Laporan Praktikum Fisika Dasar“ Pendinginan Air “

I. PENDAHULUANSeiring berkembangnya ilmu pengetahuan alam dan teknologi , penerapan ilmu-

ilmu fisika semakin sering diterapkan dalam kehidupan sehari- hari. Salah satu penerapan dari ilmu fisika adalah pendinginan air. Prinsip pendinginan sendiri adalah melepaskan panas , tipe langsung dilepaskan ke udara disebut pendinginan udara, tipe menggunakan fluida sebagai perantara disebut pendinginan air.

Air memiliki sifat fisis yaitu dapat berubah fase dari fase padat, cair hingga gas. Perubahan fase tersebut disertai pelepasan atau penyerapan kalor. Proses pelepasan atau penyerapan kalor pada air dapat melalui proses konduksi atau konveksi.

Konsep ini sudah diterapkan dalam kehidupan sehari- hari, salah satu contohnya adalah termos, antara dinding termos bagian dalam dengan dinding luar termos yang terbuat dari plastik diberi sedikit ruang hampa untuk menjaga agar panas tidak berpindah secara konveksi. Bentuk leher termos juga dibuat menyempit untuk mengurangi luas permukaan air panas yang akan menghambat uap panas keluar.

Pada percobaan kali ini yang akan divariasi adalah volume air panas dan ukuran gelas beker sehingga didapatkan hasil percobaan yang selanjutnya digunakan untuk menentukan faktor yang mempengaruhi cepat lambatnya pendinginan air yang dinamakan konstanta pendinginan air (α ).

II. TUJUAN a. Belajar menerapkan dan mengartikan (menginterpretasikan) grafik.b. Menentukan nilai konstanta pendinginan air (α) darisetiap percobaan.c. Menganalisa data dan ralat yang terdapat pada setiap percobaan.

III. DASAR TEORIYang menjadikan acuan dari praktikan pendinginan air ini adalah teori keseimbangan

suhu, dimana terjadi penyesuaian suhu antara lingkungan yang cenderung konstan dengan suhu sistem (air) yang cenderung dinamis. Seperti yang kita ketahui perpindahan kalor selalu terjadi dari medium bertemperatur tinggi ke medium bertemperatur rendah dan akan berhenti ketika kedua medium telah mencapai kesetimbangan suhu.Perubahan suhu teramati sebagai aktivitas penurunan suhu air, berlangsung terhadap variable kontrol lainya, yaitu waktu. Secara matematis dapat dinyatakan dengan rumus

dTdt

= α ¿)Keterangan :

dTdt

= turunan fungsi suhu (T) terhadap fungsi waktu (t)

α = konstanta pendinginan air¿) = selisih antara suhu sistem dengan suhu lingkungan

Panas bernilai negatif jika panas berpindah dari lingkungan ke sistem (menyerap panas). Sedangkan panas bernilai positif jika panas berpindah dari sistem ke lingkungan (melepas panas).

Perpindahan panas ditinjau dari mediumnya, dibedakan menjadi 3, yaitu :a. Konduksi yaitu perpindahan kalor melalui medium tanpa diiringi

pergerakan partikel penyusun mediumnya.b. Konveksi yaitu perpindahan kalor melalui medium dengan diiringi

pergerakan partikel penyusun mediumnya.c. Radiasi yaitu perpindahan kalor tanpa melalui medium perantara.

Laju perubahan temperatur dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain suhu lingkungan, luas permukaan, volume zat, ukuran wadah dan kecepatan angin dipermukaan zat.

