laporan praktikum rlab kr02 - inne puspita sari
Post on 08-Jan-2016
50 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
LAPORAN R LAB
CALORI WORK
NAMA / NPM : Inne Puspita Sari / 1406608076
FAKULTAS / PRODI : Fakultas Teknik / Teknik Kimia
GRUP & KAWAN KERJA : Grup B 11
1. Inne Puspita Sari
2. Farisa Nurizky
3. Isnania Nurlintang Aqmaria
4. Fadel Muhammad Ali
5. Indira Prianda
6. Prilly Putri Adinda
7. Octavianus Jonathan S.
NOMOR & NAMA PERCOBAAN : KR 02 Calori Work
MINGGU PERCOBAAN : Pekan 1
TANGGAL PERCOBAAN : Jumat, 27 Februari 2015
NAMA ASISTEN : Leonardo Airell Craig
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP PDD
UNIVERSITAS INDONESIA
-
I. TUJUAN
1. Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.
II. ALAT
1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan
2. Kawat konduktor (bermassa 2gr)
3. Termometer
4. Voltmeter dan Ampmeter
5. Adjustable power supply
6. Camcorder
7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. TEORI
Pengertian Energi
Energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda dapat melakukan
usaha. Energi dapat hadir dalam berbagai bentuk. Lima bentuk utama energy adalah:
energi mekanik, energi kalor, energi kimia, energi elektromagnetik dan energi nuklir.
Energi dapat berubah bentuk. Misalnya pada bola lampu listrik, energi listrik diubah
menjadi energi cahaya dan energi kalor. Energi dapat timbul dari berbagai sumber yaitu
matahari, air , dan makhluk hidup. Peristiwa perubahan bentuk energy disebut konversi
energi. Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan. Perubahan bentuk energi, seperti yang telah disebutkan diatas disebut
konversi energi. Berikut pada percobaan ini dijelaskan tentang pengkonversian energi
dari energi listrik menjadi energi panas (kalor).
Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep
yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara sederhana, energi
merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang
tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi
cahaya tidak dapat melakukan kerja).
-
Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik
dalam suatu rangkaian listrik tertutup. Energi listrik adalah salah satu bentuk energi yang
yang digunakan untuk menggunakan peralatan listrik ataupun untuk menggerakkan suatu
peralatan mekanik sehingga mengubah energi menjadi bentuk energi lain. Energi listrik
juga diartikan sebagai kemampuan untuk menghasilkan usaha listrik atau kemampuan
untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain.
Kelistrikan merupakan sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.
Listrik merupakan kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton,
yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Biasanya, listrik
mengalir dalam bentuk energi listrik dengan media perantara kabel. Fenomena-fenomena
fisika banyak terjadi berasal dari listrik. Fenomena-fenomena yang terkenal adalah
seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam
aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.
Satuan tegangan listrik disebut Volt (V). Alat untuk mengukur tegangan listrik
adalah Voltmeter. Sedangkan Watt (W) adalah satuan energi listrik setiap detik. Disebut
juga dengan daya listrik. Alat untuk mengukur arus listrik adalah Amperemeter. Satuan
arus listrik disebut Ampere (A). Selain hambatan dan tegangan, energi listrik juga
melibatkan satu komponen lain, yaitu hambatan listrik. Satuan hambatan listrik disebut
Ohm () dan alat untuk mengukur hambatan listrik adalah Ohmmeter. Alat gabungan
untuk mengukur arus listrik, tegangan listrik dan hambatan listrik adalah multimeter.
Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang
mempunyai resistansi dinyatakan dengan persamaan berikut ini.
W = Q.V (1)
Keterangan:
W = Energi Listrik (Joule) V = Beda Potensial (Volt)
Q = Muatan Listrik (Coulomb)
-
Dari persamaan Q = I . t, persamaan W di atas menjadi
W = V.I.t (2)
Dengan menghubungkan rumus ohm, yaitu V = I . R, maka rumus energi listrik di atas
menjadi
W = I.R.I.t (3)
Satuan energi listrik lain yang umum digunakan adalah kalori di mana 1 kalori
sama dengan 0,24 Joule selain itu juga menggunakan satuan kWh (kilowatt jam).
Energi listrik dapat berubah menjadi berbagai bentuk energi lainnya. Energi listrik
menjadi energi kalor, alat yang digunakan yaitu setrika listrik, kompor listrik, microwave,
dan sebagainya. Energi listrik menjadi energi cahaya, alat yang digunakan, yaitu lampu
pijar, lampu neon, dan sebagainya. Energi listrik menjadi energi gerak, alat yang
digunakan yaitu kipas angin, penghisap debu, dan sebagainya.
