Aplikasi Penerapan Hukum Joule dalam Kalorimeter (Tugas Akhir Praktikum Fisika Dasar II)

L1 PRIMARY REPORT

KALORIMETER SEBAGAI ALAT PENGUKUR PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK (L1)

SETIYONO

DIAN ROSYIDA FADILLAH

ZANETA RERTNO WULANSARI

OKINAWA RIKENATA

TRI WAHONO

MUHAMMAD FAHMI

RIZQI AHMAD FAUZAN

RAHMAN RAFSANJANI

JAKARIA ASPAN LATIFAH

PUTRI WIDYA PANGESTIKA

ASSISTANT OF LABORATORIUM

ZUMROTUS SAADA ABAZ

S1 STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF PHYSICS

FACULTY OF MATHEMATICS AND SCIENCE

SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY

SURABAYA 2015

Abstract:

An experiment about  the use of a calorimeter to determine the heat generated by electric current, proves the existence of heat transfer inside the calorimeter, and determines the price of one Joule has been conducted. The principle of this experiment is Joule’s Law. The equipment used to perform this experiment are a set of calorimeter, one ammeters and voltmeters, one shear resistance, a thermometer, a 12 V voltage source, a stopwatch, a set of wires, as well as cold water and regular water. To do this experiment, we should make the circuit adapted to the type (A or B). Calorimeter mass is measured by analytical balance and filled with a number of grams of cold water. A certain amount of the electric is flew through the circuit. The Voltage and the time required for an increase of 1 ᵒC noted in the table. The experiment is repeated three times with normal water variations. Based on data obtained through the experiment, it can be concluded that the average value of the heat generated by the electric current at the first circuit is 220.5 Joule and at the second circuit is 189 Joule.The application of Joule's Law has been proven in this trial although the A circuit has a different value from the value ​​that should be obtained when Joule's Law is applied, and the average value of 1 Joule based on the first circuit of the experiment is 0,407 calories and in the second cicuit is 0,289 calories.

Key Word : Calorimeter, Heat, Joule's Law

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada dasarnya, rangkaian listrik adalah sarana untuk menghantarkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Suatu partikel bermuatan bergerak di dalam sebuah rangkaian, maka energy potensial listrik dipindahkan dari sebuah sumber ke alat tempat energy tersebut disimpan atau dikonversi ke dalam bentuk energi lain. Dari sudut pandang teknologi rangkaian listrik berguna karena memungkinkan energy untuk dipindahkan tanpa ada bagian-bagian yang bergerak selain partikel yang bermuatan itu. Rangkaian listrik menjadi jantung bagi alat-alat elektronik seperti televise ataupun system distribusi dari rumah tangga dan industry.

Panas adalah energy yang ditransfer dari suatu benda ke benda lain karena beda temperature. Terkadang sesuatu yang dialiri akan menimbulkan panas. Oleh karena itu akan dilakukan percobaan menentukan panas yang dihasilkan oleh calorimeter karena arus listrik karena semua alat yang menggunakan listrik pasti menghasilkan panas sehingga ada kapasitas panas dari alat tersebut.

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang dihadapi dalam percobaan ini adalah berapa panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, bagaimana membuktikan transfer panas di dalam calorimeter, dan berapa  harga 1 Joule.

1.3 Tujuan

Tujuan dilakukannya percobaan ini adalah untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, membuktikan transfer panas di dalam calorimeter, dan  menentukan harga 1 Joule.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Muatan Listrik

                Pada suatu eksperimen sederhana, seperti menggosok-gosokkan plastik mika ke rambut secara berulang kali dan kemudian kita dekatkan ke bola bola kertas kecil, maka kita akan melihat bahwa bola bola kertas kecil tersebut tertarik oleh mika. Benda benda yang mengalami kejadian tersebut dikatakan telah dimuati oleh muatan listrik. Menurut Benjamin Franklin (1706-1790), muatan dibagi menjadi dua, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif disebut juga proton, dan muatan negatif disebut juga elektron. (Serway, Jewett, 2004,707)

                 Aspek penting lainnya adalah muatan listrik selalu dikonservasi dalam suatu sistem yang terisolasi. Ketika terdapat dua benda saling digosokkan satu sama lain, muatan tidak terbentuk melalui proses tersebut. Namun yang terjadi adalah adanya transfer muatan dari masing-masing benda yang digosokkan satu sama lain. Benda satu memperoleh beberapa jumlah muatan positif ketika benda kedua memperoleh beberapa jumlah muatan negatif. Dari pernyataan pernyataan diatas, kita dapat menarik kesimpulan bahwa muatan terdiri dari muatan positif dan negatif, muatan dikonservasi dalam sistem terisolasi, dan besaran muatan dapat diukur.

