Arus listrik menimbulkan panas

Ketika dua benda yang mempunyai suhu yang berbeda dihubungkan satu sama lain dihubungkan, maka akan terjadi transfer energi atau aliran energi dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Energi yang dipindahkan pada kondisi-kondisi seperti ini biasa disebut sebagai energi kalor/panas (heat). Ketika suatu benda dipanaskan maka energi diberikan pada benda itu. Ketika suatu benda dipanaskan maka benda tersebut akan kehilangan energi. Dan kita biasanya beranggapan bahwa satu kalori akan mengubah temperatur satu gram air satu derajat Celsius.

Tentu saja energi kalor tidak berbeda dari energi mekanik. Kalori pasti merupakan satuan energi yang lain yang mirip dengan Erg atau Joule. Salah satu cara untuk menemukan hubungan antara kalori dan joule adalah mengukur besarnya kalor yang diterima dalam kalori ketika dilakukan kerja yang berupa gaya gesek dalam jumlah tertentu dalam satuan Joule. Jamess Presscott Joule melakukan percobaan seperti itu pada tahun 1840. Joule menggunakan sebuah alat yang didalamnya beban-beban yang jatuh merotasikan sekumpulan dayung didalam sebuah wadah air yang diisolasi. Didalam satu siklus operasi maka beban-beban yang jatuh tersebut melakukan sejumlah kerja yang diketahui pada air tersebut, yang massanya m, dan kita memperhatikan bahwa temperatur naik sebanyak DT. Kita dapat menghasilkan kenaikan temperatur yang sama ini dengan memindahkan tenaga kalor Q kepada sistem tersebut yang diberikan oleh:

                              Q = m.c. DT

Jadi kita mengukur W, mengamati DT, dan menghitung Q,

 Sejak saat itu, metode elektrik untuk menentukan hubungan kalori dan Joule telah disempurnakan. Hasil yang didapat ini dinamakan Tara kalor mekanik dari kalor/panas adalah

1 kalori = 4,184 Joule, sehingga

1 Joule  = 0,239 Kalori

Kita dapat menggunakan nilai percobaan ini untuk mengubah pengukuran energi-kalor menjadi satuan dasar energi-mekanik. Konsep ini akan kita coba untuk diterapkan dalam percobaan kali ini.                  

Apabila antara dua ujung kawat konduktor diberi beda potensial, maka elektron-elektron bebas akan bergerak di sepanjang kawat konduktor tersebut. Elektron akan menumbuk partikel konduktor selama terjadi beda potensial. Dengan demikian dapat dianggap elektron berkecepatan rata-rata tetap. Dengan adanya tumbukan tersebut, maka sebagian energi gerak elektron akan diberikan pada partikel. Getaran partikel akan bertambah besar dan inilah yang menyebabkan panas. Dalam suatu percobaan kawat spiral yang dialiri arus listrik dimasukkan ke dalam air sehingga terjadi perpindahan panas dari spiral ke air. Hingga derajat pertambahan panas (dH/dt)  berbanding lurus dengan arus listrik dan beda potensial :

dH/dt = V.i……………………………………(1)

Bila V dan I tetap maka persamaan (1) dapat diintegralkan

H = V.i.t………………………………………(2)

H = Jumlah panas yang timbul (Joule)

t = lama waktu dialiri listrik (detik)

Bila V,I,t dapat diukur maka H dapat dihitung.

Panas yang diterima air :

                        Q1 = W.(Ta-Tm)  (kalori)………………………………(3)

Panas yang diterima kalorimeter dan pengaduknya :

                        Q2 = 0,26.W.(Ta-Tm)  (kalori)…………………(4)

            W  = massa air(gram)

            Ta = Temperatur akhir(⁰C)

            Tm = Temperatur awal (⁰C)

            0,26W = harga air

Gambar:

Berdasar Asas Black – panas yang diterima = panas yang diberikan, maka persamaan (2) = jumlah persamaan (3) dam (4). Maka harga 1 Joule dalam satuan kalori dapat kita tentukan.

Share this post