Energi Kalor
Energi yang berpindah disebut energi kalor. Dengan demikian dapatlah kita
mendefinisikan kalor sebagai energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tnggi
ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan.
Kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad
kedelapan belas, istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph black pada tahun
1760 merupakan orang pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu
adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh thermometer, sedang
kalor adalah sesuatu yang mengalir dari benda panas ke benda lebih dingin untuk
menyamakan suhunya. Sekarang telah anda ketahui bahwa suhu sesungguhnya adalah
ukuran energy kinetic rata-rata partikel (berkaitan dengan gerak partikel-partikel) dlaam
suatu benda. Sedangkan dalam fisika, istilah kalor selalu menngacu pada energy yang
berpindah dari suatu benda lainnya karena perbedaan suhu. Begitu proses perpindahan
energy ini berhenti maka kalor tidak lagi memiliki arti. Jadi, kalor bukanlah jumlah
energy yang dikandung dalam suatu benda.
-
Kapasitas kalor
Kalor jenis merupakan cirri suatu zat, seperti halnya massa jenis. Kadang-kadang
untuk benda tertentu, seperti bejana (contoh :calorimeter), lebih memudahkan jika factor
m c dipandang sebagai satu kesatuan. Faktor ini diberi nama kapasitas kalor. Kata
kapasitas dapat memberikan pengertian menyesatkan karena kata tersebut menyatakan
banyak kalor yang dapat dimiliki oleh sebuah benda yang dalam fisika tidak memiliki
arti. Yang sebenarnya diartikan oleh kata tersebut adalah banyak energy yang harus
diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar satu derajat.
Kapasitas kalor diberi lambang C, maka :
Hubungan Energi Listrik dan Kalor
Apa yang terjadi ketika kabel penghubung dari sebuah teko listrik yang berisi air
kita hubungkan ke sumber tegangan (stop kontak)? Beberapa lama kemudian suhu air
naik karena air menerima energy kalor Q = mcT, dengan m adalah massa air, c adalah
kalor jenis air, dan T adalah kenaikan suhu. Darimana energy kalor berasal ? Tentu saja
energy kalor berasal dari energy listrik yang didisipasikan ketika arus listrik dari sumber
tegangan melalui elemen pemanas dalam teko listrik. Telah anda ketahui bahwa energy
listrik yang didisipasikan ini dirumuskan oleh
Perhatikan, yang berperan sebagai masukan untuk teko listrik adalah energy
listrik W, dan sebagi keluarannya adalah energy kalor Q, yang digunakan untuk
menaikkan suhu air. Jika di dalam soal tidak ditentukan, maka efesiensi alat (misalnya
teko listrik) diaggap seratus persen sehingga berlaku :
Output = Input
Q = W
-
m.c.T = P.t
m.c.T = V.I.t
m.c.T = I2.R.t
m.c.T = V2.t/R
m.c.(Ta-T)=V2.t/R
Dimana
W = energi listrik ( joule ) v = Tegangan listrik ( volt )
i = Arus listrik ( Ampere ) t = waktu / lama aliran listrik (sekon)
Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori ) m = massa zat ( gram )
c = kalor jenis zat ( kal/gr0C) Ta = suhu akhir zat (K)
T= suhu mula-mula (K)
Selain dari contoh teko di atas , kita bisa melihat dari kawat konduktor. Energi kalor
yang dihasilkan oleh kawat konduktor dinyatakan dalam untuk kenaikan temperatur.
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.
Berikut adalah tabel panas jenis dan kapasitas panas molar beberapa bahan.
Zat Kalor Jenis
(kkal/kgoC)
Kalor Jenis
(J/kgoC)
Berat
Molekul
g/mol
Kapasitas
kalor molar
(kal/moloC)
Kapasitas
kalor molar
(J/moloC)
Aluminium 0,215 900 27,0 5,82 24,4
-
Tembaga 0,0923 386 63,5 5,85 24,5
Karbon 0,121 507 12,0 1,46 6,11
Timbal 0,0305 128 207 6,32 26,5
Perak 0,0564 233 108 6,09 25,5
Tabel 1. Nilai-nilai Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Molar untuk beberapa benda padat (pada temperatur kamar dan
p = 1,0 atm)
IV. PROSEDUR KERJA
1. Mengaktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !
2. Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor !
3. Menghidupkan Power Supply dengan mengklik radio button disebelahnya.
4. Mengambil data perubahan temperatur , tegangan dan arus listrik pada kawat
konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan cara mengklik icon ukur!
5. Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di web cam, tunggulah hingga
mendekati temperatur awal saat diberikan V0 .