 (Serway, Jewett, 2004, 708-709)

2.2 Arus Listrik

Konduktor adalah sebuah material yang memiliki muatan bebas yang akan bergerak ketika terdapat suatu gaya yang masuk karena medan listrik. Muatan bebas dalam konduktor logam adalah elektron negatif, sedangkan dalam suatu larutan elektrolit muatan bebasnya adalah ion positif dan negatif. Pada suatu konduktor terisolasi, apabila ditempatkan pada medan listrik muatan yang terdapat dalam konduktor akan bergerak sedemikian rupa sehingga interior konduktor akan menjadi bebas muatan. Pergerakan muatan inilah disebut dengan arus transien. (Sears, Zemansky, 1964, 438)

Ketika ada sebuah medan listrik dalam suatu konduktor, muatan muatan bebas di dalamnya bergerak. Muatan positif bergerak searah dengan arah medan listrik, sedangkan muatan negatif bergerak berlawanan arah.  (Sears, Zemansky, 1964, 438-439)

Dari pengertian diatas, dapat didefinisikan bahwa arus adalah aliran muatan listrik. 

(Sears, Zemansky, 1960, 440-441)

2.3 Panas

                Ketika kita meletakkan panci berisi air dingin diatas kompor dengan api yang menyala, maka untuk beberapa saat kemudian kita akan menjumpai bahwa panci menjadi terasa panas dan air mendidih. Peristiwa ini dikarenakan adanya aliran energi dari api yang memiliki suhu tinggi ke air yang memiliki suhu rendah. Ketika kita memanaskan suatu benda, kita telah mentransferkan sejumlah energi dengan cara menempatkan benda tersebut secara bersentuhan dengan benda lain yang temperaturnya lebih tinggi. Sehingga dari pernyataan diatas, panas didefinisikan sebagai aliran atau transfer energi melewati perbatasan suatu sistem karena adanya perbedaan temperatur antara sistem dengan lingkungan sekitarnya. (Serway, Jewett, 2004, 605)

Energi juga dapat ditransfer antara sistem dengan lingkungan sebagai usaha  melalui gaya yang bekerja pada sistem. Sebelum para ilmuwan menyadari bahwa panas adalah energi yang ditransferkan, panas diukur dalam hal kemampuan untuk menaikkan suhu air sebesar 1 derajat celcius. Namun pada tahun 1948, panas didefinisikan sebagai energi yang ditransfer dan diberi satuan Joule. Sedangkan kalori didefinisikan sebagai 4,1868 J tanpa mengacu pada pemanasan air. Sehingga diperoleh hubungan bahwa besar nilai 1 kalori setara dengan 4,1868 J. (Halliday, Resnick, 2010, 521-522)

2.5 Kalorimetri dan Perubahan Fasa

                Fasa digunakan untuk mendeskripsikan keadaan tertentu dari suatu bahan. Transisi dari satu fasa ke fasa lainnya disebut perubahan fasa. Sedangkan kalorimetri  merupakan pengukuran panas. Prinsip dari kalorimetri adalah ketika aliran panas terjadi antara dua benda yang terisolasi dari lingkungannya, jumlah panas yang hilang dari satu benda harus setara dengan jumlah yang diperoleh benda lainnya. (Sears, Zemansky, 2002, 470)

                Alat yang digunakan untuk mengukur panas yaitu kalorimeter. Kalorimeter harus bersifat terisolasi agar tidak ada panas yang keluar dari sistem ke lingkungan. Satu kegunaan penting dari kalorimeter adalah penentuan panas spesifik dari suatu substansi. Sebagai contohnya adalah pengukuran panas dari dua substansi yang dicampurkan.

