SOAL OSN guru IPA SMP (eksperimen)
KALORIMETER JOULE
I.
TEORI
Para peserta OSN yang membanggakan, selamat berlomba dan semoga menjadi yang
terbaik. Salah satu kegiatan peserta lomba dalam OSN
bidang fisika kali ini adalah
melakukan eksperimen. Eksperimen yang akan dilakukan adalah eksperimen menggunakan
kalorimeter Joule. Kalorimeter Joule adalah nama yang lazim diberikan pada kalorimeter
yang menggunakan elemen pemanas listrik sebagai sumber energinya. Cara kerja
kalorimeter Joule adalah sama dengan mug pemanas air listrik yang biasa digunakan
dirumah untuk memanaskan air dengan menggunakan tenaga listrik. Rangkaian lengkap
eksperimen ini adalah seperti pada
gambar di bawah ini.
Arus listrik yang berasal dari sumber
gaya gerak listrik (misalnya baterai)
mengalir
ke dalam rangkaian dan
menyebabkan elemen pemanas dalam
kalorimeter Joule menerima energi
listirk dan menjadi panas. Energi panas
(kalor) dari elemen pemanas itu akan diserap oleh air dan kalorimeter sehingga suhu
keduanya naik.
Untuk menghitung energi listrik yang diubah menjadi kalor oleh elemen pemanas
digunakan voltmeter dan ampermeter. Voltmeter dipasang paralel dengan elemen pemanas
untuk mengukur beda potensial listrik yang bekerja pada elemen pemanas. Ampermeter
dipasang seri dengan elemen pemanas untuk mengukur kuat arus listrik yang mengalir pada
elemen pemanas. Selanjutnya energi listrik dihitung dengan menggunakan data-data beda
potensial listrik, kuat arus listrik dan selang waktu percobaan.
Untuk menghitung energi kalor yang diserap oleh air dan kalorimeter harus diketahui datadata tentang massa air (ma), kalor jenis air (ca), massa kalorimeter(mK), kalor jenis kalori
meter (cK), suhu awal (t1) dan suhu akhir (t2) air dan kalorimeter yang diukur dengan
menggunakan termometer. Pada percobaan ini digunakan gelas ukur untuk menentukan
massa air yang digunakan dengan menganggap massa jenis air = 1 gram/cm3. Kalor jenis
air adalah ca = 1 kalori/gramoC, dan harga air atau kapasitas panas kalorimeter memenuhi
persamaan
HK = mK.cK
yang pada eksperimen ini nilainya harus ditentukan.
Untuk menentukan nilai harga air atau kapasitas panas kalorimeter tersebut, pada
eksperimen ini dianggap pertukaran kalor terjadi hanya antara elemen pemanas dengan air
dan kalorimeter beserta pengaduknya, sehingga jumlah energi listrik yang diserap dan
diubah mejadi panas oleh elemen pemanas sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air
d
a
n
Energi listrik elemen pemanas = kalor yang diserap air + kalor yang diserap kalorimeter
kalorimeter sehingga suhu keduanya naik, atau berlaku hubungan
UnUntuk menyamakan satuan antara ruas kiri dan kanan digunakan nilai ekivalen 1 joule =
0,24 kalori.
II.
TUJUAN
Menentukan kapasitas panas kalorimeter
III.
ALAT DAN BAHAN
1. Kalorimeter Joule
2. Voltmeter dc
3. Ampermeter dc
4. Baterai
5. Saklar on/off
6. Termometer
7. Gelas ukur
8. Air
IV.
TUGAS SEBELUM EKSPERIMEN
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini sebelum anda melakukan percobaan, tulis
jawaban anda di tempat yang sudah disediakan di dalam lembar kegiatan eksperimen
kalorimeter Joule ini.
1. Pada dasarnya, elemen pemanas yang terdapat dalam kalorimeter Joule adalah sebuah
hambatan listrik. Buatlah gambar rangkaian listrik eksperimen kalorimeter Joule
dengan menggunakan symbol-simbol di bawah ini.
2. Jika selama selang waktu t, pada elemen pemanas terdapat beda potensial listrik V
dan kuat arus i, bagaimanakah persamaan untuk menentukan energi listrik yang
diserap oleh elemen pemanas itu?
3. Jika massa jenis air dianggap 1 gram/cm3 dan volume air V, berapakah massa air
tersebut?
4. Jika massa air m, kalor jenis air ca, suhu mula-mula t1 dan suhu akhirnya t2,
bagaimanakah persamaan untuk menentukan jumlah kalor yang diserap oleh air
tersebut?
5. Jika harga air atau kapasitas panas kalorimeter adalah HK, suhu mula-mula
kalorimeter t1 dan suhu akhirnya t2, bagaimanakah persamaan untuk menentukan
jumlah kalor yang diserap kalorimeter tersebut?