6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3
V. PENGAMATAN DATA
Percobaan Calri Work ini dilakukan sebanyak empat kali dengan tegangan yang
berbeda. Pengukuran dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk setiap masing-masing tegangan,
-
dengan selang waktu setiap tiga detik sehingga nantinya akan didapat sepuluh data untuk
setiap tegangan. Pada percobaan pertama, praktikan memasang tegangan V0 sebesar 0 Volt
sehingga temperatur yang didapat adalah temperatur mula-mula (T0) dan berikut adalah tabel
data pengamatannya :
Waktu I V Temp
3 23.84 0.00 21.9
6 23.84 0.00 21.9
9 23.84 0.00 21.9
12 23.84 0.00 21.9
15 23.84 0.00 21.9
18 23.84 0.00 21.9
21 23.84 0.00 21.9
24 23.84 0.00 21.9
27 23.84 0.00 21.9
30 23.84 0.00 21.9
Selanjutnya, praktikan memasang tegangan V1 sebesar 0.65 Volt sehingga
didapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :
Waktu I V Temp
3 35.13 0.65 21.9
6 35.13 0.65 22.0
9 35.13 0.65 22.1
12 35.13 0.65 22.3
15 35.13 0.65 22.5
18 35.13 0.65 22.7
21 35.13 0.65 22.8
24 35.13 0.65 22.9
27 35.13 0.65 23.1
30 35.13 0.65 23.1
-
Kemudian, praktikan memasang tegangan V2 sebesar 1.57 Volt sehingga
praktikan mendapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :
Waktu I V Temp
3 51.10 1.57 23.1
6 50.99 1.57 23.4
9 51.10 1.57 24.3
12 51.10 1.57 25.2
15 51.10 1.57 26.1
18 51.10 1.57 26.9
21 51.10 1.57 27.6
24 51.10 1.57 28.3
27 51.10 1.57 28.9
30 51.10 1.57 29.4
Tahap terakhir, praktikan memasang tegangan V3 sebesar 1.05 Volt sehingga
praktikan mendapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :
Waktu I V Temp
3 41.98 1.05 26.1
6 41.98 1.05 26.0
9 41.98 1.05 26.2
12 41.98 1.05 26.3
15 41.98 1.05 26.6
18 41.98 1.05 26.7
21 41.98 1.05 26.9
24 42.09 1.05 27.1
27 42.09 1.05 27.2
30 41.98 1.05 27.3
-
V. PENGOLAHANN DATA
Pada percobaan Calori Work, energi listrik yang mengalir pada kawat akan diubah
menjadi energi kalor. Energi kalor sangat bergantung pada besar tegangan yang diberikan
pada kawat. Semakin besar tegangan yang diberikan pada kawat, maka semakin besar juga
energi kalor yang dihasilkan pada kawat. Energi kalor yang dihasilkan tersebut bertujuan
agar praktikan dapat menghitung kapasitas kalor dari kawat yang digunakan tersebut.
Energi listrik yang diterima oleh kawat kemudian berubah menjadi energi kalor :
Apabila praktikan membuat grafik hubungan perubahan suhu kawat dengan
waktu, maka didapati bahwa :
Keterangan : m = gradien
Dan untuk mencari kapasitas kalor kawat, praktikan menggunakan rumus yang
sama seperti diatas :
-
Keterangan : C = kapasitas kalor
VII. GRAFIK
y = -1E-15x + 21.9
21.9
0 5 10 15 20 25 30 35
Tem
pe
ratu
r (0
c)
Waktu (second)
-
21.8
22
22.2
22.4
22.6
22.8
23
23.2
23.4
0 5 10 15 20 25 30 35
Tem
pe
ratu
r (
0c)
Waktu (second)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35
Tem
pe
ratu
r (
0c)
Waktu (second)
-
Pada percobaan ini, terjadi perubahan bentuk energi, yaitu dari energi listrik
menjadi energi kalor. Untuk mencari nilai c pada tegangan V1, V2, dan V3, kita dapat
menggabungkan persamaan antara W dan Q sehingga kita dapat memperoleh persamaan
berikut:
W = Q
V I t = m c
T =
Dari persamaan diatas, kita dapat menggunakan metode least square dengan T
sebagai y, t sebagai x, dan
sebagai b. Berikut adalah penghitungan nilai c untuk
tegangan V1:
i Xi Yi Xi Yi XiYi
1 3 21.9 9 479.61 65.7
2 6 22 36 484 132
3 9 22.1 81 488.41 198.9
4 12 22.3 144 497.29 267.6
25.8
26
26.2
26.4
26.6
26.8
27
27.2
27.4
27.6