 (Giancoli, 2008, 501)

2.6 Kerja dalam Termodinamika

                Hubungan antar energi dalam proses termodinamika digambarkan dengan kuantitas panas Q yang ditambahkan ke sistem dengan kerja W yang dilakukan oleh sistem tersebut. Nilai Q positif apabila sistem menyerap kalor sedangkan nilai W positif melambangkan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. (Sears, Zemansky, 2002, 529-531)

                Apabila dalam suatu proses volumenya adalah konstan, maka sistem tidak melakukan kerja karena tidak mengalami perpindahan. Dalam sistem yang melakukan kerja, terdapat energi dalam atau disimbolkan dengan . Selama terjadi perubahan keadaan dalam suatu sistem, energi dalam dapat berubah. Apabila kita tambahkan sejumlah panas Q ke sistem dan sistem tidak menghasilkan kerja selama proses, energi dalam meningkat setara dengan jumlah Q.

(Sears, Zemansky, 2002, 534)

                Namun apabila sebuah sistem melakukan kerja dengan berekspansi terhadap lingkungannya dan tidak ada panas yang ditambahkan selama proses, energi meninggalkan sistem dan energi dalam berkurang.

(Sears, Zemansky, 2002, 534)

            Perubahan energi dalam suatu sistem selama proses termodinamik apapun bergantung hanya pada keadaan awal dan akhir, tidak pada lintasan yang menghubungkan kedua keadaan.

 (Sears, Zemansky, 2002, 534-536)

2.8 Kalorimeter

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan besarnya kapasitas panas suatu zat. Ada beberapa jenis kalorimeter, yaitu contohnya adalah kalorimeter air berdinding ganda dan kalorimeter arus kontinyu. (Dosen-dosen Fisika, 2013, 184)

2.8.1 Kalorimeter Air Berdinding Ganda

                Terdiri atas bejana logam berdinding tipis A yang permukaan luarnya diberi lapisan nikel untuk mengurangi kehilangan panas karena radiasi. Bejana ini berisi air yang diketahui jumlahnya dan mempunyai tutup yang berlubang yang digunakan sebagai tempat untuk memasukkan termometer B dan pengaduk C. Panas yang hilang dapat dikurangi lagi dengan memasukkan pada bejana yang lain D yang terbuat dari penyekat panas lain. Kenaikan temperatur dari panas Q yang diberikan dapat diamati dari termometer.

(Dosen-dosen Fisika, 2013, 184)

2.8.2 Kalorimeter Arus Kontinyu

                Digunakan untuk mengukur panas jenis pada suhu sembarang dan juga mengukur tahanan panas mekanik. Arus air kontinyu masuk ke dalam kalorimeter melewati A, kemudian mengalir melewati pipa B yang mengelilingi kawat tahanan C dan mengalir keluar lewat pipa D. Termometer digunakan untuk mengukur temperatur air yang mengalir melalui pipa A dan D.  (Dosen-dosen Fisika, 2013, 185)

             

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

1.1  Alat dan Bahan

Pada percobaan ini dibutuhkan beberapa alat dan bahan, diantaranya satu set calorimeter dengan perlengkapannya, sebuah ampermeter dan voltmeter, sebuah tahanan geser (Rg), sebuah thermometer, sebuah timbangan, sebuah statip, sebuah sumber tegangan 12 V, sebuah stopwatch, satu set kabel, serta air dingin dan air biasa.

1.3  Metodologi Percobaan

1.3.1        Rangkaian A

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.1. Kalorimeter diukur massanya dengan menggunakan neraca analitis, kemudian diisi dengan air dingin hingga menunjukkan massa 175 gram. Arus diatur sebesar 0.5 Ampere dan diusahakan agar besarnya konstan dengan tegangan geser diatur. Dicatat tegangan dan waktu yang terukur setiap kenaikan 1 derajat. Percobaan tersebut diulangi untuk tiga kali pengulangan dan variasi menggunakan air biasa.

1.3.2        Rangkaian B

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.2. Kalorimeter diukur massanya dengan menggunakan neraca analitis, kemudian diisi dengan air dingin hingga menunjukkan massa 150 gram. Arus diatur sebesar 1.8 Ampere dan diusahakan agar besarnya konstan dengan tegangan geser diatur. Dicatat tegangan dan waktu yang terukur setiap kenaikan 1 derajat. Percobaan tersebut diulangi untuk tiga kali pengulangan dan variasi menggunakan air biasa.