IV. METODE EKSPERIMENa. Metode yang digunakan

Metode yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah metode grafik dan metode regresi linear. Metode grafik digunakan untuk memudahkan kita dalam membaca data yang sudah ada. Sedangkan untuk perhitungan lebih akurat digunakan metode regresi linear kemudian dari hasil perhitungan data dianalisis dan disimpulkan.

b. Alat dan Bahan1. Percobaan 1 (variasi volume)

a. 3 buah gelas beker 100 ml dengan tutupb. 3 buah termometerc. Jam tangan / stopwatchd. Termos dengan air panas

2. Percobaan 2 (variasi wadah)e. 3 buah gelas beker ukuran 100 ml, 250 ml, 600 ml dengan tutupf. 3 buah termometerg. Jam tangan / stopwatchh. Termos dengan air panas

c. Skema percobaan 1. Percobaan 1

Gelas beker berukuran 100 ml yang dimasukkan air panas dengan volume yang berbeda yaitu 40, 60, 80 ml

Keterangan :

(1) Termometer celsius(2) Tutup gelas beker(3) Gelas beker ukuran 100 ml(4) Air panas (40, 60, 80 ml )

2. Percobaan 2Air panas dengan volume 80 ml pada tiga gelas ukur yang berbeda yaitu 100 ml, 250 ml, 600 ml.

Keterangan :(1) Termometer(2) Tutup gelas beker(3) Gelas beker ukuran (100, 250, 600 ml)(4) Air panas 80 ml

d. Tata laksana percobaani. Percobaan 1 :

1. Disediakan 3 gelas beker 100 ml. Air panas pada termos dituangkan pada gelas beker pertama sebanyak 40 ml, pada gelas kedua 60 ml, dan pada gelas ketiga sebanyak 80 ml.

2. Bersamaan dengan dinyalakannya stopwatch , ketiga gelas ditutup dan diukur suhunya mulai saat suhu pada termometer berhenti naik( T pada 0 menit) atau suhu awal

3. Setiap interval 1 menit , suhu pada setiap gelas diamati dan dicatat sampai dengan menit ke-20

4. Data yang diperoleh dicatat5. Suhu ruangan dicatat sebagai T0.

j. Percobaan 2 :1. Air panas pada termos dituangkan ke gelas ukuran 100 ml, 250 ml, 600 ml

masing-masing sebanyak 80 ml. 2. Bersamaan dengan dinyalakannya stopwatch , ketiga gelas ditutup dan

diukur suhunya mulai saat suhu pada termometer berhenti naik( T pada 0 menit) atau suhu awal

3. Setiap interval 1 menit , suhu pada setiap gelas diamati dan dicatat sampai dengan menit ke-20

4. Data yang diperoleh dicatat5. Suhu ruangan dicatat sebagai T0.

e. Analisa DataMenentukan konstanta pendinginan air (α ¿

dTdt

= α (T – T0)

dT(T – T 0)

= α dt

∫T 0

TtdT

(T –T 0) = α ∫

t0

t

dt

ln (Tt – T0) – ln (Tt0 – T0) = α (t – t0)

ln (Tt – T0) = α t+¿ln (Tt0 – T0) y m x c

dengan :α = konstanta pendinginan air ( gradien )T 0 = suhu lingkungan T t = suhu saat t menitT t0 = suhu awal (saat 0 menit)

V. Hasil Eksperimen Data

a. Percobaan 1 (variasi volume)

1. Volume air 40 ml, gelas beker ukuran 100 ml dengan T0 = 300

C

1.2.3.4.5.6.

t (menit) T0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu Ysumbu X

0 62 32 3,461 60 30 3,42 58,5 28,5 3,353 57 27 3,294 56 26 3,265 54,5 24,5 3,26 53,5 23,5 3,167 52,5 22,5 3,118 51,8 21,8 3,089 50,9 20,9 3,04

10 50 20 311 49 19 2,9412 48,4 18,4 2,9113 47,5 17,5 2,8614 47 17 2,8315 46,2 16,2 2,7916 45,7 15,7 2,7517 45 15 2,7118 44,5 14,5 2,6719 44 14 2,6420 43,7 13,7 2,62

7.8.9.10.11.12.13.14.

