KR 02_Calori Work_Rayhan Hafidz Ibrahim_1306409362
-
Upload
rayhan-hafidz -
Category
Documents
-
view
14 -
download
1
description
Transcript of KR 02_Calori Work_Rayhan Hafidz Ibrahim_1306409362
Laporan Praktikum RLab
KR02 – Calori Work
Nama : Rayhan Hafidz Ibrahim
NPM : 1306409362
Grup : A10
Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Kimia
Kode/Nama Praktikum : KR02/Calori Work
Minggu Praktikum : 4
Tanggal Praktikum : 18 Maret 2014
Laboraturium Fisika Dasar
UPP IPD
Universitas Indonesia
I. Tujuan Praktikum
Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.
II. Peralatan
1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan.
2. Kawat konduktor ( bermassa 2 gr ).
3. Termometer.
4. Voltmeter dan Ampmeter.
5. Adjustable power supply.
6. Camcorder.
7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.
III. Teori Dasar
Energi adalah kemampuan yang diperlukan untuk melakukan usaha. Benda yang
dapat menghasilkan energi disebut sumber energi. Contohnya, manusia memiliki sumber
energi utama dalam bentuk makanan yang akan dicerna oleh sistem pencernaan manusia
dalam reaksi-reaksi kimia.
Energi memiliki bentuk yang berbeda-beda. Macam-macam bentuk energi
diantaranya:
1. Energi panas/kalor : Energi yang dimiliki oleh suatu benda karena suhunya (benda
yang panas).
2. Energi cahaya : Energi yang dihasilkan oleh benda yang bercahaya.
3. Energi bunyi : Energi yang yang dihasilkan dari benda yang bergetar/sedang bergerak.
4. Energi listrik : Energi yang dihasilkan oleh arus listrik.
5. Energi kimia : Energi yang tersimpan dalam suatu zat, dalam bentuk ikatan-ikatan
kimia pada kehidupan sehari-hari.
6. Energi nuklir : Energi yang dihasilkan oleh bahan radioaktif . Energi ini tersimpan
dalam elemen.
7. Energi mekanik : Energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi
mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.
8. Energi potensial : Energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya.
Energi ini termasuk dalam energi yang tersimpan.
9. Energi kinetik : Energi yang dimiliki oleh benda-benda yang sedang bergerak.
10. Energi potensial gravitasi : Energi yang tersimpan pada benda yang berada pada
ketinggian tertentu.
11. Energi potensial pegas : Energi yang tersimpan dalam pegas.
Hukum kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat dimusnahkan atau
diciptakan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada percobaan kali
ini akan dilakukan pengkonversian energi dari energi listrik menjadi energi panas.
Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh arus listrik. Energi listrik dihasilkan
oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang mempunyai resistansi dinyatakan dengan
persamaan:
Dengan:
Energi panas yang disebut juga kalor adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang
menimbulkan panas. Energi kalor yang dihasilkan oleh kawat konduktor dinyatakan dalam
untuk kenaikan temperatur. Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat
dinyatakan dengan persamaan:
W = energi listrik (Joule)
V = Tegangan listrik (volt)
i = Arus listrik (Ampere)
t = waktu / lama aliran listrik (sekon)
Q = m . c . (Ta – T)
W = V . i . t
I = kuat arus listrik (A)
R = Hambatan (ohm)
t = waktu yang dibutuhkan (sekon)
m = massa (kg)
c = kalor jenis (J/ kg C)
Ta = suhu mula - mula (C)
T = suhu akhir (C)
Q = Jumlah kalor yang diperlukan
(kalori)
m = massa zat (gra )
c = kalor jenis zat (kal/gr0C)
Ta = suhu akhir zat (K)
T= suhu mula-mula (K)
Dengan:
Dengan memberlakukan hukum kekekalan energi, maka dapat dibentuk persamaan
baru, yaitu:
Dengan :
W = Q
V . i . t = m . c . (Ta – T)
(Ta – T) = 𝑽 .𝑰
𝒎 .𝒄 . t
Sebuah kawat dililitkan pada sebuah sensor temperatur. Kawat tersebut akan dialiri
arus listrik sehingga mendisipasikan energi kalor. Perubahan temperatur yang terjadi akan
diamati oleh sensor kemudian dicatat oleh sistem instrumentasi. Tegangan yang diberikan ke
kawat dapat dirubah sehingga perbuahan temperatur dapat bervariasi sesuai dengan tegangan
yang diberikan.
a. Cara Kerja
Eksperimen ini dilakukan secara online dengan menggunakan rLab. Berikut
prosedur-prosedur yang digunakan saat menjalankan rLab:
1. Mengaktifkan webcam dengan mengklik icon video pada halamanweb rLab.
2. Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor.