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data

Setelah melakukan percobaan Kalorimeter sebagai alat pengukur panas yang ditimbulkan oleh arus listrik didapatkan data waktu (t) untuk kenaikan  suhu sebersar 1°C dengan menggunakan variasi dua jenis rangkaian alat, yaitu rangkaian A dan rangkaian B, serta variasi jenis air yng digunakan air biasa dan air es. Pada masing-masing variasi dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali. Data yang didapatkan disertakan pada tabel berikut ini

Tabel 4.1 Data kenaikan 1 °C air biasa 175 g Rangkaian A P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	63,81	9,2	0,5
2	30	31	134,26	9,2	0,5
3	31	32	131,38	9,2	0,5
4	32	33	135,13	9,2	0,5
5	33	34	136,71	9,2	0,5
Tabel 4.2 Data kenaikan 1 °C air biasa 175 g Rangkaian A P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	74,82	9,2	0,5
2	30	31	123,39	9,2	0,5
3	31	32	124,58	9,2	0,5
4	32	33	131,2	9,2	0,5
5	33	34	138,54	9,2	0,5
Tabel 4.3 Data kenaikan 1 °C air biasa 175 g Rangkaian A P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	77,69	9,2	0,5
2	30	31	132,28	9,2	0,5
3	31	32	138,54	9,2	0,5
4	32	33	142,67	9,2	0,5
5	33	34	139,02	9,2	0,5
Tabel 4.4 Data kenaikan 1 °C air es 175 g Rangkaian A P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	19	20	116,27	9,2	0,5
2	20	21	123,56	9,2	0,5
3	21	22	119,12	9,2	0,5
4	22	23	119,16	9,2	0,5
5	23	24	124,3	9,2	0,5
Tabel 4.5 Data kenaikan 1 °C air es 175 g Rangkaian A P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	19	20	124,21	9,2	0,5
2	20	21	120,69	9,2	0,5
3	21	22	124,36	9,2	0,5
4	22	23	123,42	9,2	0,5
5	23	24	118,5	9,2	0,5
Tabel 4.6 Data kenaikan 1 °C air es 175 g Rangkaian A P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	19	20	117,54	9,2	0,5
2	20	21	123,08	9,2	0,5
3	21	22	127,22	9,2	0,5
4	22	23	123,72	9,2	0,5
5	23	24	123,04	9,2	0,5

Tabel 4.7 Data kenaikan 1 °C air biasa 150 g Rangkaian B P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	38	9,5	1,8
2	30	31	41	9,5	1,8
3	31	32	37	9,5	1,8
4	32	33	41	9,5	1,8
5	33	34	42	9,5	1,8
Tabel 4.8 Data kenaikan 1 °C air biasa 150 g Rangkaian B P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	29	9,5	1,8
2	30	31	29	9,5	1,8
3	31	32	53	9,5	1,8
4	32	33	40	9,5	1,8
5	33	34	32	9,5	1,8
Tabel 4.9 Data kenaikan 1 °C air biasa 150 g Rangkaian B P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	29	30	36	9,5	1,8
2	30	31	31	9,5	1,8
3	31	32	36	9,5	1,8
4	32	33	60	9,5	1,8
5	33	34	39	9,5	1,8
Tabel 4.10 Data kenaikan 1 °C air ES 150 g Rangkaian B P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	20	21	57	9,5	1,8
2	21	22	38	9,5	1,8
3	22	23	36	9,5	1,8
4	23	24	48	9,5	1,8
5	24	25	32	9,5	1,8
Tabel 4.11 Data kenaikan 1 °C air ES 150 g Rangkaian B P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	20	21	55	9,5	1,8
2	21	22	29	9,5	1,8
3	22	23	55	9,5	1,8
4	23	24	37	9,5	1,8
5	24	25	50	9,5	1,8
Tabel 4.12 Data kenaikan 1 °C air ES 150 g Rangkaian B P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t (S)	V (V)	I (A)
1	20	21	35	9,5	1,8
2	21	22	28	9,5	1,8
3	22	23	54	9,5	1,8
4	23	24	38	9,5	1,8
5	24	25	29	9,5	1,8

4.2 Perhitungan

Dari data yang didapatkan maka dapat dihitung nilai daripada panas yang dihasilkan pada sistem baik dengan persamaan hukum Joule dan persamaan Asas Black. Selain itu harga untuk 1 joule juga dapat diketahui dari percobaan ini. Berikut adalah cara menghitung nilai panas yang ditimbulkan oleh arus listrik yang digunakan.

a.     Cara menghitung nilai H berdasarkan percobaan (persamaan Hukum Joule)

·         Diketahui                : T1         = 29 °C

  T2         = 30 °C

   V          = 9,2 V

   I           = 0,5 A

   t            = 131,38 s

·         Ditanya                   : H

·         Dijawab                  : H          = V I t

  H           = 9,2 V x 0,5 a x 131,38 s

  H           = 604,348 Joule

b.     Cara menghitung nilai H berdasarkan persamaan asas Black

·         Diketahui                : w           = 175 gram

  ΔT         = 1 °C

 0,26 w= 45,5

·         Ditanya                   : H

·         Dijawab                  : - Q1      = w ΔT

                                      Q1       = 150 gram x 1°C

                                      Q1       = 150 kalori

-   Q2     = 0,26 w ΔT

Q2     = 45,5 gram x 1°C

Q2     = 39 kalori

-   H       = Q1 + Q2

H       = 175 + 45,5

H       = 220,5 Kalori

c.     Cara menghitung harga 1 Joule

·         Diketahui                : Q1        = 175 Kalori

  Q2         = 45,5 Kalori

  H           = 604,348 Joule

·         Ditanya                   : 1 Joule = .... Kalori

·         Dijawab              :

                                         1 Joule = 0,365 Kalori

Maka dengan cara perhitunga yang sama didapatkan nilai H berdasar percobaan, nilai H berdasar asas Black, dan harga 1 Joule pada masing-masing percobaan sebagia berikut

Tabel 4. 13 Nilai H pada Air Biasa  175 gram Rangkaian A P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	63,81	9,2	0,5	293,526
2	30	31	134,26	9,2	0,5	617,596
3	31	32	131,38	9,2	0,5	604,348
4	32	33	135,13	9,2	0,5	621,598
5	33	34	136,71	9,2	0,5	628,866
Tabel 4.14 Nilai H pada Air Biasa  175 gram Rangkaian A P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	74,82	9,2	0,5	344,172
2	30	31	123,39	9,2	0,5	567,594
3	31	32	124,58	9,2	0,5	573,068
4	32	33	131,2	9,2	0,5	603,52
5	33	34	138,54	9,2	0,5	637,284
Tabel 4.15 Nilai H pada Air Biasa  175 gram Rangkaian A P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	77,69	9,2	0,5	357,374
2	30	31	132,28	9,2	0,5	608,488
3	31	32	138,54	9,2	0,5	637,284
4	32	33	142,67	9,2	0,5	656,282
5	33	34	139,02	9,2	0,5	639,492
Tabel 4.16 Nilai H pada Air Es  175 gram Rangkaian A P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	19	20	116,27	9,2	0,5	534,842
2	20	21	123,56	9,2	0,5	568,376
3	21	22	119,12	9,2	0,5	547,952
4	22	23	119,16	9,2	0,5	548,136
5	23	24	124,3	9,2	0,5	571,78
Tabel 4.17 Nilai H pada Air Es  175 gram Rangkaian A P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	19	20	124,21	9,2	0,5	571,366
2	20	21	120,69	9,2	0,5	555,174
3	21	22	124,36	9,2	0,5	572,056
4	22	23	123,42	9,2	0,5	567,732
5	23	24	118,5	9,2	0,5	545,1
Tabel 4.18 Nilai H pada Air Es  175 gram Rangkaian A P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	19	20	117,54	9,2	0,5	540,684
2	20	21	123,08	9,2	0,5	566,168
3	21	22	127,22	9,2	0,5	585,212
4	22	23	123,72	9,2	0,5	569,112
5	23	24	123,04	9,2	0,5	565,984

Tabel 4.19 Nilai H pada Air Biasa  150 gram Rangkaian B P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	38	9,5	1,8	649,8
2	30	31	41	9,5	1,8	701,1
3	31	32	37	9,5	1,8	632,7
4	32	33	41	9,5	1,8	701,1
5	33	34	42	9,5	1,8	718,2
Tabel 4.20 Nilai H pada Air Biasa  150 gram Rangkaian B P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	29	9,5	1,8	495,9
2	30	31	29	9,5	1,8	495,9
3	31	32	53	9,5	1,8	906,3
4	32	33	40	9,5	1,8	684
5	33	34	32	9,5	1,8	547,2
Tabel 4.21 Nilai H pada Air Biasa  150 gram Rangkaian B P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	29	30	36	9,5	1,8	615,6
2	30	31	31	9,5	1,8	530,1
3	31	32	36	9,5	1,8	615,6
4	32	33	60	9,5	1,8	1026
5	33	34	39	9,5	1,8	666,9

