Laporan Kesetaraan Energi Fisika Dasar 2

Calonpendidik.com – Kesetaraan energi pada hakikatnya untuk mengetahui jumlah energi panas yang dihasilkan memiliki nilai yang sama dengan jumlah energi mekanik. Laporan kesetaraan energi fisika dasar 2 mempunyai maksud untuk mencari perbandingan pada kedua energi tersebut.

Laporan kesetaraan energi ini merupakan hasil percobaan kegiatan praktikum yang dilaksanakan pada mata kuliah fisika dasar 2 untuk materi kesetaraan energi. Berikut ini laporan kesetaraan energi yang dapat teman-teman dapatkan secara gratis.

Bab 1 Pendahuluan Laporan Kesetaraan Energi

A.Latar Belakang

Energi telah menjadi masalah penting sampai sekarang. Manusia berusaha untuk memperoleh sumber energi yang dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Pada dasarnya semua bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain yang bisa dimanfaatkan oleh manusia. Di berbagai negara maju kincir angin membangun sebagai pembangkit listrik tenaga angin. Kincir ini berfungsi mengubah energi gerak angin menjadi energi listrik.

Tuhan menciptakan alam semesta tiada sia-sia, tugas manusia adalah mengelola alam semesta dengan baik. Salah satunya ialah manusia memanfaatkan laut untuk dikonversi energi listrik. Sangat banyak energi alternatif yang dapat digunakan pada saat ini mulai dari energi angin yang dapat digunakan menjadi listrik, energi air yang dapat digunakan menjadi listrik, dan bahkan energi cahaya matahari dapat digunakan menjadi listrik.

Energi dapat diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Meskipun definisi ini tidak begitu tepat, untuk sementara akan digunakan definisi ini. Ada juga benda yang memiliki energi namun tidak mempunyai kemampuan untuk melakukan kerja. Misalnya, benda yang memiliki energi kalor. Energi ini dapat dikonversi menjadi bentuk lain sehingga benda mempunyai kemampuan untuk melakukan kerja.

Energi bersifat kekal dapat diubah bentuk dan dapat dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Energi yang dimiliki minyak tanah dalam kompor adalah energi kimia yang tersimpan sebagai ikatan atom dalam molekul minyak. Ketika terjadi pembakaran dengan oksigen dalam bentuk api, energi tersebut dilepaskan dan berubah menjadi energi panas atau kalor. Lalu berpindah ke dalam air dalam ketel.

Perpindahan itu terjadi karena ada perubahan suhu antara api dan air. Energi kalor berubah menjadi energi kinetik melalui molekul-molekul air atau gerakan molekul air menjadi semakin cepat sehingga beberapa molekul air meninggalkan permukaan air dalam bentuk uap air. Ketika tekanan uap air cukup besar maka piston akan terdorong. batang piston mendorong balok dengan gaya F sehingga balok bergerak titik dengan kata lain piston melakukan usaha pada balok.

Satuan energi yang lain adalah kalori atau kilo kalori. Satuan kalori biasanya digunakan untuk menyatakan besar energi panas atau kalor dan energi kimia yang terkandung dalam makanan. Usaha yang dilakukan oleh gaya akan diikuti oleh perubahan energi. Karena besarnya usaha yang dilakukan sama dengan energi yang dikeluarkan maka satuan energi juga sama dengan satuan usaha. Untuk nilai yang lebih besar digunakan kilo joule (kJ) dan Mega Joule (MJ). Selain itu cuma satuan energi yang lain yang bisa dipakai elektron volt (eV). Untuk mengetahui lebih dalam lagi tentang kesetaraan energi, maka dilakukanlah pembuatan laporan kesetaraan energi.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi?
2. Berapa besar nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis berdasarkan praktikum serta perbandingannya dengan teori?

C. Tujuan Praktikum

1. Memahami prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi.
2. Menentukan nilai kesetaraan energi panas dan energi mekanis.

Bab 2 Tinjauan Pustaka Laporan Kesetaraan Energi

Fisika merupakan ilmu yang mempelajari perilaku alam dalam berbagai bentuk gejala untuk memahami apa yang mengendalikan dan menentukan kelakuan tersebut. Berdasarkan hal tersebut maka belajar fisika tidak lepas dari penguasaan konsep-konsep fisika melalui pemahaman. Penguasaan konsep ini merupakan aspek penting yang dibutuhkan oleh mahasiswa dan mahasiswi ketika mempelajari fisika. Pemahaman konsep digunakan siswa untuk memecahkan masalah dalam fisika (Musyafak, 2013).

