mair +∆mal ) ∆QTot ∆∆T =| |+ | | QTot mair +mal ∆T ∆QTot = |

(∆mair +∆mal ) ∆∆T + | QTot mair +mal ∆T

∆QTot = |

(0,01 + 0,005)g 1℃ + | 454,6065 kal (171,10 + 48,83)g 2,5 ℃

∆QTot = |

0,015 1℃ + | 454,6065 kal 219,93 2,5 ℃

∆QTot = 0,4000682 × 454,6065 kal = 181,8736 kal KR =

∆QTot 181,8736 kal ×100% = ×100% = 40% = 2 AB QTot 454,6065 kal

PF : QTot = │ QTot ± ΔQTot │= │4,6 ± 1,8│102 kal

2.

Usaha listrik pada sistem W = V × I × t = 7,0 V × 1,65 A × 180,0 s = 2709 Joule ∂W ∂W ∂W dW = | | dV + | | dI + | | dt ∂V ∂I ∂t ∂(V × I × t) ∂(V × I × t) ∂(V × I × t) dW = | | dV + | | dI + | | dt ∂V ∂I ∂t dW =|I × t|dV + |V × t|dI + |V × I|dt dW I×t V×t V×I =| | dV + | | dI + | | dt W V×I×t V×I×t V×I×t ∆W ∆V ∆I ∆t =| |+| |+ | | W V I t ∆V ∆I ∆t ∆W = | + + | W V I t 0,5 0,05 0,1 ∆W = | + + | 2709 J 7,0 1,65 180,0 ∆W = 0,10195 × 2709 J = 276,18 J

KR =

∆W 2709 J ×100% = ×100% = 10% = 2 AB W 276,18 J

PF : W = │ W ± ΔW │= │2,7 ± 0,3│103 J

3.

Grafik hubungan Tabel 5. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan usaha (W) Jumlah Kalor QTot (kal) Usaha W (J) 181,8426

693

363,6852

1386

454,6065

2079

545,5278

2772

727,3704

3465

818,2917

4158

909,213

4851

1091,056

5544

1181,977

6237

1272,898

6930

y = 5.7126x - 499.47 R² = 0.9948 8000

Usaha W (J)

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000

0 0.0000

500.0000

1000.0000

1500.0000

Jumlah Kalor QTot (kal) Grafik 1. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan Usaha (W)

Analisis grafik untuk m1 y = 5,7126x + 499,47 R² = 0,9948 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 5,7126 DK = R2 × 100% DK = 0,9948 × 100% DK = 99,48% KR = 100% - DK KR = 100% - 99,48% KR = 0,52 % (4AB) KR =

∆γ × 100 % γ

KR × γ 100% 0,52 % × 5,7126 ∆γ = 100% 2,97 ∆γ = 100% ∆γ =

∆γ = 0,0297 γ = |γ ± ∆γ| γ = |5,713 ± 0,030|J/kal γp - γt % diff = | γ + γ | × 100 % p

t

2

% diff = |

5,713 - 4,180 5,713 + 4,180 2

% diff = 0,30 x 100 % % diff = 30 %

| x 100 %

Untuk m2 Massa Kalorimeter + Pengaduk (mal) : | 48,800 ± 0,005 | g Massa Jenis Kalorimeter (cal)

: 0,22 kal/g°C

Massa air (mair)

: | 189,50 ± 0,01 | g

Massa Jenis Air (ca)

: 1 kal/g°C

Suhu Awal (T0)

: | 30,0 ± 0,5 | ºC

Suhu Akhir (Tf)

: | 35,0 ± 0,5 | ºC

Tegangan (V)

: | 7,0 ± 0,5 | V

Kuat Arus (I)

: | 1,65 ± 0,05 | A

Waktu

: | 480,0 ± 0,1 | s

1.

Energi panas yang diterima oleh air dan kalorimeter. Q = m c ΔT QTot = (maca + malcal) ΔT = ((189,50 g × 1 kal/g°C) + (48,800 × 0,22 kal/g°C)) (35,0 - 30,0)°C = 200,236 kal/°C × 5 °C = 1001,18 kal ∆QTot = |

(∆mair +∆mal ) ∆∆T + | QTot mair +mal ∆T

∆QTot = |

(0,01 + 0,005)g 1 ℃ + | 1001,18 kal (189,5 + 48,80)g 5 ℃

∆QTot = |

0,015 1 ℃ + | 1001,18 kal 238,3 5 ℃

∆QTot = 0,2000629 × 1001,18 kal = 200,29 kal KR

=

∆QTot 200,29 kal ×100% = ×100% = 20% = 2 AB QTot 1001,18 kal

PF : QTot = │ QTot ± ΔQTot │= │1,0 ± 0,2│103 kal

2.

