K2 - Konstanta Joule

Konstanta Joule merupakan percobaan Joule yang menemukan kesamaan (ekivalensi) antara kerja mekanikal terhadap jumlah perpindahan panas (mechanical equivalent of heat).

Semua energi, apakah itu energi listrik, energi kalor, energi kinetik, energi potensial, energi cahaya, energi bunyi dan sebagainya, dalam SI memiliki satuan yang sama yaitu joule (disingkat J) dan dimensinya adalah [M][L]²[T]^-2

Satuan kalor jenis = J/(kg K) = J kg^-1 K^-1  

Dimensi kalor jenis = [L]²[T]^-2[θ]^-1

Hasil percobaan Joule,

1 kalori perpindahan panas (energi termal) = 4,184 N-m kerja mekanikal.

Maka, konstanta Joule adalah 4,184 J / kalori karena 1 N-m dikenal juga sebagai Joule (J)

dengan :

Na = nilai air kalorimeter

V = tegangan listrik (Volt)

t = waktu (detik) 

Ca = kalor jenis air

Ma = massa air dalam calorimeter

I = arus listrik (Ampere)

T = perubahan suhu dalam oC

KALORIMETER

Kalorimeter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat dalam suatu perubahan atau reaksi kimia.

Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan suhu. Pada kalorimeter terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi lain yang sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Prinsip kerja kalorimeter adalah mengalirkan arus listrik pada kumparan kawat penghantar yang dimasukkan kedalam air suling. Pada waktu bergerak dalam kawat penghantar pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi. Akibatnya pembawa muatan dengan kecepatan konstan yang sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu energi kalor.

KALOR

Kalor adalah bentuk energi yang mengalir atau berpindah karena adanya perbedaan temperatur atau suhu.

Besar kenaikan suhu sebanding dengan banyaknya kalor yang diterima dan berbanding terbalik dengan massa zat dan kalor jenis zat.

sesuai persamaan Q =  m.c.∆T

Dengan :

Q = jumlah kalor yang diterima

m = massa zat

∆T = perubahan suhu

c = kalor jenis benda.

kalor jenis yaitu banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 1^oC.

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu kalorimeter sebesar 1^oC pada air dengan massa 1 gram disebut tetapan kalorimeter.

Dalam proses ini berlaku asas black yaitu Q_lepas = Q_diterima.

TERMODINAMIKA

Sedangkan hubungan kuantitatif antara kalor dan energi bentuk lain disebut termodinamika. Termodinamika dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja dan bentuk lain energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan.

Hukum pertama termodinamika menghubungkan perubahan energi dalam suatu proses termodinamika dengan jumlah kerja yang dilakukan pada sistem dan jumlah kalor yang dipindahkan ke sistem. Hukum kedua termodinamika membahas tentang reaksi spontan dan tidak spontan.

Reaksi spontan merupakan reaksi yang berlangsung tanpa pengaruh luar.

Reaksi tidak spontan tidak akan terjadi jika tidak ada pengaruh luar.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi dari suatu benda akan meningkat jika suhu ditingkatkan sedikit diatas 0^oC dan entropi mutlak selalu mempunyai nilai positif.

KAPASITAS PANAS

Kapasitas panas merupakan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah temperatur suatu benda 1 ^oC.

Kapasitas panas bersifat ekstensif yang artinya bahwa jumlahnya tergantung dari besar sampel.

Sifat intensif yang berhubungan dengan kapasitas panas adalah kalor jenis (panas spesifik) yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 ^oC. untuk air panas spesifiknya 4,18 J/g^oC. Kebanyakan  zat mempunyai panas spesifik lebih kecil dari air. Besarnya panas spesifik untuk air disebabkan karena adanya sedikit pengaruh dari laut terhadap cuaca.

Adapun panas spesifik beberapa zat saat suhu 25^oC dan tekanan atmosfer.

Zat		Panas spesifik
		J/kg oC	Cal/goC
Padatan	Aluminium	900	0,215
	Emas	129	0,0308
	Perak	234	0,056
	Tembaga	387	0,092
	Besi	448	0,107
Padatan lainnya	Kaca	837	0,200
	Es batu (-5oC)	2090	0,50
	Kuningan	380	0,092
	Kayu	1700	0,41
Cairan	Alkohol	2400	0,58
	Air	4186	1,00
Gas	uap	2010	0,48

ARUS LISTRIK

Arus Listrik merupakan aliran muatan-muatan listrik. Besarnya muatan listrik yang mengalir melalui suatu penghantar tiap satuan waktu disebut dengan kuat arus listrik. Secara matematis dituliskan sebagai berikut:

Keterangan:

I = kuat arus listrik (Ampere,A)

Q= Muatan listrik (Coulomb,C)

T= Waktu (sekon,s)

AMPEREMETER

Alat untuk mengukur kuat arus listrik adalah Amperemeter. Amperemeter selalu dipasang secara seri dengan rangkaian yang akan diukur kuat arusnya, mempunyai hambatan dalam kecil agar kuat arus listrik mudah melaluinya.

