Dasar Teori HK. Joule

Dasar Teori

Didalam kehidupan, semua makhluk hidup yang hidup dibumi ini sangat memerlukan energi. Energi stsu sering disebut dengan tenaga, adalah suatu pengertian yang sering kali digunakan orang, energi merupakan suatu kemampuan untuk melakukan usaha. Dalam fisika kita juga artikan energi sebagai kemampuan melakukan kerja. Energi di alam  juga merupakan sesuatu besaran yang kekal. Energi dapat dari suatu benyuk ke bentuk lain, misalnya pada kompor dapur, energi yang dilakukan atau disimpan didalam minyak tanah diubah menjadi api. Selanjutnya jika digunakan untuk memanaskan air, energi diubah ke  bentuk lain menjadi gerak molekul-molekul air. Energi adalah suatu kuantitas yang kekal, yang dapat berubah bentuk, dan juga dapat  pindah dari system ke system lain, akan tetapi jumlah keseluruhannya tetap. Energi tidak  dapat dibentuk dari nol juga tidak dapat dimusnahkan. Kita hanya dapat merubah bentuk  energi atau memindahkan energi. Energi yang sering digunakan manusia adalah energi listrik. Oleh karena energi listrik dapat diubah bentuknya menjadi energi bentuk lain dengan mudah, ener energi gi

list listri rik k

juga juga

muda mudah h

dian diangk gkut ut

deng dengan an

meng menggu guna naka kan n

kawa kawatt-ka kawa watt

seba sebaga gaii

 penghantarnya. Jadi energi listrik itu lebih mudah dimanfaatkan disbanding dengan energi lainnya. Hanya dengan menekan tombol sakelar saja, maka kita dapat memutar motor listrik, menghidupkan lampu, dan sebagainya.

Energi listrik antara lain dapat diubah menjadi energi-energi lain sebagai berikut; -

ener energi gi kimi kimiaa denga dengan n mengg menggun unak akan an elek elektr trol olisa isa,,

-

ener energi gi pan panas, as, misal misalny nyaa pada pada setri setrika ka list listri rik, k,

-

ener energi gi cah cahay aya, a, misa misaln lny ya pada pada lam lampu pu pij pijar ar,,

-

ener energi gi mek mekan anik ik,, misal misalny nyaa pada pada moto motorr listr listrik ik..

Apabila Apabila suatu rangkaian rangkaian panghantar panghantar yang memiliki memiliki beda potensial potensial V dan dialiri arus listrik I dalam waktu t detik, maka energi listrik yang terjadi dalam penghantar itu dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut :

W = V.I.t

Tahanan yang dialiri arus listrik akan menimbulkan sejumlah panas yang jumlahnya dapat diukur atau ditentukan melalui rumus berikut :

Q = 0,24 V . I . t

….. (1)

Keterangan, Q = panas yang ditimbulkan (kalori) V = beda potensial (Volt) I = kuat arus (Ampere) t = lama arus yang mengalir (detik) R = besar tahanan (Ohm)

Panas yang diterima oleh larutan (termasuk calorimeter) adalah sebagai berikut : Q = ( M . C + m . Ckal ) ( Ta – Tm )

Keterangan,

….. (2)

M = massa larutan (gram) C = panas jenis larutan (kalori/gram0C) m = massa kalorimeter + pengaduk (gram) Ckal = panas jenis kalorimeter (kalori/gram0C) Ta = temperature akhir larutan (0C) Tm = temperature awal larutan (0C)

Apabila tidak ada panas yang hilang maka perlu dilakukan pada persamaan (1) dan (2), yaitu terhadap pertukaran panas yang terjadi antara kalorimeter dan sekelilingnya (efek   pendingin) dan terhadap arus yang mengalir ke alat ukur voltmeter. Koreksi di berikan melalui penggantian antara Ta dan Ta’ serat antara I dan I’ sehingga kedua persamaan tersebut menjadi : Ta’ = Ta + ( Ta + Tc )

Keterangan,

Tc = temperature yang dicapai oleh larutan setelah sumber arus diamati selama jangka waktu t/C

I’ = I V / R 

Keterangan,

R = besar tahanan alat ukur voltmeter 

Berdasarkan persamaan

W = (I.R)I.t

W = V . I . t , maka :

sehingga

W = I2 R . t

Persamaan diatas disebut sebagai hukum Joule yang menyatakan bahwa energi yang dikeluarkan oleh suatu penghantar akan : -

berbanding lurus dengan kuadrat arus yang melaluinya,

-

berbanding lurus dengan hambatan penghantar,

-

berbanding lurus dengan lamanya arus yang mengalir 

Konsep Energi dan Daya Listrik  Energi Listrik 

Energi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya: • Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan kompor  listrik. • Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu. • Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik. • Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa  penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber  arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada: • Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V). • Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i). • Waktu atau lamanya arus mengalir (t). Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.i, maka persamaan energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk : W = V.i.t = (R.i).i.t W = i^2.R.t (dalam satuan watt-detik) dan karena i = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan: W = i^2.R.t = (V/R^2.R.t W = V^2.t/R (dalam satuan watt-detik)

Keuntungan menggunakan energi listrik: a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.  b. Mudah ditransmisikan. c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.

Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar energi listrik yang berubah menjadi  panas (kalor) dapat dirumuskan: Q = 0,24 V i t……kalori Q = 0,24 i^2 R t…..kalori Q = 0,24 V^2.t/R….kalori

Jika V, i, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka panas (kalor) dinyatakan dalam kalori.

Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta  penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada  penghantar dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik   berbanding lurus dengan: a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)  b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i) c. Waktu selama arus mengalir (t).

dan hubungan ketiganya ini dikenal sebagai "hukum Joule"

Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah: Q = 0,24 V.i.t kalori

Daya Listrik 

Daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang  berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (P) dapat dirumuskan: Daya = Energi/waktu P =W/t P = V.i.t/t = V.i P = i^2 R  P = V^2/R (dalam satuan volt-ampere, VA)

Satuan daya listrik : a. watt (W) = joule/detik   b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.

Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu: Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh). 1 kWh = 36 x 105 joule

Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per  detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut:

1 HP = 746 W = 0,746 kW 1kW = 1,34 HP

Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP)atau (ft)(lb)/(sec).