Tabel 4.22 Nilai H pada Air Es  150 gram Rangkaian B P1
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	20	21	57	9,5	1,8	974,7
2	21	22	38	9,5	1,8	649,8
3	22	23	36	9,5	1,8	615,6
4	23	24	48	9,5	1,8	820,8
5	24	25	32	9,5	1,8	547,2
Tabel 4.23 Nilai H pada Air Es  150 gram Rangkaian B P2
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	20	21	55	9,5	1,8	940,5
2	21	22	29	9,5	1,8	495,9
3	22	23	55	9,5	1,8	940,5
4	23	24	37	9,5	1,8	632,7
5	24	25	50	9,5	1,8	855
Tabel 4.24 Nilai H pada Air Es  150 gram Rangkaian B P3
No.	T1 (°C)	T2 (°C)	t(S)	V (V)	I (A)	H (Joule)
1	20	21	35	9,5	1,8	598,5
2	21	22	28	9,5	1,8	478,8
3	22	23	54	9,5	1,8	923,4
4	23	24	38	9,5	1,8	649,8
5	24	25	29	9,5	1,8	495,9

Tabel 4.25 Nilai H= Q1 + Q2 pada masing-masing rangkaian
No	ket.	W (g)	0,26 w (g)	(T2-T1)	Q1	Q2	H (Kalori)
1	rangk A	175	45,5	1	175	45,5	220,5
2	rangk B	150	39	1	150	39	189

Tabel 4.26 Harga 1 Joule air biasa 150 gram Rangkaian B P1
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	38	9,5	1,8	649,8	0,290859
2	150	39	41	9,5	1,8	701,1	0,269576
3	150	39	37	9,5	1,8	632,7	0,29872
4	150	39	41	9,5	1,8	701,1	0,269576
5	150	39	42	9,5	1,8	718,2	0,263158
Tabel 4.27 Harga 1 Joule air biasa 150 gram Rangkaian B P2
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	29	9,5	1,8	495,9	0,381125
2	150	39	29	9,5	1,8	495,9	0,381125
3	150	39	53	9,5	1,8	906,3	0,20854
4	150	39	40	9,5	1,8	684	0,276316
5	150	39	32	9,5	1,8	547,2	0,345395
Tabel 4.28 Harga 1 Joule air biasa 150 gram Rangkaian B P3
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	36	9,5	1,8	615,6	0,307018
2	150	39	31	9,5	1,8	530,1	0,356537
3	150	39	36	9,5	1,8	615,6	0,307018
4	150	39	60	9,5	1,8	1026	0,184211
5	150	39	39	9,5	1,8	666,9	0,283401

Tabel 4.29 Harga 1 Joule air es 150 gram Rangkaian B P1
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	57	9,5	1,8	974,7	0,193906
2	150	39	38	9,5	1,8	649,8	0,290859
3	150	39	36	9,5	1,8	615,6	0,307018
4	150	39	48	9,5	1,8	820,8	0,230263
5	150	39	32	9,5	1,8	547,2	0,345395
Tabel 4.30 Harga 1 Joule air es 150 gram Rangkaian B P2
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	55	9,5	1,8	940,5	0,200957
2	150	39	29	9,5	1,8	495,9	0,381125
3	150	39	55	9,5	1,8	940,5	0,200957
4	150	39	37	9,5	1,8	632,7	0,29872
5	150	39	50	9,5	1,8	855	0,221053
Tabel 4.31 Harga 1 Joule air es 150 gram Rangkaian B P3
No.	Q1 (kal)	Q2 (kal)	t(s)	V (V)	I (A)	H (Joule)	1 Joule (Kalori)
1	150	39	35	9,5	1,8	598,5	0,315789
2	150	39	28	9,5	1,8	478,8	0,394737
3	150	39	54	9,5	1,8	923,4	0,204678
4	150	39	38	9,5	1,8	649,8	0,290859
5	150	39	29	9,5	1,8	495,9	0,381125

4.4 Pembahasan

Telah dilakukan percobaan yang berjudul Kalorimeter sebagai alat pengukur panas yang ditimbulkan oleh arus listrik. Tujuan dari percobaan ini yaitu untuk menentukan panas yang ditimbulkan oleh arus listrik, membuktikan transfer panas di dalam calorimeter, dan  menentukan harga 1 Joule.