V.
TUGAS EKSPERIMEN
Lakukan dengan seksama langkah-langkah percobaan berikut ini, dan catat data yang
diperoleh dalam table data yang sudah disediakan dalam lembar kegiatan eksperimen
kalorimeter Joule in.
1. Susun rangkaian percobaan seperti dalam gambar, gunakan batas ukur terbesar
terlebih dahulu baik voltmeter maupun ampermeter, jika sudah benar coba on kan
saklar dan amati penunjukan ampermeter dan voltmeter, kemudian segera off-kan lagi
saklar.
2. Tentukan jumlah air yang akan digunakan dengan menggunakan gelas ukur kemudian
masukkan ke dalam kalorimeter, dan upayakan jumlah air sedemikian rupa agar
elemen pemanas dalam kalorimeter terendam air. Tutup kalorimeter dan catat massa
air yang digunakan.
3. Aduk perlahan-lahan air dalam kalorimeter, kemudian ukur dan catat suhu mula-mula
air dan kalorimeter.
4. On-kan saklar, ukur dan catat beda potensial, kuat arus pada awal dan akhir
percobaan.
5. Aduk-aduk air dalam kalorimeter, kemudian ukur dan catat suhu akhirnya.
6. Ukur dan catat selang waktu berapa lama arus itu mengalir dalam rangkain sampai air
dan kalorimeter mencapai suhu akhir yang diamati.
7. Ulangi sebanyak 3 sampai 5 kali percobaan dengan kuat arus, beda potensial atau
massa yang berbeda-beda.
VI.
TUGAS SETELAH EKSPERIMEN
Berdasarkan data-data yang anda peroleh dari percobaan yang telah anda lakukan.
Jawablah peranyaan-pertanyaan berikut ini.
1. Berapakah hambatan listrik elemen pemanas kalorimeter Joule yang digunakan?
2. Jika kuat arus pada awal dan akhir percobaan berbeda, gunakan nilai rata-rata kuat
arus itu. Berapakah energi listrik yang diubah menjadi kalor oleh elemen pemanas?
3. Berapakah jumlah kalor yang diserap air dalam kalorimeter joule selama waktu yang
diamati?
4. Berapakah harga air atau kapasitas panas kalorimeter Joule?
5. Jika massa kalorimeter Joule yang digunakan itu adalah MK=…………….gram,
berapakah kalor jenisnya?
I.
TEORI
Para peserta OSN yang membanggakan, selamat berlomba dan semoga menjadi yang
terbaik. Salah satu kegiatan peserta lomba dalam OSN
bidang fisika kali ini adalah
melakukan eksperimen. Eksperimen yang akan dilakukan adalah eksperimen menggunakan
kalorimeter Joule. Kalorimeter Joule adalah nama yang lazim diberikan pada kalorimeter
yang menggunakan elemen pemanas listrik sebagai sumber energinya. Cara kerja
kalorimeter Joule adalah sama dengan mug pemanas air listrik yang biasa digunakan
dirumah untuk memanaskan air dengan menggunakan tenaga listrik. Rangkaian lengkap
eksperimen ini adalah seperti pada
gambar di bawah ini.
Arus listrik yang berasal dari sumber
gaya gerak listrik (misalnya baterai)
mengalir
ke dalam rangkaian dan
menyebabkan elemen pemanas dalam
kalorimeter Joule menerima energi
listirk dan menjadi panas. Energi panas
(kalor) dari elemen pemanas itu akan diserap oleh air dan kalorimeter sehingga suhu
keduanya naik.
Untuk menghitung energi listrik yang diubah menjadi kalor oleh elemen pemanas
digunakan voltmeter dan ampermeter. Voltmeter dipasang paralel dengan elemen pemanas
untuk mengukur beda potensial listrik yang bekerja pada elemen pemanas. Ampermeter
dipasang seri dengan elemen pemanas untuk mengukur kuat arus listrik yang mengalir pada
elemen pemanas. Selanjutnya energi listrik dihitung dengan menggunakan data-data beda
potensial listrik, kuat arus listrik dan selang waktu percobaan.
Untuk menghitung energi kalor yang diserap oleh air dan kalorimeter harus diketahui datadata tentang massa air (ma), kalor jenis air (ca), massa kalorimeter(mK), kalor jenis kalori
meter (cK), suhu awal (t1) dan suhu akhir (t2) air dan kalorimeter yang diukur dengan
menggunakan termometer. Pada percobaan ini digunakan gelas ukur untuk menentukan
massa air yang digunakan dengan menganggap massa jenis air = 1 gram/cm3. Kalor jenis
air adalah ca = 1 kalori/gramoC, dan harga air atau kapasitas panas kalorimeter memenuhi
persamaan
HK = mK.cK
yang pada eksperimen ini nilainya harus ditentukan.