Kita dapat melakukan analisis kapasitas panas yang serupa untuk sebuah padatan Kristal. Tinjau sebuah Kristal yang mengandung n atom yang identik (padatan monoatomik). Masing-masing atom terikat pada posisi kesetimbangan oleh gaya antar atom. Elastisitas untuk materi padatan menunjukkan bahwa gaya-gaya itu harus memungkinkan regangan dan lengkungan pada ikatan. Kita dapat membayangkan sebuah Kristal sebagai deretan atom yang terhubung ileh pegas-pegas kecil. Setiap atom dapat bergetar (bervibrasi) di sekitar posisi kesetimbangannya (Young, 2002).

Kalor merupakan kemampuan yang terjadi akibat adanya perubahan suhu, yang banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Dalam kenyataan, pada umumnya yang terjadi adalah besar energi panas yang dihasilkan tidak sebesar energi listrik, karena sebagian energi dilepas ke sisitem.

Masing-masing atom memiliki tiga derajat kebebasan, berkaitan dengan ketiga komponen kecepatannya. Menurut prinsip ekuipartisi, masing-masing atom memiliki energi kinetic rata-rata sebesar  kT untuk setiap derajat kebebasan. Sebagai tambahan, setiap atom mempunyai energi potensial yang berkaitan dengan deformasi elastic. Untuk sebuah osilator harmonic sederhanatidaklah sulit untuk menunjukkan bahwa energi kinetic rata-rata sebuah atom setara dengan energi potensial rata-ratanya. Dalam model kita untuk sebuah kristal, masing-masing atom pada dasarnya adalah osilator harmonic tiga dimensi dapat menunjukkan bahwa kesetaraan energi kinetic dan potensial rata-rata juga berlaku di sini, memungkinkan pegas-pegas itu untuk mematuhi hukum hooke yang sudah ada (Young, 2002).

Termodinamika merupakan salah satu bidang ilmu pengetahuan yang membahas tentang energi dan berbagai pemanfataannya. Sangat sulit membayangkan bidang-bidang apa saja di kehidupan kita sehari-hari yang tidak ada sangkut pautnya dengan energi. Memang penerapan terbanayak ilmu termodinamika, disamping masih banyak peralatan teknik sehari-hari yang kita pergunakan, adalah pada mesin-mesin termal atau mesin-mesin konversi energi, seperti pada mesin turbin gas, mesian diesel, turbin uap, mesin pendingin, dan lain-lain. Seperti kita ketahui bersama, mesin-mesin tersebut membutuhkan bahan bakar untuk bekerja melakukan tugasnya masing-masing (Soekardi, 2015).

Bab 3 Metode Percobaan Laporan Kesetaraan Energi

Dalam laporan kesetaraan energi, adapun alat dan bahan yang digunakan yaitu sebagai berikut:

A. Alat dan Bahan

Alat

1. Kalorimeter Joule lengkap                       (1 buah)
2. Power Supply DC Variabel                      (1 buah)
3. Digital Multimeter                                   (2 buah)
4. Termometer Celcius                                 (1 buah)
5. Stopwatch                                                  (1 buah)
6. Neraca Ohauss 311 gram                          (1 buah)
7. Kabel Penghubung                                    (5 buah)

Bahan

• Air secukupnya

B. Identifikasi Variabel

Variabel Manipulasi

1. Massa kalorimeter + air (gr)
2. Waktu (s)

Variabel Kontrol

1. Massa kalorimeter + pengaduk (gr)
2. Tegangan (volt)
3. Kuat Arus (A)
4. Suhu awal (^oC)

Variabel Respon

1. Suhu akhir (^oC)

C. Defenisi Operasional Variabel

Variabel Manipulasi

1. Massa kalorimeter + air adalah ukuran materi kalorimeter setelah disi air, diukur menggunakan neraca ohauss 311 gram dan dinyatakan dalam satuan gram (gr).
2. Waktu adalah lamanya pemberian kalor atau pemanasan untuk menaikkan suhu air dalam kalorimeter tiap 3 menit, diukur dengan menggunakan stopwatch dan dinyatakan dalam satuan sekon (s).

Variabel Kontrol

1. Massa kalorimeter + pengaduk adalah ukuran materi kalorimeter dengan pengaduknya (tanpa diisi air) yang diukur menggunakan neraca ohauss 311 gr dengan satuan gram (gr).
2. Tegangan, V adalah beda potensial listrik pada rangkaian, yang diukur dengan menggunakan digital multimeter (voltmeter) dengan satuan volt (v).
3. Kuat Arus, I adalah besarnya arus yang dialirkan pada rangkaian percobaan, diukur menggunakan digital multimeter (ammeter) dengan satuan Ampere (A).
4. Suhu awal adalah ukuran panas air sebelum diberikan kalor atau dialirkan arus, diukur dengan menggunakan termometer celcius  dengan satuan derajat celcius (^oC).