3. Menghidupkan Power Supply dengan mengklik radio button di sebelahnya.
4. Mengambil data perubahan temperatur, tegangan, dan arus listrik pada kawat
konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan mengklik icon ukur.
5. Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat pada webcam dan menunggu hingga
mendekati temperatur awal saat diberikan tegangan sebesar V0.
6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2, dan V3.
Gambar 1. Peralatan Kerja Praktikum
b. Tugas & Evaluasi
1. Berdasarkan data yang di dapat, Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan
antara temperatur dan waktu untuk setiap tegangan yang diberikan ke kawat
konduktor.
2. Untuk tegangan V1 , V2 dan V3 , hitunglah nilai kapasitas panas ( c ) dari kawat
konduktor yang digunakan.
3. Berdasarkan nilai c yang saudara peroleh, tentukan jenis kawat konduktor yang
digunakan.
4. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.
VI. Pengolahan Data Hasil Percobaan
1. Pada saat V0 = 0 V
Tabel pengamatan
Waktu I V Temp
3 23,84 0,00 20,9
6 23,84 0,00 20,9
9 23,84 0,00 20,9
12 23,84 0,00 20,9
15 23,84 0,00 20,9
18 23,84 0,00 20,9
21 23,84 0,00 21,0
24 23,84 0,00 21,0
27 23,84 0,00 21,0
30 23,84 0,00 21,0
Grafik pengamatan
20,86
20,88
20,9
20,92
20,94
20,96
20,98
21
21,02
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 0 Volt
2. Pada saat V1 = 0,66 V
Tabel pengamatan
Waktu I V Temp
3 35,36 0,66 21
6 35,36 0,66 21,1
9 35,36 0,66 21,3
12 35,36 0,66 21,4
15 35,36 0,66 21,6
18 35,36 0,66 21,8
21 35,36 0,66 21,9
24 35,36 0,66 22,1
27 35,36 0,66 22,2
30 35,36 0,66 22,3
Grafik pengamatan
20,8
21
21,2
21,4
21,6
21,8
22
22,2
22,4
22,6
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 0,66 Volt
3. Pada saat V2 = 1,59 V
Tabel pengamatan
Waktu I V Temp
3 51.45 1.59 22,1
6 51.45 1.59 22,5
9 51.56 1.59 23,3
12 51.56 1.59 24,3
15 51.56 1.59 25,2
18 51.56 1.59 26
21 51.56 1.59 26,6
24 51.56 1.59 27,3
27 51.56 1.59 27,9
30 51.56 1.59 28,6
Grafik pengamatan
21
22
23
24
25
26
27
28
29
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 1,59 Volt
4. Pada saat V3 = 1,07 V
Tabel pengamatan
Waktu I V Temp
3 42.32 1.07 28,3
6 42.32 1.07 27,9
9 42.32 1.07 27,9
12 42.32 1.07 27,8
15 42.32 1.07 27,7
18 42.32 1.07 27,6
21 42.32 1.07 27,6
24 42.32 1.07 27,6
27 42.32 1.07 27,7
30 42.32 1.07 27,6
Grafik pengamatan
27,4
27,5
27,6
27,7
27,8
27,9
28
28,1
28,2
28,3
28,4
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 1,07 Volt
Berikut ini grafik gabungan yang menggambarkan hubungan antara temtperatur
dengan waktu, dengan memasukkan semua data dari V0, V1, V2 dan V3.
Dari hukum kekekalan energi, kita tadi sudah mendapatkan rumus yaitu:
Jika kita asumsikan persamaan ini dengan persamaan garis y = m.x , dapat
dimisalkan:
Lalu praktikan dapat menggunakan metode least square untuk mencari m (gradien).
Metode ini digunakan untuk mengetahui m yang akan dimasukkan kembali ke persamaan
garis, sehingga setelah dihitung dapat diketahui variabel lain yang ingin kita cari yaitu c
(Kapasitas panas).
20
20,8
21,6
22,4
23,2
24
24,8
25,6
26,4
27,2
28
28,8
29,6
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Suhu (s)
V0
V1
V2
V3
(Ta – T) = 𝑽 .𝑰
𝒎 .𝒄 . t
y = (Ta – T) ; x = t ; m = 𝑽 .𝑰
𝒎 .𝒄
Untuk V1 = 0,66 V
( )( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
m = 0,0513
.