Untuk menentukan nilai harga air atau kapasitas panas kalorimeter tersebut, pada
eksperimen ini dianggap pertukaran kalor terjadi hanya antara elemen pemanas dengan air
dan kalorimeter beserta pengaduknya, sehingga jumlah energi listrik yang diserap dan
diubah mejadi panas oleh elemen pemanas sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air
d
a
n
Energi listrik elemen pemanas = kalor yang diserap air + kalor yang diserap kalorimeter
kalorimeter sehingga suhu keduanya naik, atau berlaku hubungan
UnUntuk menyamakan satuan antara ruas kiri dan kanan digunakan nilai ekivalen 1 joule =
0,24 kalori.
II.
TUJUAN
Menentukan kapasitas panas kalorimeter
III.
ALAT DAN BAHAN
1. Kalorimeter Joule
2. Voltmeter dc
3. Ampermeter dc
4. Baterai
5. Saklar on/off
6. Termometer
7. Gelas ukur
8. Air
IV.
TUGAS SEBELUM EKSPERIMEN
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini sebelum anda melakukan percobaan, tulis
jawaban anda di tempat yang sudah disediakan di dalam lembar kegiatan eksperimen
kalorimeter Joule ini.
1. Pada dasarnya, elemen pemanas yang terdapat dalam kalorimeter Joule adalah sebuah
hambatan listrik. Buatlah gambar rangkaian listrik eksperimen kalorimeter Joule
dengan menggunakan symbol-simbol di bawah ini.
2. Jika selama selang waktu t, pada elemen pemanas terdapat beda potensial listrik V
dan kuat arus i, bagaimanakah persamaan untuk menentukan energi listrik yang
diserap oleh elemen pemanas itu?
3. Jika massa jenis air dianggap 1 gram/cm3 dan volume air V, berapakah massa air
tersebut?
4. Jika massa air m, kalor jenis air ca, suhu mula-mula t1 dan suhu akhirnya t2,
bagaimanakah persamaan untuk menentukan jumlah kalor yang diserap oleh air
tersebut?
5. Jika harga air atau kapasitas panas kalorimeter adalah HK, suhu mula-mula
kalorimeter t1 dan suhu akhirnya t2, bagaimanakah persamaan untuk menentukan
jumlah kalor yang diserap kalorimeter tersebut?
V.
TUGAS EKSPERIMEN
Lakukan dengan seksama langkah-langkah percobaan berikut ini, dan catat data yang
diperoleh dalam table data yang sudah disediakan dalam lembar kegiatan eksperimen
kalorimeter Joule in.
1. Susun rangkaian percobaan seperti dalam gambar, gunakan batas ukur terbesar
terlebih dahulu baik voltmeter maupun ampermeter, jika sudah benar coba on kan
saklar dan amati penunjukan ampermeter dan voltmeter, kemudian segera off-kan lagi
saklar.
2. Tentukan jumlah air yang akan digunakan dengan menggunakan gelas ukur kemudian
masukkan ke dalam kalorimeter, dan upayakan jumlah air sedemikian rupa agar
elemen pemanas dalam kalorimeter terendam air. Tutup kalorimeter dan catat massa
air yang digunakan.
3. Aduk perlahan-lahan air dalam kalorimeter, kemudian ukur dan catat suhu mula-mula
air dan kalorimeter.
4. On-kan saklar, ukur dan catat beda potensial, kuat arus pada awal dan akhir
percobaan.
5. Aduk-aduk air dalam kalorimeter, kemudian ukur dan catat suhu akhirnya.
6. Ukur dan catat selang waktu berapa lama arus itu mengalir dalam rangkain sampai air
dan kalorimeter mencapai suhu akhir yang diamati.
7. Ulangi sebanyak 3 sampai 5 kali percobaan dengan kuat arus, beda potensial atau
massa yang berbeda-beda.
VI.
TUGAS SETELAH EKSPERIMEN
Berdasarkan data-data yang anda peroleh dari percobaan yang telah anda lakukan.
Jawablah peranyaan-pertanyaan berikut ini.
1. Berapakah hambatan listrik elemen pemanas kalorimeter Joule yang digunakan?
2. Jika kuat arus pada awal dan akhir percobaan berbeda, gunakan nilai rata-rata kuat
arus itu. Berapakah energi listrik yang diubah menjadi kalor oleh elemen pemanas?
3. Berapakah jumlah kalor yang diserap air dalam kalorimeter joule selama waktu yang
diamati?
4. Berapakah harga air atau kapasitas panas kalorimeter Joule?
5. Jika massa kalorimeter Joule yang digunakan itu adalah MK=…………….gram,
berapakah kalor jenisnya?