Variabel Respon

1. Suhu akhir adalah ukuran panas air setelah diberikan kalor atau dialirkan arus per 3 menitnya, diukur menggunakan termometer Celcius dengan satuan derajat Celcius (^oC).

D. Prosedur Kerja

1. Semua perangkat (alat dan bahan) percobaan yang akan digunakan dipastikan telah tersedia.
2. Massa kalorimeter + pengaduk diukur menggunakan neraca ohauss 311gr.
3. Air ditambahkan kedalam kalorimeter + pengaduk, kemudian diukur menggunakan neraca ohauss 311 gr.
4. Massa kalorimeter + pengaduk + air dikurangkan dengan massa kalorimeter + pengaduk, kemudian diperoleh massa air yang digunakan.
5. Suhu air diukur terlebih dahulu yang kemudian dijadikan suhu awal air.
6. Perangkat percobaan Joule dirangkai dengan menghubungkan power supply DC variabel kutub positif dengan menggunakan kabel penghubung ganda.
7. Kalorimeter dihubungkan dengan multimeter dengan rangkaian paralel untuk mengukur beda potensial.
8. Multimeter dihubungkan dengan power supply DC variabel pada kutub negatif.
9. Setelah rangkaian terhubung dengan benar, power supply DC variabel dinyalakan.
10. Kenaikan suhu air yang berada dalam kalorimeter  diamati setiap tiga menit dengan  pengambilan data sebanyak tiga kali, kemudian hasil pengamatan dicatat dalam tabel pengamatan.
11. Kegiatan yang sama dilakukan sebanyak tiga kali dengan massa air yang berbeda-beda.

Bab 4 Hasil dan Pembahasan Laporan Kesetaraan Energi

A. Hasil Pengamatan

• NST Neraca Ohauss 310 gr : 0,01 gr
• NST Voltmeter : 0,01 V
• NST Ammeter : 0,01 A
• NST Termometer : 10C
• NST Stopwatch : 0,1 s

Tabel 1.1 Tabel Hasil Pengamatan

Besaran yang diukur	Hasil pengukuran
Massa calorimeter + pengaduk, m1 (gr	|73,58 ± 0,01|
Tegangan, V (volt)	|9,50 ± 0,01|
Kuat arus, I (A)	|1,80 ± 0,01|
Kuat arus, I (A)	|27 ± 1|

Untuk lebih lengkapnya mengenai hasil pengamatan dan analisis data laporan kesetaraan energi dapat diperoleh dengan klik disini.

B. Pembahasan

Kesetaraan energi merupakan suatu cara menyetimbangkan energi mula-mula dengan energi yang telah mendapatkan suatu peristiwa tertentu seperti pada kondisi benda yang saling bertumbukan. Kesetaraan energi tidak terlepas dari energi itu sendiri dimana energi merupakan kemampuan untuk melakukan suatu kerja, di dalam sebuah energi terdapat usaha dan gerak. Dalam hukum kekekalan energi yang berbunyi “energi tidak dapat di ciptakan dan di musnahkan melainkan dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk yang lainnya”.

Hukum pertama termodinamika berbunyi “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”. Artinya prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi panas dengan energi mekanis yakni ketika energi panas yang diterima oleh air dan kalorimeter tidak jauh berbeda dengan energi termal yang dilepaskan elemen listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas dengan cara mengalihkan arus listrik pada kumparan kawat yang tercelup dalam air pada kalorimeter.

Berdasarkan pada unit atau penuntun praktikum, di dalam analisis diketahui bahwa untuk memperoleh besar nilai energi kalor (Q) yang diserap dapat ditentukan dengan rumus Q = m.c.T. Menurut hipotesis yang diperoleh bahwa semakin besar kalor jenis (c) suatu benda maka semakin besar pula kemampuan untuk menyerap kalor (Q) pada perubahan suhu yang sama, begitupun dengan semakin besar energi kalor (Q) yang diserap maka semakin besar pula kalor jenisnya (c).

Berdasarkan hasil analisis, diperoleh Q_air secara berturut-turut dalam selang waktu 3×3 menit dalam 3 kali pengukuran dengan m_a = ⎸144,62 ± 0,01⎸gram dihasilkan  Q₁ = ⎸8,6 ± 1,4 ⎸10² kal, Q₂ = ⎸1,5 ± 0,1 ⎸10³ kal, dan Q₃ = ⎸2,4 ± 0,1 ⎸10³. Sedangkan untuk m_a = ⎸163,73 ± 0,01⎸gram dihasilkan  Q₁ = ⎸9,8 ± 1,6 ⎸10² kal, Q₂ = ⎸1,3 ± 0,1 ⎸10³ kal, dan Q₃ = ⎸1,9 ± 0,1 ⎸10³. Dan untuk Sedangkan untuk m_a = ⎸151,22 ± 0,01⎸gram dihasilkan  Q₁ = ⎸9,0 ± 2,6 ⎸10² kal, Q₂ = ⎸1,2 ± 0,1 ⎸10³ kal, dan Q₃ = ⎸1,8 ± 0,1 ⎸10³.