TEGANGAN LISTRIK

Tegangan Listrik disebut juga beda potensial listrik yang disimbolkan sebagai V.

Definisi tegangan listrik secara fisika adalah usaha (energy) untuk memindahkan muatan listrik .

Perumusan secara matematis ditulis sebagai berikut.

Keterangan :

V = Tegangan listrik (Volt, Joule/coulomb)

W = Usaha/energy (Joule)

Q = Muatan listrik (Coulomb)

VOLTMETER

Besarnya tegangan listrik dalam suatu rangkaian dapat diukur dengan alat bernama Voltmeter.

Voltmeter disusun secara parallel.

SAKLAR

Fungsi saklar sebagai penghubung dan pemutus arus listrik. Dalam suatu rangkaian biasanya di pasang sekering untuk mencegah terjadinya korsleting

Saat terjadi korsleting :

-  Hambatan kecil

-  Kuat arus besar

-  Kawat sekering putus

-  Aliran terhenti

 - Lampu padam

HUKUM OHM

Hukum Ohm “Besar kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan beda potensialnya asalkan hambatannya tetap”.

Percobaan hukum Ohm : Persamaan hukum Ohm

Keterangan :

V = beda potensial (volt)

I = kuat arus listrik (Ampere)

R = hambatan listrik (ohm)

KONDUKTOR

Konduktor merupakan bahan atau zat yang dapat dengan mudah dilalui arus listrik, karena electron-elektronnya mudah bergerak. Contoh : Alumunium, tembaga, perak dll.

ISOLATOR

Isolator merupakan bahan atau zat yang sukar atau tidak dapat dilalui arus listrik,karena electron bebas pada isolator sukar bergerak. Contoh : kayu, karet,kaca, dll

SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor memiliki daya hantar listrik diantara konduktor dan isolator. Jika suhu semakin tinggi, maka hambatan jenis bahan akan bertambah sehingga sukar mengalirkan arus listrik. Contoh : arsen, silicon, germanium F.

HUKUM 1 KIRCHOFF

Hukum 1 Kirchoff “Besar kuat arus yang masuk melalui suatu titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar dari titik percabangan itu.”

RESISTOR

Nilai hambatan (resistor) pada kawat penghantar dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :

Hambatan jenis (ρ)

Panjang kawat (ℓ)

Luas penampang (A)

Nilai hambatan kawat sebanding dengan luas penampang.

Keterangan :

R = hambatan penghantar (ohm,Ω)

ρ = hambatan jenis (ohm meter, Ω m)

L = panjang penghantar (meter,m)

A = luas penampang penghantar (m2)

RESISTOR TETAP

Terbuat dari padatan karbon,lapisan logam tipis, atau lilitan kawat.

Ciri resistor tetap adalah mempunyai nilai hambatan tertentu. Besar nilai hambatan ditentukan dari kode warna resistor.

RESISTOR VARIABEL (REOSTAT)

Digunakan untuk mengatur besar kuat arus dalam suatu rangkaian. Ciri resistor variable adalah memiliki nilai hambatan yang berubah-ubah.

Contoh rheostat :

1. Hambatan geser
Berbentuk satu silinder berbahan isolator yang dililiti bahan konduktor.
Fungsi hambatan geser adalah menghasilkan nilai hambatan yang kecil namun dapat diubah-ubah.
2. Potensiometer
Terbuat dari bahan yang hambatan jenisnya besar,sehingga nilai hambatan yang dapat diberikan besar meskipun bentuk dan ukuran fisik potensiometer kecil.
Potensiometer digunakan pada radio dan tape sebagai pengatur volume.
3. Termistor
Sangat peka terhadap perubahan suhu.
Ada 2 macam termistor a) Termistor koefisien suhu negative (NTC), jika suhu NTC naik nilai hambatan berkurang. b) Termistor koefisien suhu positif (PTC), jika PTC naik nilai hambatan bertambah.
Termistor digunakan sebagai komponen alat pemadam kebakaran
4. Fotoresistor
Peka terhadap cahaya, nilai hambatannya berubah sesuai besar kecilnya intensitas cahaya yang mengenainya.