Hukum Joule

Arus listrik ialah aliran partikel-partikel listrik bermuatan positif pada suatu pengantar (aliran muatan listrik). Pergerakan muatan ini terjadi di konduktor. Konduktor bisa berupa gas, logam, ataupun larutan, sedangkan pembawa muatan itu sendiri tergantung dari jenis konduktor antara lain:
  • Gas, merupakan pembawa muatannya adalah ion positif dan electron
  • Larutan, merupakan pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif
  • Logam, merupakan pembawa muatannya adalah electron-elektron
Untuk mengukur benda secara tepat haruslah menggunakan sebuah alat yang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena terjadi sebuah perubahan yang bisa diukur dengan berubahnya suhu benda itu. Alat untuk mengukur suhu disebut thermometer, yang bekerja atas perubahan fisis secara bersamaan dengan perubahan temperatur, yaitu perubahan volume zat air, perubahan tahanan listrik dari sebuah kawat penghantar, perubahan warna filament lampu pijar.

Perubahan ini semua barengan dan berbanding dengan temperatur yang dapat diukur. Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya meningkat satu derajat celcius. Satu kalori didefenisikan sebagai banyaknya  kalor  yang  dibutuhkan  untuk memanaskan satu gram air sehingga suhunya naik satu derajat celcius.

Sesuai ketetapan:
1 kalori = 4,2 Joule
atau
1 Joule = 0,24 kalori


Karena kalor merupakan suatu bentuk energi, maka satuan SI untuk kalor sama seperti energi, yaitu Joule.

  1. Kalor dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah.
    Di sebuah benda yang memiliki suhu yang tidak sama untuk seluruh bagian-bagiannya akan terjadi perpindahan kalor dari bagian yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Demikian pula jika sebuah benda bersuhu lebih tinggi dari suhu lingkungannya. Benda itu akan memancarkan energi hingga suhu benda sama dengan suhu lingkungannya. Jika suhu sudah sama akan terjadi keseimbangan atau tidak ada kembali perpindahan kalor atau energi.
  2. Kalor jenis.
  3. Suatu zat yang menerima kalor, selain mengalami pemuaian ataupun perubahan wujud, pada zat tersebut juga akan terjadi kenaikan suhu. Ketika kita memanaskan air pada sebuah ketel, makin besar nyala api,itu artinya semakin besar kalor yang diberikan pada air, dan menghasilkan kenaikan suhu air yang lebih besar daripada kenaikan suhu air sebelumnya. Apabila kalor yang sama diberikan pada ketel yang berisi lebih sedikit air, kenaikan suhu air lebih cepat kenaikan suhu air sebelumnya. Akibatnya, untuk selang waktu pemanasan yang sama akan dicapai suhu air yang lebih tinggi dari kondisi sebelumnya. Besarnya kenaikan suhu dari zat tersebut dituliskan dalam persamaan berikut: 
Q = m.c. ∆t


Keterangan:
Q  = kalor ( kalor atau Jou le)
c   = kalor jenis (kal/g) atau (J/Kg.K)
m  = massa benda ( gram atau Kg)
∆t = perubahan suhu

Jadi, ∆t merupakan perubahan suhu dari sebuah zat yang menerima kalor sebesar Q. 

  • Kapasitas kalor
    Kapasitas kalor merupakan bilangan yang menunjukkan banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk menaikkan suhu benda sebesar 1C. Jika kapasitas kalor (C) yang dikaitkan dengan kalor jenis (c) maka akan diperoleh persamaan berikut: C = mc



  • Kalorimeter
    Kalorimeter merupakan sebuah alat untuk memperlihatkan besarnya kalor jenis suatu zat. Kalorimeter bekerja berdasarkan Asas Black. Asas black bunyinya yaitu: Banyaknya jumlah kalor yang telah dilepas oleh suatu benda yang suhunya lebih tinggi maka akan setara dengan kalor yang telah diterima oleh benda yang memiliki suhu rendah”


  • Energi  Dan Daya Listrik
    Hambatan (R) yang dialiri arus listrik (I) akan menimbulkan beda tegangan V antar ujung berarti daya listriknya: P = V.I  Karena V = I . R  maka, daya listriknya dirumuskan jadi : P = ( I.R ) I = I2. Dengan:  P = Daya listrik (watt)
    Jika arus listrik melewati selama t detik energi listrik yang terpakai adalah: W = I2 R.t Dengan:   t = Waktu ( dt ).

    Hukum Joule, "tenaga diubah ke tenaga termal, yang ada di suatu penghantar merupakan suatu proses yang tidak dapat dibalik (hanya searah)". Joule mengunakan air pada sebuah selinder yang diaduk dengan suhu yang berputar. Beberapa waktu kemudian suhu air akan naik, hal ini disebabkan karena suhu bergesekan dengan air. Gerakan elektron di suatu penghantar dapat digambarkan seperti serangkai percepatan yang masing-masing terakhir karena tumbukan dengan salah satu  partikel yang tetap di bagian suatu konduktor, elektron itu akan mendapatkan tenaga kinetik di setiap tumbukan dan tenaga itu berubah menjadi panas. Joule juga merumuskan juga perbandingan jumlah satuan usaha dengan jumlah satuan panas yang dihasilkan selalu sama, dengan rumus:
    W = Q
    V . I . t = Q

    Dapat dirumuskan sebagai berikut:

    Q = V.I.t

    Keterangan:
    Q = panas yang timbulkan akibat arus listrik (Joule atau kalori)
    V = tegangan listrik (volt).
    I = arus listrik (A).
    T = waktu (sekon).
    Menurut hukum termodinamika I disebutkan bahwa : apabila kalor diubah menjadi bentuk energi lain atau jika bentuk energi tersebut diubah menjadi kalori, jadi energi sebelumnya selalu konstan. Karena kalor adalah suatu bentuk energi, maka usaha selalu dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya.