Laporan Kesetaraan Energi

Perangkat Kesetaraan Energi

KESETARAAN ENERGI
Zulkifli Tri Darmawan, Dian Utami, Riswati B, Salmira
Jurusan Fisika FMIPA UNM Tahun 2014
PENDAHULUAN
      Tujuan dari percobaan ini adalah agar mahasiswa dapat memahami prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi, dan menentukan nilai kesetaraan energi panas dari energi mekanis. Percobaan ini sangat penting untuk dilakukan karena energi mekanis dari listrik akan menghasilkan energi panas apabila dihubungkan satu sama lain  seperti pada pemanas air. Didalam mesin pemanas air, arus listrik akan memanaskan air melalui perantara kumparan pada mesin tersebut sehingga temperatur air akan naik dan air siap untuk kita gunakan.
      Percobaan ini dilakukan dengan mengukur massa kalorimeter kosong dan kalorimeter yang telah diberi air dengan menggunakan neraca ohauss 311 gr. Setelah itu,  mengukur suhu awal dengan menggunakan termometer yang terdapat pada kalorimeter. Kemudian menghubungkan basicmeter, power supply DC, multimeter digital dan kalorimeter dengan kabel penghubung. Setelah semua percobaan selesai, kemudian mengambil data untuk percobaan 1 dan 2  dan mengukur kenaikan dan penurunan suhu dengan selang waktu 1 menit.
TEORI
      Hukum pertama termodinamika telah menjelaskan tentang hukum kekekalan energi. Hukum ini dapat dijadikan dasar untuk menentukan kesetaraan energi panas (Kalori) dan energi mekanis (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 V, arus listrik akan mengalir melalu amperemeter, sehingga beda potensial akan timbul pada ujung-ujung kumparan yang akan menghasilkan usaha listrik pada ssitem untuk memanaskan air. Usaha ini dikenal sebagai kalor joule, yang dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dimana:
V : Beda Potensial ujung-ujung elemen (V)
I: Kuat arus listrik dalam rangkaian (A)
t: waktu pengaliran arus ke sistem (s)
Energi 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  dan massa m, yaitu:
Dimana c adalah kalor jenis air. Hasil eksperimen joule dan eksperimen-eksperimen sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4.18 Joule untuk meningkatkan temperatur 1 g air dengan  1 , atau 4.18 J energi mekanis atau listrik adalah setara dengan 1 kalori energi panas. Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan utnuk menaikkan atau menurunkan 1 kg sebesar 1 derajat Celcius. Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan atau menurunkan suhu seluruh benda sebesar satu derajat Celcius.
METODOLOGI EKSPERIMEN
a.    Alat dan Bahan
      Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah kalorimeter joule lengkap, power supply DC variable, basicmeter, termometer celcius, stopwatch, neraca ohauss 311 gram, dan kabel penghubung.
b.   Prosedur Kerja
       Percobaan ini dilakukan dengan cara mengukur massa kalorimeter kosong dan kalorimeter yang telah diberi air dengan menggunakan neraca ohauss 311 gr. Setelah itu,  mengukur suhu awal dengan menggunakan termometer yang terdapat pada kalorimeter. Kemudian menghubungkan basicmeter, power supply DC, multimeter digital dan kalorimeter dengan kabel penghubung. Setelah semua percobaan selesai, kemudian mengambil data untuk percobaan 1 dan 2  dan mengukur kenaikan dan penurunan suhu dengan selang waktu 1 menit.
Adapun rambatan ralat yang diperoleh yaitu:

HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
Percobaan 1
NST Neraca 311 gr                                          : 0.01 gr
NST Stopwatch                                                : 0.1 s
NST Termometer                                             : 1  
NST Voltmeter                                                             : 0.2 V
NST Amperemeter                                           : 0.01 A
Massa Kalorimeter Kosong                               gr
Massa Kalorimeter + Air                                   gr
Massa Air                                                         gr
Suhu Awal Air dalam Kalorimeter (                           
Kuat Arus Listrik                                             : 1.53 A
Beda Potensial                                                              V
No
Waktu t (s)
T (  ) Naik
T (  ) Turun
1
2
3
4
5
6
7
Percobaan 2
Beda Potensial                                                              V
No
Waktu t (s)
T (  ) Naik
T (  ) Turun
1
2
3
4
5
6
7
Analisis perhitungan
Percobaan 1
Untuk t = 60,0 s
 kalori
 kalori
 kalori
kalori
 J
Dengan menggunakan rumus yang sama, sehingga diperoleh data sebagai berikut:
No.
waktu (s)
Q air (kal)
Q kalorimeter (kal)
Q total (kal)
W (Joule)
ɣ (J/kal)
2
120
191.8
25.83
217.63
1248.48
5.736709093
3
180
335.65
45.2025
380.8525
1872.72
4.917179223
4
240
431.55
58.1175
489.6675
2496.96
5.099296972
5
300
527.45
71.0325
598.4825
3121.2
5.215190085
6
360
623.35
83.9475
707.2975
3745.44
5.295423779
7
420
719.25
96.8625
816.1125
4369.68
5.354261821
Dengan menggunakan rumus yang sama, sehingga diperoleh data sebagai berikut:
No.
waktu (s)
Q air (kal)
Q kalorimeter (kal)
Q total  (kal)
W (Joule)
ɣ (J/kal)
1
60
47.955
6.45855
54.41355
5.1204
2.915729514
2
120
47.96
6.4596
54.4196
9.2004
1.47677165
3
180
47.9675
6.461175
54.428675
13.2804
0.737597757
4
240
47.9725
6.462225
54.434725
17.3604
0.602325513
5
300
47.9775
6.463275
54.440775
21.4404
0.510222755
6
360
47.9825
6.464325
54.446825
25.5204
0.443716275
7
420
47.9875
6.465375
54.452875
29.6004
0.393518479

Sehingga diperoleh  = 1.01 J/kal
%
       =
       = 19 %
 J/kal
 J/kal

Percobaan 2
Untuk t = 60,0 s
 kalori
 kalori
kalori
kalori
 J

Dengan menggunakan rumus yang sama, sehingga diperoleh data sebagai berikut:
No.
waktu (s)
Q air (kal)
Q kalorimeter (kal)
Q total (kal)
W (Joule)
ɣ (J/kal)
1
60
109.58
12.9465
122.5265
599.76
4.894941094
2
120
219.16
25.893
245.053
1199.52
4.894941094
3
180
273.95
32.36625
306.31625
1799.28
5.873929313
4
240
328.74
38.8395
367.5795
2399.04
6.526588126
5
300
438.32
51.786
490.106
2998.8
6.118676368
6
360
547.9
64.7325
612.6325
3598.56
5.873929313
7
420
602.69
71.20575
673.89575
4198.32
6.229925029
Sehingga diperoleh  yaitu 5.77 J/kal
Analisis ketidakpastian
Untuk t = 60 s
 kalori
 kalori
 kalori
 Joule
J/kal
Dengan menggunakan rumus yang sama, sehingga diperoleh data sebagai berikut:
No
waktu (s)
Q air (kal)
Q kalorimeter (kal)
Q total  (kal)
W (Joule)
ɣ (J/kal)
1
60
54.795
6.4743
61.2693
13.8996
2.561153827
2
120
54.8
6.47535
61.27535
26.7996
1.333339436
3
180
54.8025
6.475875
61.278375
39.6996
1.30467921
4
240
54.805
6.4764
61.2814
52.5996
1.231184159
5
300
54.81
6.47745
61.28745
65.4996
0.898780411
6
360
54.815
6.4785
61.2935
78.3996
0.715654632
7
420
54.8175
6.479025
61.296525
91.2996
0.702144739