2. Volume air 60 ml, gelas beker ukuran 100 ml dengan T0 = 300

C

t (menit) T0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu Ysumbu X

0 68 38 3,641 66 36 3,582 64 34 3,533 63 33 3,54 62 32 3,475 60 30 3,46 59 29 3,377 58 28 3,338 57,5 27,5 3,319 57 27 3,3

10 56 26 3,2611 55 25 3,2212 54 24 3,1813 53 23 3,1414 52,5 22,5 3,1115 52 22 3,0916 51 21 3,0417 50,5 20,5 3,0218 50 20 319 49,5 19,5 2,9720 49 19 2,94

3. Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 ml dengan T0 = 300

C

b. Percobaan 2 (variasi wadah)

4. Volume air 80 ml, gelas beker 600 ml dengan T0 = 300 C1.

t (menit) T 0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu Ysumbu X

0 69 39 3,661 68 38 3,642 66 36 3,583 65 35 3,564 64 34 3,535 63 33 3,56 62 32 3,477 61 31 3,438 60 30 3,49 59,5 29,5 3,38

10 59 29 3,3711 58 28 3,3312 57,5 27,5 3,3113 57 27 3,314 56 26 3,2615 55,5 25,5 3,2416 55 25 3,2217 54 24 3,1818 53,75 23,75 3,1719 53 23 3,1420 52,75 22,75 3,12

5. Volume air 80 ml , gelas beker ukuran 250 ml dengan T0 = 300 C

t (menit) T0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu

Ysumbu X0 64 34 3,531 62 32 3,472 61 31 3,433 59 29 3,374 57 27 3,35 55 25 3,236 54 24 3,187 52 22 3,098 51 21 3,049 50 20 3

10 49,5 19,5 2,9711 48,5 18,5 2,9212 47,5 17,5 2,8613 47 17 2,8314 46 16 2,7715 45 15 2,7116 44,5 14,5 2,6717 44 14 2,6418 43,5 13,5 2,619 43 13 2,5620 42,5 12,5 2,53

t (menit) T0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu

Ysumbu X

0 65 35 3,56

1 63 33 3,5

2 62 32 3,47

3 60 30 3,4

4 59 29 3,37

5 58 28 3,33

6 57,5 27,5 3,31

7 57 27 3,3

8 55,5 25,5 3,24

9 55 25 3,22

10 54 24 3,18

11 53,5 23,5 3,16

12 53 23 3,14

13 52 22 3,09

14 51,5 21,5 3,07

15 51 21 3,04

16 50 20 3

17 49,5 19,5 2,98

18 49,25 19,25 2,96

19 49 19 2,94

20 48 18 2,9

6. Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 ml dengan T0 = 300

C

t (menit) T 0

( celcius)(T –T0)

(0celcius)ln (T –T0) sumbu Ysumbu X

0 69 39 3,661 68 38 3,642 66 36 3,583 65 35 3,564 64 34 3,535 63 33 3,56 62 32 3,477 61 31 3,438 60 30 3,49 59,5 29,5 3,38

10 59 29 3,3711 58 28 3,3312 57,5 27,5 3,3113 57 27 3,314 56 26 3,2615 55,5 25,5 3,2416 55 25 3,2217 54 24 3,1818 53,75 23,75 3,1719 53 23 3,1420 52,75 22,75 3,12

Grafik - Percobaan 1 (variasi volume air panas dengan ukuran wadah yang

sama)

Perhitungan a. Percobaan 1 (variasi volume)

1. Volume air 40 ml, gelas beker ukuran 100 ml

t (menit) ln (T –T0)

XY X2 Y2sumbu

X sumbu Y4 3,26 13,04 16 10,62765 3,2 16 25 10,246 3,16 18,96 36 9,9856

22 xxN

yxxyNm

0414,0105

35,415211626

15,73562,730

)39()271(6

85,183977,12162

Sy

01,0

0001,0

0004,04

1

2529,592533,594

1

105

564,62212533,59

4

1

105

9329,14827431,1790383975,962922533,59

4

1

)