Usaha listrik pada sistem W = V × I × t = 7,0 V × 1,65 A × 480,0 s = 5544 Joule ∆V ∆I ∆t ∆W = | + + | W V I t 0,5 0,05 0,1 ∆W = | + + | 5544 J 7,0 1,65 480,0

∆W = 0,10161 × 5544 J = 563,32 J KR =

∆W 563,32 J ×100% = ×100% = 10% = 2 AB W 5544 J

PF : W = │ W ± ΔW │= │5,5 ± 0,6│103 J

3.

Grafik hubungan Tabel 6. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan usaha (W) Jumlah Kalor QTot (kal) Usaha W (J) 100,118

693

200,236

1386

300,354

2079

400,472

2772

600,708

3465

700,826

4158

800,944

4851

1001,18

5544

1101,298

6237

1201,416

6930

y = 5.4077x + 346.5 R² = 0.9943 8000

Usaha W (J)

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0.000

500.000

1000.000

1500.000

Jumlah Kalor QTot (kal) Grafik 2. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan Usaha (W)

Analisis grafik untuk m2 y = 5,4077x + 346,5 R² = 0,9943 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 5,4077 DK = R2 × 100% DK = 0,9943 × 100% DK = 99,43% KR = 100% - DK KR = 100% - 99,43% KR = 0,57 % (4AB) KR =

∆γ × 100 % γ

KR × γ 100% 0,57 % × 5,4077 ∆γ = 100% 3,08 ∆γ = 100% ∆γ =

∆γ = 0,0308 γ = |γ ± ∆γ| γ = |5,407 ± 0,030|J/kal γp - γt % diff = | γ + γ | × 100 % p

t

2

% diff = |

5,407 - 4,180 5,407 + 4,180 2

% diff = 0,26 x 100 % % diff = 26 %

| x 100 %

Untuk m3 Massa Kalorimeter + Pengaduk (mal) : | 48,800 ± 0,005 | g Massa Jenis Kalorimeter (cal)

: 0,22 kal/g°C

Massa air (mair)

: | 182,41 ± 0,01 | g

Massa Jenis Air (ca)

: 1 kal/g°C

Suhu Awal (T0)

: | 30,0 ± 0,5 | ºC

Suhu Akhir (Tf)

: | 34,0 ± 0,5 | ºC

Tegangan (V)

: | 7,0 ± 0,5 | V

Kuat Arus (I)

: | 1,65 ± 0,05 | A

Waktu

: | 420,0 ± 0,1 | s

4.

Energi panas yang diterima oleh air dan kalorimeter. Q = m c ΔT QTot = (maca + malcal) ΔT = ((182,41 g × 1 kal/g°C) + (48,800 × 0,22 kal/g°C)) (34,0 - 30,0)°C = 193,146 kal/°C × 4 °C = 772,584 kal ∆QTot = |

(∆mair +∆mal ) ∆∆T + | QTot mair +mal ∆T

∆QTot = |

(0,01 + 0,005)g 1 ℃ + | 772,584 kal (182,41 + 48,80)g 4 ℃

∆QTot = |

0,015 1 ℃ + | 772,584 kal 231,21 4 ℃

∆QTot = 0,2500649 × 772,584 kal = 193,196 kal KR

=

∆QTot 193,196 kal ×100% = ×100% = 25% = 2 AB QTot 772,584 kal

PF : QTot = │ QTot ± ΔQTot │= │7,7 ± 0,2│102 kal

5.

Usaha listrik pada sistem W = V × I × t = 7,0 V × 1,65 A × 420,0 s = 4851 Joule ∆V ∆I ∆t ∆W = | + + | W V I t 0,5 0,05 0,1 ∆W = | + + | 4851 J 7,0 1,65 420,0

∆W = 0,101638 × 4851 J = 493,05 J KR =

∆W 493,05 J ×100% = ×100% = 10% = 2 AB W 4851 J

PF : W = │ W ± ΔW │= │4,8 ± 0,5│103 J

6.