.
.
.
. .
.
c1 = 0,227 J/gr oC
No X (t) Y (Ta – T) X2 Y
2 X.Y
1 3 0 9 0 0
2 6 0,1 36 0,01 0,6
3 9 0,3 81 0,09 2,7
4 12 0,4 144 0,16 4,8
5 15 0,6 225 0,36 9,0
6 18 0,8 324 0,64 14,4
7 21 0,9 441 0,81 18,9
8 24 1,1 576 1,21 26,4
9 27 1,2 729 1,44 32,4
10 30 1,3 900 1,69 39
∑ 165 6,7 3465 6,41 148,2
Untuk V2 = 1,59 V
No X Y X^2 Y^2 XY
1 3 0 9 0 0
2 6 0,4 36 0,16 2,4
3 9 1,2 81 1,44 10,8
4 12 2,2 144 4,84 26,4
5 15 3,1 225 9,61 46,5
6 18 3,9 324 15,21 70,2
7 21 4,5 441 20,25 94,5
8 24 5,2 576 27,04 124,8
9 27 5,8 729 33,64 156,6
10 30 6,5 900 42,25 195
∑ 165 32,8 3465 154,44 727,2
( )( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
m = 0,2535
.
.
.
.
. .
.
c2 = 0,162 J/gr oC
Untuk V3 = 1,07 V
No X Y X.Y
1 3 0 9 0 0
2 6 0,4 36 0,16 2,4
3 9 0,4 81 0,16 3,6
4 12 0,5 144 0,25 6,0
5 15 0,6 225 0,36 9,0
6 18 0,7 324 0,49 12,6
7 21 0,7 441 0,49 14,7
8 24 0,7 576 0,49 16,8
9 27 0,6 729 0,36 16,2
10 30 0,7 900 0,49 21,0
∑ 165 5,3 3465 3,25 102,3
( )( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
m = 0,0202
.
.
.
.
. .
.
c3 = 1,120 J/gr oC
Menentukan Jenis Kawat Konduktor yang Digunakan
Dari tiga nilai kalor jenis yang didapatkan pada percobaan dengan tiga tegangan yang
berbeda, maka dapat diketahui bahwa kalor jenis rata-rata konduktor adalah :
Nilai c sebesar 0,503 J/g mendekati nilai kalor jenis besi yang memiliki nilai 0,448
J/g . Sehingga dapat disimpulkan bahwa kawat konduktor yang digunakan adalah besi.
VII. Analisis
A. Analisis Percobaan
Percobaan kalori work ini diawali dengan mengaktifkan webcam agar praktikan dapat
melihat rangkaian peralatan sesungguhnya yang terdapat di laboratorium secara Real-time.
Kemudian praktikan menggunakan tegangan sebesar 0 Volt sebagai V0 kemudian
mengaktifkan power supply untuk mengalirkan energi listrik ke dalam rangkaian.
Penggunaan tegangan sebesar 0 Volt ini bertujuan untuk mengetahui suhu awal dari
konduktor yang digunakan. Pengukuran suhu ini dilakukan sebanyak 10 kali dalam selang
waktu 3 detik sehingga membutuhkan waktu 30 detik. Pengukuran dilakukan berkali-kali
untuk mendapatkan hasil akhir yang lebih akurat.
Kemudian tegangan dari rangkaian ditingkatkan menjadi 0,66 Volt sebagai V1.
Langkah ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh antara peningkatan voltase rangkaian
dengan peningkatan suhu yang ditimbulkan. Voltase kemudian ditingkatkan menjadi 1,59
Volt dan diturunkan kembali menjadi 1,97 Volt untuk mengetahui pengaruhnya terhadap
suhu.
B. Analisis Perhitungan
Pada percobaan kalori work ini, tujuan yang ingin dicapai adalah mengetahui
kapasitas kalor dan jenis konduktor yang digunakan dalam percobaan. Nilai kapasitas kalor
dari konduktor yang digunakan dapat diketahui dengan menggunakan rumus :
Namun karena data yang diperoleh sangat banyak, maka praktikan menggunakan metode
least square untuk mendapatkan data yang representatif. Misalnya pada percobaan dengan V1
didapatkan persamaan least square :
Persamaan least square di atas sebanding dengan persamaan diatas sehingga nilai
kapasitas kalor dapat diketahui dengan menggunakan nilai m dari persamaan least square.
.
.
.
.
. .