)(

)(2)(

2

122

2222

xxN

xyyxyxyxy

N

7 3,11 21,77 49 9,67218 3,08 24,64 64 9,48649 3,04 27,36 81 9,2416

39 18,85121,7

7 271 59,2533

Δm=Sy √ N

N∑ x2−(∑ x )2

=0 ,01√66(271 )−(39 )2

¿0 ,01√6105

¿0 ,01×0 ,239¿0 ,00239¿0 ,002

22 xxN

yxxyNm

033,02870

52,95792110791

6,261608,2521

)89()1199(9

4,298912,28092

Sy

)

)(

)(2)(

2

122

2222

xxN

xyyxyxyxy

N

01,0

0001,0

0007,07

1

3931,963938,967

1

2870

59,2766483938,96

7

1

2870

9,70620498,146592364,10363673938,96

7

1

2. Volume air 60 ml, gelas beker ukuran 100 ml.

t (menit) ln (T - T0)

XY X2 Y2sumbu

X Sumbu Y2 3,53 7,06 4 12,46093 3,5 10,5 9 12,254 3,47 13,88 16 12,04099 3,3 29,7 81 10,89

10 3,26 32,6 100 10,627611 3,22 35,42 121 10,368412 3,18 38,16 144 10,112418 3 54 324 920 2,94 58,8 400 8,643689 29,4 280,12 1199 96,3938

∴m±Δm= (−0 ,04+0 ,002 )

∴α±Δα=(−0 ,04+0 ,002 ) 0C /menit

22 xxN

yxxyNm

029,05972

2,1552131627288

8,58106,5655

)146()2274(12

8,391463,471122

3. Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 ml

t (menit) ln (T - T0)

XY X2 Y2sumbu

X Sumbu Y2 3,58 7,16 4 12,81643 3,56 10,68 9 12,67364 3,53 14,12 16 12,46095 3,5 17,5 25 12,25

13 3,3 42,9 169 10,8914 3,26 45,64 196 10,627615 3,24 48,6 225 10,497616 3,22 51,52 256 10,368417 3,18 54,06 289 10,112418 3,17 57,06 324 10,048919 3,14 59,66 361 9,859620 3,12 62,4 400 9,7344

146 39,8 471,3 2274 132,3398

004,0

0044,0

044,01,05972

121,0

)146()2274(12

121,0

2

004,0029,0 mm

menitC /004,0029,00

22 xxN

yxxyNm

05,01385

64,6928094194

96,97032,901

)53()699(6

32,185322,15062

Sy

)

)(

)(2)(

2

122

2222

xxN

xyyxyxyxy

N

017,0

0003,0

0012,04

1

5206,565218,564

1

1385

126,782815218,56

4

1

1385

29,135396222,291715058,2346005218,56

4

1

b. Percobaan 2 (variasi wadah)1. Volume air 80 ml, gelas beker 600 ml

t (menit) ln (T - T0)

XY X2 Y2Sumbu

XSumbu

Y3 3,37 10,11 9 11,35694 3,3 13,2 16 10,895 3,23 16,15 25 10,43296 3,18 19,08 36 10,1124

17 2,64 44,88 289 6,969618 2,6 46,8 324 6,7653 18,32 150,22 699 56,5218

2. Volume air 80 ml , gelas beker ukuran 250 ml

t (menit) ln (T - T0)

XY X2 Y2Sumbu

XSumbu

Y3 3,4 10,2 9 11,564 3,37 13,48 16 11,35695 3,33 16,65 25 11,08896 3,31 19,86 36 10,95617 3,3 23,1 49 10,898 3,24 25,92 64 10,49769 3,22 28,98 81 10,3684