Sedangkan untuk Q_kalorimetersecara berturut-turut dengan m_a = ⎸144,62 ± 0,01⎸gram adalah Q₁ = ⎸9,7 ± 1,6 ⎸10¹ kal, Q₂ = ⎸1,7 ± 0,1 ⎸10² kal, dan Q₃ = ⎸2,7 ± 0,1 ⎸10² kal. Sedangkan untuk m_a = ⎸163,73 ± 0,01⎸gram adalah Q₁ = ⎸9,7 ± 1,6 ⎸10¹ kal, Q₂ = ⎸1,2 ± 0,1 ⎸10² kal, dan Q₃ = ⎸1,9 ± 0,1 ⎸10² kal. Dan untuk m_a = ⎸151,22 ± 0,01⎸gram adalah Q₁ = ⎸9,7 ± 1,6 ⎸10² kal, Q₂ = ⎸1,7 ± 0,1 ⎸10² kal, dan Q₃ = ⎸2,4 ± 0,1 ⎸10² kal.

Secara teori, nilai ekuivalensi antara energi panas dan energi mekanik yaitu 4,186 J⁄kal. Sedangkan nilai ekuivalensi antara energi panas dan energi mekanik hasil praktikum yaitu 3,373455378 J⁄kal. Jika dibandingkan dengan teori, maka diperoleh %diff1 = 19,929%, %diff2 = 9,11451 %, dan %diff3 = 4,46912%. Hasil perhitungan tersebut menyatakan bahwa secara teori dan analisis data praktikum tidak terlalu jauh perbedaannya, tapi masih terdapat kesalahan yang timbul saat mengamati. Hal ini dikarenakan kurangnya ketelitian dalam praktikum yang dilaksanakan sehingga terdapat perbedaan meskipun sedikit tetapi berpengaruh, selain itu juga kabel yang dipasang atau dihubungkan dengan basicmeter, ujung kabelnya mengalami sedikit kelonggaran, sehingga dapat dianggap mempengaruhi data.

Bab 5 Penutup Laporan Kesetaraan Energi

A. Kesimpulan

1. Prinsip kesetaraan (ekuivalensi) energi adalah suatu keadaan dimana nilai energi mekanis setara dengan energi panas. Energi mekanis diperoleh dengan pemberian beda potensial V, arus listrik I akan mengalir melalui amperemeter sehingga beda potensial akan timbul pada ujung-ujung kumparan yang akan menghasilkan usaha listrik pada sistem untuk memanaskan air. Energi panas adalah energi yang dilepaskan oleh elemen listrik yang diterima oleh air dan kalorimeter, sehingga nantinya akan diperoleh nilai kesetaraan yaitu berupa usaha mekanis yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kalori.
2. Nilai kesetaraan energi panas dengan energi mekanis berdasarkan praktikum adalah γ= 3,3493705687 J⁄kal, γ= 3,996056603 J⁄kal, dan γ= 3,996056603 J⁄kal dengan besar perbandingannya dengan teori berturut-turut yaitu %diff1 = 19,929%, %diff2 = 9,11451 %, dan %diff3 = 4,46912%.

B. Saran

Pada praktikum laporan kesetaraan energi ini, praktikan diharapkan lebih teliti dalam melakukan percobaan sehingga data yang dihasilkan akurat.

Daftar Pustaka Laporan Kesetaraan Energi

Gabriel., J., F., 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta : EGC.

Kunlestiowati, H, 2018, Analisis penyimpangan konversi energi listrik menjadi kalor pada perangkat eksperimen Hukum Joule, Jurnal RKPF UAD, (5)1.

Musyafak, A dan S. Sulhadi Linuwih, 2013, Konsepsi Alternatif Mahasiswa Fisika pada Materi Termodinamika, Jurnal Fisika, (3)2.

Soekardi, Chandrasa. 2015. Termodinamika Dasar dan Mesin Konferesi Energen. Jakarta : ANDI OFFSET.

Young, Hugh D., dan Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.

Itulah laporan kesetaraan energi fisika dasar 2 yang dapat kami bagikan kepada teman-teman, semoga bisa membantu dalam pengerjaan laporan, tetap semangat dan jangan menyerah.