.
c1 = 0,227 J/gr oC
Cara yang sama dilakukan terhadap percobaan V2 dan V3 dan menghasilkan nilai
kalor jenis sebesar 0,227 J/gr oC dan 0,162 J/gr
oC dan . Ketiga nilai kalor jenis tersebut
kemudian diambil nilai rata-ratanya untuk dijadikan data representatif dari ketiga percobaan
yang akan dicocokkan dengan nilai kalor jenis berbagai bahan. Rata-rata kalor jenis dari
percobaan ini adalah sebesar 0,503 J/gr oC, dan nilai kalor jenis ini mendekati nilai dari kalor
jenis besi, yaitu sebesar 0,448 J/g oC, sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa kawat
konduktor yang digunakan terbuat dari besi.
(Ta – T) = 𝑽 .𝑰
𝒎 .𝒄 . t
C. Analisis Grafik
Dalam percobaan ini terdapat 5 grafik, yaitu:
1. Grafik pada percobaan V0.
2. Grafik pada percobaan V1.
20,86
20,88
20,9
20,92
20,94
20,96
20,98
21
21,02
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 0 Volt
20,8
21
21,2
21,4
21,6
21,8
22
22,2
22,4
22,6
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 0,66 Volt
3. Grafik pada percobaan V2.
4. Grafik pada percobaan V3.
21
22
23
24
25
26
27
28
29
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 1,59 Volt
27,4
27,5
27,6
27,7
27,8
27,9
28
28,1
28,2
28,3
28,4
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V = 1,07 Volt
5. Grafik gabungan V0, V1, V2, dan V3.
Pada grafik pertama, tegangan belum mulai diberikan kepada rangkaian (V = 0 V)
sehingga grafik temperatur cenderung konstan terhadap waktu. Hal ini terjadi karena belum
adanya tegangan yang nantinya akan merubah energi listrik menjadi energi kalor yang
nantinya dapat meningkatkan suhu dari rangkaian.
Sedangkan untuk grafik kedua dan ketiga, nilai temperatur cenderung meningkat
seiring dengan pertambahan waktu. Hal ini dapat dilihat dari gradien garis pada grafik yang
bernilai positif. Grafik ini menggambarkan bahwa semakin lama kawat diberi tegangan, maka
semakin besar perubahan temperatur yang terjadi. Hal ini membuktikan persamaan
.
. bahwa perubahan suhu berbanding lurus dengan waktu.
Hal yang berbeda terjadi pada grafik keempat. suhu disana cenderung menurun
seiring dengan perjalanan waktu. Kecenderungan tersebut dapat dilihat melalui gradien garis
pada grafik yang bernilai negatif. Penurunan tersebut disebabkan oleh diturunkannya
tegangan listrik pada percobaan keempat, yaitu dari 1,59 Volt menjadi 1,07 Volt. Hal tersebut
diikuti oleh penurunan temperatur secara berangsur-angsur dari keadaan saat percobaan
20
20,8
21,6
22,4
23,2
24
24,8
25,6
26,4
27,2
28
28,8
29,6
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Tem
pe
ratu
r (o
C)
Waktu (s)
V0
V1
V2
V3
ketiga. Hal ini membuktikan persamaan .
. bahwa perubahan suhu berbanding lurus
dengan tegangan listrik.
D. Analisis Kesalahan
Dari perhitungan hasil yang di dapat adalah :
a. V = 0,66 Volt
c1 = 0,227 J/gr oC
b. V = 1,59 Volt
c2 = 0,162 J/gr oC
c. V = 1,07 Volt
c3 = 1,120 J/gr oC
Kalor jenis (c) rata-rata didapatkan:
⁄
Dari data di atas, kesalahan literatur pada perhitungan kalor jenis yang di dapat adalah
:
|
|
|
|
Kesimpulan
Kalor adalah sesuatu yang dipindahkan sebagai akibat dari perbedaan suhu
Energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan dan hanya
dapat berubah menjadi energi dalam bentuk yang lain.
Kapasitas kalor adalah banyaknya tenaga kalor yang diberikan pada sebuah benda
untuk menaikkan temperaturnya.
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat
sebesar 1 derajat celcius.
Nilai kalor jenis bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah 0,503 J/gr oC
Dari nilai kalor yang didapat, dapat dikatakan bahwa bahan dari kawat konduktor yang
digunakan adalah besi.
Referensi
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John
Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Tipler, P.A., 1998, Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1(Terjemahan), Jakarta : Penerbit
Erlangga Jilid 1.