Peralatan-peralatan yang digunakan untuk melakukan praktikum ini antara lain satu set kalorimeter dengan perlengkapannya, amperemeter dan voltmeter masing-masing satu buah, satu buah tahanan geser, satu buah termometer, satu buah sumber tegangan 12 V, sebuah statip, sebuah timbangan, satu buah stopwatch, satu set kabel, serta air dingin dan air biasa. percobaan ini digunakan dua buah rangkaian, yaitu rangkaian A dan rangkaian B. Untuk metode percobaan pada masing-masing percobaan adalah sama. Namun ada yang membedakan rangkaian A dan rangkaian B adalah peletakan tahanan geser (Rg). Langkah pertama yang dilakukan pada percobaan ini yaitu massa air diukur menggunakan neraca analitis. Caranaya yaitu dengan diukurnya wadah kosong terlebih dahulu. Selanjutnya wadah tersebut ditambahkan air. Lalu wadah yang telah diisi air ditimbang kembali. Untuk mendapatkan massa airnya yaitu dengan mengurangi massa wadah berisi air dikurangi wadah kosong. Setelah massa air didapat, langkah selanjutnya yaitu dengan dirangkainya rangkaian A seperti pada gambar 3.1 dan rangkaian B seperti pada gambar 3.2.  setelah dirangkai, sebaiknya dilihat kembali apakah kumparan yang terdapat pada kalorimeter bermasalah atau tidak. Selanjutnya tegangan PLN dihubungkan atas seizin asisten.  Arus dan tegangan diusahakan agar selalu konstan dengan cara diaturnya tahanan geser (Rg). Untuk rangkaian A digunakan arus sebesar 0.5 A dan tegangan 9.2 V, sedangkan rangkaian B digunakan arus sebesar 1.8 A dan tegangan 9.5 V. voltmeter dan amperemeter yang digunakan adalah voltmeter dan amperemeter visual, bukan digital. Sehingga harus benar-benar diperhatikan nilainya. Setelah arus dan tegangan ditentukan, lalu ditentukan juga suhu mula-mula untuk setiap rangkaian. Untuk rangkaian A dan rangkaian B dengan menggunakan air biasa suhu mula-mulanya adalah 29̊C, sedangkan dengan menggunakan air es suhu mula-mula rangkaian A adalah 19̊C dan  rangkaian B adalah 20 ̊C. untuk masing-masing rangkaian dilakukan pengamatan yang sama. Yaitu setiap kenaikan suhu pada termometer  sebesar 1̊C dicatat waktunya. Waktu yang diperlukan untuk setiap kenaikan pada rangkaian A dan rangkaian B adalah tidak sama. Hal ini dikarenakan besarnya arus yang digunakan berbeda. Semakin besar arus yangdigunakan, makan akan semakin cepat kenaikan suhu pada termometer. Untuk rangkaian A waktu yang diperlukan untuk kenaikan 1̊C sekitar 120 detik, sedangkan untuk rangkaian B waktu yang diperlukan untuk kenaikan 1̊C sekitar 35 detik.

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus mengalir karena terdapat perbedaan potensial pada saat sebelum sumber tegangan dinyalakan dan saat setelah sumber tegangan dinyalakan. Kutub-kutub sumber arus secara terus menerus bertukar-tukar polaritasnya. Pada suatu saat terminal atas sumber arus adalah positip (sementara terminal bawahnya negatip), maka arus mengalir keluar dari kutub atas, lewat beban dari A ke B. Pada saat berikutnya sumber arus bertukar polaritas, yaitu terminal atas berubah menjadi negatip sedangkan terminal bawah berubah menjadi positip. Dengan demikian aliran arus bertukar arah, keluar dari kutub bawah lewat beban dari B ke A dan masuk ke sumber di kutub atas. Saat berikutnya kutub-kutub bertukar polaritas lagi, sehingga berakibat aruspun bertukar arah lagi dari A ke B, demikian terus menerus. Persyaratan lainnya supaya terjadi arus listrik adalah ada penghubung antara kedua tempat yang mempunyai beda muatan itu. Tempat yang mempunyai muatan listrik positif yang lebih banyak akan mempunyai potensial listrik yang lebih tinggi daripada tempat yang bermuatan listrik positif lebih sedikit. Ini berarti arus listrtik akan mengalir dari tempat yang berpotensial listrik tinggi ke tempat yang berpotensial listrik lebih rendah. Pada rangkaian listrik dengan sumber listriknya berasal dari batu baterai, arus listrik akan mengalir dari kutub yang mempunyai tegangan lebih tinggi (kutub positif) melalui kawat penghantar menuju ketegangan yang lebih rendah (kutub negatif). Walaupun kita sudah memiliki sumber arus listrik seperti baterai, namun kalau sumber arus listrik itu tidak dirangkai dengan sebuah kawat penghubung, maka sumber arus tersebut tidak dapat menghasilkan arus listrik.

Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian semakin lama semakin tidak stabil, meskipun perbedaannya hanya sedikit. Praktikan harus menjaga arus agar tetap konstan. Ketidakstabilan ini terjadi karena arus semakin lama akan semakin berkurang karena akan terkonversi menjadi energi panas yang dapat dilihat pada naiknya suhu pada termometer. Hal ini sesuai dengan hukum Joule.

            Untuk hasil perhitungan diperoleh nilai H atau besar panas yang ditimbulkan oleh arus listrik yang berbeda-beda pada masing-masing rangkaian baik menggunakan air biasa maupun air es. Untuk Rangkaian A yang menggunakan air biasa diperoleh nilai H rata-rata sebesar  559.3661 Joule, sedangkan untuk rangkaian B yang menggunakan air biasa diperoleh nilai H rata-rata sebesar 665.76 Joule. selanjutnya adalah rangkaian A dengan menggunakan air es diperoleh nilai H rata-rata sebesar  525.6046

Joule, sedangkan untuk rangkaian B yang menggunakan air biasa diperoleh nilai H rata-rata sebesar 663.6938 Joule. Setelah dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai H,maka dapat dihitung pula  besarnya nilai 1 Joule pada masing-masing rangkaian. Dengan menggunakan persamaan yang telah ditentukan sebelumnya, maka dapat dihitung besarnya 1 joule pada masing-masing rangkaian. Untuk rangkaian A dengan menggunakan air biasa diperoleh harga 1  Joule sebesar 0.394369 kalori, sedangkan untuk rangkaian B dengan menggunakan air biasa harga 1  Joule sebesar  0.276411 kalori. Selanjutnya adalah rangkaian A dengan menggunakan air es diperoleh harga 1  Joule sebesar 0.393538 kalori, sedangkan untuk rangkaian B dengan menggunakan air es harga 1  Joule sebesar  0.283829 kalori.

        Untuk masalah ketidakstabilan data waktu yang diperolehselama melakukan percobaan dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Salah satunya yaitu kecilnya skala termometer yang dipakai. Meskipun sudah menggunakan ketelitian saat melakukan pengamatan, faktor kesalahan pengamatan tidak dapat dihindari.

        Setelah dilakukan percobaan, maka akan dapat digambarkan grafik seperti pada gambar 4.1; gambar 4.2; gambar 4.3; dan gambar4.4. pada masing-masing grafik tersebut dapat dilihat bahwa perubahan suhu (T) yang dinyatakan dalam derajat celcius sebanding dengan perubahan waktu yang dinyatakan dalam  satuan detik. Hal ini sesuai dengan rumus atau persamaan  kalor yang sebanding dengan massa dikalikan perubahan suhu yang akan memiliki nilai yangsama dengan energi listrik yang sebanding dengan beda potensial dikalikan arus dikalikan dengan perubahan waktu. Karena massa, kalor jenis, beda potensial dan arus adalah konstan, maka nilai perubahan suhu sebanding dengan nilai perubahan waktu.

Dari percobaan yang dilakukan didapatkan nilai 1 Joule yang tidak sesuai dengan teori 1 Joule yang selama ini kita pergunakan. Teori 1 Joule yang biasanya ada di buku menyatakan besarnya 1 joule adalah 0.24 kalori. Hal ini dikarenakan panas yang terbentuk dari energi listrik sepanjang rangkaian tidak hanya terdapat pada kalorimeter. Karena pada dasarnya dalam suatu rangkaian mengalami hambata khususnya pada kabelnya, jadi energi listrik juga berubah menjadi panas pada kabel ini. Selain pada kabel, berubahnya energi listrik menjadi panas juga terdapat pada tahanan geser (Rg). Sehingga percobaan yang dilakukan hasilnya tidak sama dengan teori yang ada.