10 3,18 31,8 100 10,112411 3,16 34,76 121 9,985613 3,09 40,17 169 9,548114 3,07 42,98 196 9,424915 3,04 45,6 225 9,241616 3 48 256 917 2,98 50,66 289 8,880418 2,96 53,28 324 8,761620 2,9 58 400 8,41

176 50,55 543,44 2360 160,0825

22 xxN

yxxyNm

03,06784

76,2013097637760

8,889604,8695

)176()2360(16

55,5017644,543162

Sy

)

)(

)(2)(

2

122

2222

xxN

xyyxyxyxy

N

0088,0

0000785,0

0011,014

1

0814,1600825,16014

1

6784

47,10859920825,160

14

1

6784

54,472523298,96697539,60305130825,160

14

1

22

xxN

NSym

004,0

0042,0

048,00088,06784

160088,0

)176()2360(16

160088,0

2

m ± ∆m = (-0.03 ± 0.004) 0C/menit

VI. Pembahasan Pada percobaan pendinginan air ini terjadi peristiwa perpindahan kalor, peristiwa ini

selalu terjadi dari medium bertemperatur tinggi ke medium bertemperatur rendah dan akan berhenti ketika kedua medium telah mencapai kesetimbangan suhu.Perubahan suhu teramati sebagai aktivitas penurunan suhu air, berlangsung terhadap variable kontrol lainya, yaitu waktu. Secara matematis dapat dinyatakan dengan rumus

dTdt

= α ¿)Keterangan :

dTdt

= turunan fungsi suhu (T) terhadap fungsi waktu (t)

α = konstanta pendinginan air¿) = selisih antara suhu sistem dengan suhu lingkungan

Tujuan dari praktikum ini sendiri ialah belajar menerapkan dan mengartikan (menginterpretasikan) grafik, menentukan nilai konstanta pendinginan air (α) darisetiap percobaan dan menganalisa data dan ralat yang terdapat pada setiap percobaan menggunakan metode regresi.

Metode regresi ini memiliki kelebihan dan kekurangan, kelebihannya yaitu dapat menghasilkan nilai ralat yang sangat kecil dan akurat sedangkan kekurangan metode ini adalah kerumitan dalam perhitungannya dan butuh ketelitian lebih agar tidak salah pada proses perhitungannya. Selain metode regresi digunakan juga metode grafik yang berguna

untuk membandingkan secara langsung hasil percobaan satu dengan percobaan yang lainya. Eksperimen yang akan dilakukan praktikan adalah percobaan pertama yaitu pendinginan air pada 3 buah gelas dengan ukuran sama, volume air berbeda dan percobaan kedua adalah pendinginan air pada 3 buah gelas dengan ukuran berbeda, volume air sama. Cara kerja pada percobaan ini meliputi pengambilan data dan pemrosesan data yang selengkapnya telah dijelaskan pada bagian tata laksana.Dari data yang didapatkan yaitu waktu dan temperatur saat t kemudian disajikan dalam bentuk tabel yang selanjutnya diolah lagi sehingga dapat disajikan grafik hubungan antara t (waktu) dengan ln (T - T0) sehingga dapat dibandingkan secara langsung hasil percobaan yang dilakukan .Selanjutnya perhitungan menggunakan metode regresi untuk mendapatkan nilai α (konstanta pendinginan air).Dari hasil α ini dapat diketahui faktor-faktor penyebab cepat lambatnya pendinginan air karna nilai α yang didapat berbeda, walaupun ada hasil yang hanya menunjukan perbedaan yang sangat tipis.nilai konstanta pendinginan air didapat dari nilai gradien (m)karena m = α hasil percobaan didapatkan :

Percobaan 1 (variasi volume) - Volume air 40 ml, gelas beker ukuran 100 ml

α ± ∆α = (-0.04 ± 0.002) 0C/menit

- Volume air 60 ml, gelas beker ukuran 100 ml.α ± ∆α = (-0.033 ± 0.0006) 0C/menit

- Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 mlα ± ∆α = (-0.029 ± 0.004) 0C/menit

Percobaan 2 (variasi wadah)- Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 ml

α ± ∆α = (-0.029 ± 0.004) 0C/menit

- Volume air 80 ml , gelas beker ukuran 250 mlα ± ∆α = (-0.03± 0.004) 0C/menit

- Volume air 80 ml, gelas beker 600 mlα ± ∆α = (-0.05 ± 0.001) 0C/menit

Berdasarkan nilai α yang didapatkan kita tahu bahwa apabila volume wadah semakin

besar, maka konstanta pendinginan air juga semakin besar.Dan sebaliknya jika volume

wadah semakin kecil, maka konstanta pendinginan air juga akan semakin

kecil.Sedangkan jika volume air panas semakin besar maka konstanta pendinginan akan

semakin kecil dan semakin kecil volume air panas maka konstanta pendinginan akan

semakin besar.

Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin besar volume wadah, maka penurunan suhu

akan semakin cepat. Dan semakin kecil volume wadah, maka penurunan suhu akan

semakin lama. Juga semakin besar volume air panas yang dimasukkan, maka penurunan

suhu akan semakin lama. Dan semakin kecil volume air panas , maka penurunan suhu

akan semakin cepat.Berarti hasil α yang didapat sudah cukup sesuai dengan teori yang

dijelaskan diatas tetapi pada eksperimen 2(variasi wadah) antara percobaan volume air

80 ml, gelas beker ukuran 100 ml dengan percobaan volume air 80 ml, gelas beker

ukuran 250 ml didapatkan nilai α yang sangat mendekati dan nyaris sama ini mungkin

disebabkan dari kesalahan pada saat pengambilan data ataupun kurangnya ketelitian

pada saat perhitungan.

VII. Kesimpulan

Dari percobaan ini dapat ditarik kesimpulan :

1. Air panas akan mengalami penurunan suhu untuk mencapai keseimbangan

termal

2. Rumus dTdt

= α (T-To) berlaku untuk penurunan kecepatan pendinginan air

3. Konstanta pendinginan pada setiap percobaan :

- Volume air 60 ml, gelas beker ukuran 100 ml.α ± ∆α = (-0.04 ± 0.002) 0C/menit

- Volume air 60 ml, gelas beker ukuran 100 ml.α ± ∆α = (-0.033 ± 0.0006) 0C/menit

- Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 mlα ± ∆α = (-0.029 ± 0.004) 0C/menit

Percobaan 2 (variasi wadah)- Volume air 80 ml, gelas beker ukuran 100 ml

α ± ∆α = (-0.029 ± 0.004) 0C/menit

- Volume air 80 ml , gelas beker ukuran 250 mlα ± ∆α = (-0.03± 0.004) 0C/menit

- Volume air 80 ml, gelas beker 600 ml- α ± ∆α = (-0.05 ± 0.001) 0C/menit

4. faktor yang mempengaruhi konstanta pendinginan air (α ¿ adalah volume air panas(v), ukuran wadah(gelas beker), suhu air panas dan suhu lingkungan (T0).

VIII. Daftar Pustaka

- Staff laboratorium, FISIKA DASAR.2010.Panduan Praktikum

Fisika Dasar. Yogyakarta. Laboratorium Fisika Dasar.

- http://id.wikipedia.org/wiki/sistem_pendinginan

- Tipler, Paul.1991.Fisika untuk Sains dan Teknik. Edisi ketiga jilid 1

.Jakarta: Erlanggga.

- Djonoputro,Dermawan.1984.Teori Ketidakpastian

menggunakan satuan SI. Bandung,ITB

IX. Pengesahan

Demikian laporan ini dibuat

Asisten Yogyakarta, 5 Desember 2012-12-05

Sintani NR Ernanda

12/334709/PA/14941