Grafik hubungan Tabel 6. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan usaha (W) Jumlah Kalor QTot (kal) Usaha W (J) 96,573

693

193,146

1386

289,719

2079

386,292

2772

482,865

3465

579,438

4158

772,584

4851

869,157

5544

965,73

6237

1062,303

6930

y = 6.227x + 263.45 R² = 0.994 8000

Usaha W (J)

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0.000

200.000

400.000

600.000

800.000 1000.000 1200.000

Jumlah Kalor QTot (kal) Grafik 3. Hubungan jumlah kalor (QTot) dengan Usaha (W)

Analisis grafik untuk m2 y = 6,227x + 263,45 R² = 0,994 y = mx + c y ∆W m= = =γ x ∆Q m=γ γ = 6,227 DK = R2 × 100% DK = 0,994 × 100% DK = 99,4% KR = 100% - DK KR = 100% - 99,4% KR = 0,6 % (4AB) KR =

∆γ × 100 % γ

KR × γ 100% 0,6 % × 6,227 ∆γ = 100% 3 ,7362 ∆γ = 100% ∆γ =

∆γ = 0,037362 γ = |γ ± ∆γ| γ = |6,227 ± 0,040|J/kal γp - γt % diff = | γ + γ | × 100 % p

t

2

% diff = |

6,227 - 4,180 6,227 + 4,180 2

% diff = 0,39 x 100 % % diff = 39 %

| x 100 %

PEMBAHASAN Praktikum ini terdiri atas satu kegiatan yakni untuk menentukan nilai kesetaraan energi dalam tiga kali perngukuran. Berdasarkan analisis data pada pengukuran pertama dapat diperoleh datadata

yakni

massa

kalorimeter

kosong

beserta

pengaduknya

yakni

| 48,830 ± 0,005 | g, massa air yang digunakan yakni | 171,10 ± 0,01 | g, kuat arus dan beda potensial yang digunakan yakni | 1,65 ± 0,05 | A dan | 7,0 ± 0,5 | V, serta besar perubahan suhu dan waktu pemanasan yakni | 2,5 ± 1,0 | ºC dan | 180,0 ± 0,1 | s. Massa air, kalorimeter kosong, dan perubahan kenaikan suhu digunakan untuk menghitung jumlah kalor yang diperlukan selama pemanasan dengan persamaan matematis Q = m c ΔT. Sedangkan kuat arus listrik, beda potensial, dan lama pemanasan digunakan untuk menghitung usaha yang dilakukan selama pemanasan dengan menggunakan persamaan matematis W

=

V

×

I

×

t.

Sehingga

diperolehlah

jumlah

kalor

sebesar

QTot = │4,6 ± 1,8│102 kal, dan usaha sebesar W = │2,7 ± 0,3│103 J. Selanjutnya dengan menggunakan data-data pengukuran yang sebelumnya dibuat grafik hubungan antara jumlah kalor dan usaha listrik, hal ini dilakukan untuk menentukan nilai γ atau “gamma” yang diperoleh dari percobaan yang dilakukan. Adapun nilai gamma yang diuperoleh yakni γ = |5,713 ± 0,030|J/kal . Nilai gamma tersebut merupakan besar nilai kesetaraan energi dari percobaan yang kemudian dibandingkan dengan nilai kesetaraan energi secara teori. Pada pengukuran kedua diperoleh data-data yakni massa kalorimeter kosong beserta pengaduknya yakni | 48,800 ± 0,005 | g, massa air yang digunakan yakni | 189,50 ± 0,01 | g, kuat arus dan beda potensial yang digunakan yakni | 1,65 ± 0,05 | A dan | 7,0 ± 0,5 | V, serta besar perubahan suhu dan waktu pemanasan yakni | 5 ± 1 | ºC dan | 480,0 ± 0,1 | sdengan cara yang sama dengan kegiatan pertama diperolehlah jumlah kalor sebesar QTot = │1,0 ± 0,2│103 kal, dan usaha sebesar W = │5,5 ± 0,6│103 J. Selanjutnya dengan menggunakan datadata pengukuran yang sebelumnya dibuat grafik hubungan antara jumlah kalor dan usaha listrik, hal ini dilakukan untuk menentukan nilai γ atau “gamma” yang diperoleh dari percobaan yang dilakukan. Adapun nilai gamma yang diuperoleh

yakni γ = |5,407 ± 0,030|J/kal . Nilai gamma tersebut merupakan besar nilai kesetaraan energi dari percobaan yang kemudian dibandingkan dengan nilai kesetaraan energi secara teori. Pada pengukuran ketiga diperoleh data-data yakni massa kalorimeter kosong beserta pengaduknya yakni | 48,800 ± 0,005 | g, massa air yang digunakan yakni