Sehingga diperoleh  = 1.30 J/kal
%
       =
       = 21 %
 J/kal
 J/kal



PEMBAHASAN
      Pada percobaaan ini kita akan membuktikan nilai kesetaraan antara energi  panas dan energi mekanik. Ada dua kegiatan yang akan dilakukan pada percobaan ini yang akan membuktikan nilai kesetaraan energi panas dan ebergi mekanik dengan memanipulasi massa kalorimeter + air dan kuat arus listrik. Berikut adalah tabel pengamatan pada kegiatan I:
NST Neraca 311 gr                              : 0.01 gr
NST Stopwatch                                    : 0.1 s
NST Termometer                                 : 1  
NST Voltmeter                                                 : 0.2 V
NST Amperemeter                               : 0.01 A
Massa Kalorimeter Kosong                   gr
Massa Kalorimeter + Air                       gr
Massa Air                                             gr
Suhu Awal Air dalam Kalorimeter (               
Kuat Arus Listrik                                 : 1.53 A
Beda Potensial                                                  V
No
Waktu t (s)
T (  ) Naik
T (  ) Turun
1
2
3
4
5
6
7
      Pada tabel tersebut kita bisa melihat pertambahan temperatur tiap menitnya akibat adanya kuat arus yang mengalir pada kumparan sehingga temperatur dalam kalorimeter terus meningkat. Menurut teori,  ketika kalorimeter tidak diberi arus listrik maka temperaturnya pun akan tetap pada posisinya dan tidak berubah. Tetapi, pada percobaan I ini terdapat kesalahan yang menyebabkan antara teori dan hasil percobaan saling kontradiksi. Kesamaan antara teori dengan percobaan terjadi pada menit ke empat sampai lima saja dan pada menit pertama sampai pada menit ketiga terjadi perubahan temperatur yang signifikan. Ini terjadi karena kalorimeter yang dirancang terisolasi atau tidak ada kalor yang keluar masuk sistem ini tidak efisien. Akibatnya, temperatur ketika arus diputus tidak tetap. Dalam percobaan yang dilakukan joule, nilai kesetaraan energi adalah 4, 18 atau 4, 2 Joule tetapi pada percobaan I ini nilai kesetaraan joule adalah 1,01 Joule/Kalori yang berbeda jauh dari target 4,18 Joule. Hal ini terjadi karena kesalahan mutlak dari praktikan dan sistem terisolasi kalorimeter yang tidak efisien. Berikut adalah tabel pengamatan untuk kegiatan kedua:
NST Neraca 311 gr                                          : 0.01 gr
NST Stopwatch                                                : 0.1 s
NST Termometer                                             : 1
NST Basicmeter                                               : 0.2 V
Massa Kalorimeter Kosong                               gr
Massa Kalorimeter + Air                                   gr
Massa Air                                                         gr
Suhu Awal Air dalam Kalorimeter (                         
Kuat Arus Listrik                                             : 1.47 A
Beda Potensial                                                              V
No
Waktu t (s)
T (  ) Naik
T (  ) Turun
1
2
3
4
5
6
7
      Sama halnya dengan kegiatan pertama, dimana temperatur ketika diberi kuat arus terus meningkat walaupun pada menit kedua dan ketiga temperatur tetap. Ketika kuat arus diputus pada menit kedelapan, temperatur seketika menurun pada menit kedua. Ini kontradiksi dengan teori yang mengatakan bahwa ketika kalorimeter tidak diberi arus listrik maka temperaturnya pun akan tetap pada posisinya dan tidak berubah. Kesamaan antara teori dan percobaan terjadi pada menit dua sampai tiga serta pada menit empat sampai tujuh. Alasannya pun sama dengan kegiatan yang pertama disamping kesalahan mutlak pada praktikannya juga terjadi ketidakefisiengan sistem isolasi yang diterpkan pada kalorimeter juga suhu dalam ruangan ikut merubah hasil percobaan. Dalam percobaan ini, kuat arus dipasang seri dan tegangan dipasang paralel agar kuat arus dapat mengalir  satu arah dan kuat arus dapat terdeteksi oleh alat berbeda hasilnya apabila kuat arus dipasang paralel.
KESIMPULAN
      Berdasarkan eksperimen maka dapat disimpulkan bahwa semakin lama proses pemanasan akibat arus listrik yang mengalir kesistem atau kalorimeter maka temperatur akan meningkat seiring dengan peningkatan waktu pengaliran arus listrik. Ketika arus diputus maka temperatur tidak turun tetapi tetap pada posisinya karena menurut hukum kekekalan energi Joule jumlah energi potensial dan energi kinetik benda akan tetap asal tidak ada energi yang hilang dalam bentuk lain. Selain itu, semua energi pada benda tidak akan hilang begitu saja tetapi energi tersebut telah berubah bentuk dari bentuk energi yang satu kebentuk energi yang lain. Selain itu,
      Selain itu, pada kedua kegiatan terjadi kesalahan yang mengakibatkan antara hasil eksperimen dengan teori saling kontradiksi. Ini merupakan pembelajaran bagi kita agar pada eksperimen selanjutnya kita berhati-hati dan teliti.
REFERENSI

Postingan terkait:

Belum ada tanggapan untuk "Laporan Kesetaraan Energi"

Post a Comment