KR 02_Calori Work_Rayhan Hafidz Ibrahim_1306409362

21
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

description

KR 02_Calori Work_Rayhan Hafidz Ibrahim_1306409362

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.