| 182,410 ± 0,01 | g, kuat arus dan beda potensial yang digunakan yakni

| 1,65 ± 0,05 | A dan | 7,0 ± 0,5 | V, serta besar perubahan suhu dan waktu pemanasan yakni | 4 ± 1 | ºC dan | 420,0 ± 0,1 | sdengan cara yang sama dengan kegiatan pertama diperolehlah jumlah kalor sebesar QTot = │7,7 ± 0,2│102 kal, dan usaha sebesar W = │4,8 ± 0,5│103 J. Selanjutnya dengan menggunakan datadata pengukuran yang sebelumnya dibuat grafik hubungan antara jumlah kalor dan usaha listrik, hal ini dilakukan untuk menentukan nilai γ atau “gamma” yang diperoleh dari percobaan yang dilakukan. Adapun nilai gamma yang diuperoleh yakni γ = |6,227 ± 0,040|J/kal . Nilai gamma tersebut merupakan besar nilai kesetaraan energi dari percobaan yang kemudian dibandingkan dengan nilai kesetaraan energi secara teori. Ketiga nilai kesetaraan diatas kemudian dibandingkan dengan nilai kesetaraan energi secara teori yakni 4,180 J/kal dan diperolehlah kesimpulan bahwa hasil percobaan kali ini gagal akibat adanya jarak yang terlalu dari nili kesetaraan hasil percobaan dengan hasil teori. Adapun kesalahan atau kegagalan dalam percobaan ini kemungkinan disebabkan oleh alat ukur massa yakni neraca yang mulai rusak sehingga pengkalibrasian alat harus diulang terus menerus setelah mengukur satu massa, suhu ruangan dipengaruhi AC yang akan mempengaruhi hasil ukur, karena membuat perubahan pada suhu awal maupu suhu akhir, kurang pekanya pengamat saat memencet tombol stopwatch. Hal ini akan menambah ataupun mengurangi waktu dan akhirnya akan mengubah hasil ukur, adanya paralaks saat pembacaan skala pada termometer yang tidak diperhitungkan pengamat, kemungkinan ada energi yang diserap oleh benda lain atau atau ada panas yang terbuang ke lingkungan, kemampuan kalorimeter dalam menyimpan panas yang tidak diketahui, menyebabkan tidak terdeteksinya kemungkinan panas yang lepas ke lingkungan.

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 1. Prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi menggunakan hukum kekekalan energi yakni energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, namun energi dapat diubah ke bentuk energi lainnya. Hal ini berlaku ketika usaha dari arus listrik yang digunakan ketika memanaskan air atau dikenal dengan energi mekanis (Joule) berubah menjadi menjadi kalor atau energi panas (kalori) yang terhitung setelah dipanaskan selama waktu tertentu. 2. Nilai kesetaraan energi dari hasil percobaan diperoleh dengan merata-ratakan tiga nilai kesetaraan yang diperoleh untuk tiga kali perngukuran. Adapun nilainya yakni: γ̅ =

(|5,713 ± 0,030| + |5,407 ± 0,030| + |6,227 ± 0,040|)J/kal 3

γ̅ = |5,782 ± 0,1|J/kal Saran Sebaiknya

praktikan

meningkatkan

ketelitiannya

sehingga

dalam

melakukan percobaan tidak terjadi kesalahan yang berakibat fatal. Sama halnya dalam melakukan prosedur kerja diharapkan lebih konsentrasi sehingga tidak perlu mengulang-ulang dalam memperoleh data seperti praktikan sebelumnya. Kepada laboran diharapkan agar alat dan bahan yang digunakan dapat diganti jika memang sudah tidak dapat digunakan dan lebih dilengkapi agar kesalahan kalibrasi dapat dihindari. DAFTAR RUJUKAN Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika (Edisi 5 Jilid 1), terjemahan Dra. Yuhilza Hanum, M.Eng., dkk. Jakarta:Erlangga Herman, asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM Tipler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik (Edisi 3 Jilid 1), terjemahan Dr. Lea Prasetio, M.Sc, dkk. Jakarta: Erlangga Young, Hugh D, dkk. 2002. Fisika Universitas (Edisi 10 Jilid 1), terjemahan Ir. Endang Juliastuti, M.S., dkk. Jakarta: Erlangga.