0 5 10 15 20 25 30 35
Tem
pe
ratu
r (
0c)
Waktu (second
-
5 15 22.5 225 506.25 337.5
6 18 22.7 324 515.29 408.6
7 21 22.8 441 519.84 478.8
8 24 22.9 576 524.41 549.6
9 27 23.1 729 533.61 623.7
10 30 23.1 900 533.61 693
165 225.4 3465 5082.32 3755.4
Persamaan least square yang didapat adalah y = 0.05 X + 21.73
Nilai c pada V1 adalah sebagai berikut:
b =
0.05 =
C1 = 228.345
-
Berikut adalah penghitungan nilai c untuk tegangan V2:
i Xi Yi Xi Yi XiYi
1 3 23.1 9 533.61 69.3
2 6 23.4 36 547.56 140.4
3 9 24.3 81 590.49 218.7
4 12 25.2 144 635.04 302.4
5 15 26.1 225 681.21 391.5
6 18 26.9 324 723.61 484.2
7 21 27.6 441 761.76 579.6
8 24 28.3 576 800.89 679.2
9 27 28.9 729 835.21 780.3
10 30 29.4 900 864.36 882
165 263.2 3465 6973.74 4527.6
Persamaan least square yang didapat adalah y = 0.02 X + 22.21
Nilai c pada V2 adalah sebagai berikut:
b =
0.02 =
C2 = 830.37
-
Berikut adalah penghitungan nilai c untuk tegangan V3:
i Xi Yi Xi Yi XiYi
1 3 26.1 9 681.21 78.3
2 6 26 36 676 156
3 9 26.2 81 686.44 235.8
4 12 26.3 144 691.69 315.6
5 15 26.6 225 707.56 399
6 18 26.7 324 712.89 480.6
7 21 26.9 441 723.61 564.9
8 24 27.1 576 734.41 650.4
9 27 27.2 729 739.84 734.4
10 30 27.3 900 745.29 819
165 266.4 3465 7098.94 4434
Persamaan least square yang didapat adalah y = 0.05 X + 25.70
Nilai c pada V3 adalah sebagai berikut:
b =
0.05 =
C3 = 440,79
-
Setelah semua nilai c didapatkan, kita dapat menghitung nilai c rata-rata. Nilai c
rata-rata adalah sebagai berikut:
C =
C =
C = 1.499,5
Dalam percobaan ini, praktikan tidak diberitahu mengenai jenis kawat apa yang
digunakan dalam percobaan. Namun, ketika praktikan mencari data mengenai kalor jenis
logam, praktikan menemukan bahwa kawat alumunium memiliki nilai c yang paling
mendekati dengan hasil perhitungan. Kalor jenis alumunium adalah sebesar 900 J/kg 0C.
Jadi, praktikan mengasumsikan bahwa kawat yang digunakan adalah kawat alumunium.
Nilai kesalahan literature pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
Kesalahan literature =
Kesalahan literature =
Kesalahan literature = 66,6 %
VII. ANALISIS
Analisis Percobaan
Pada percobaan ini, praktikan mencoba menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat
konduktor dengan menggunakan prinsip hukum kekekalan energi. Hal yang dilakukan
praktikan pertama kali adalah memberi tegangan pada kawat konduktor dengan
menyalakan power supply. Tegangan yang diberikan bervariasi, mulai dari 0 volt, 0,65
volt, 1,57 volt, dan 1,05 volt. Praktikan mengamati perubahan temperatur yang terjadi
selama 30 detik dengan pencatatan setiap 3 detik. Hal ini bertujuan agar data yang
-
didapat representatif. Setelah itu, diperoleh data berupa waktu, besar arus listrik, besar
tegangan listrik, dan temperatur.
Dari data yang didapatkan, dapat disimpulkan bahwa seiring berjalannya waktu
terjadi perubahan temperatur. Pada tegangan V0, tidak terjadi perubahan temperatur.
Sedangkan pada tegangan V1 dan V2, terajdi kenaikan fluktuatif temperatur seiring
berjalannya waktu dan pada tegangan V3 temperatur naik seiring berjalannya waktu.
Arus listrik cenderung konstan setiap saat.
Analisis Hasil Percobaan
Dari data yang telah didapatkan, nilai c dihitung dengan menggunakan metode
least square. Untuk mendapatkan persamaan dasar least square, pertama, kita melakukan
penyederhanaan persamaan dengan mengacu pada hukum kekekalan energi.
Energi listrik akan berubah menjadi energi kalor. Maka, dapat dikatakan bahwa.
W = Q
V I t = m c
T =
Setelah mendapatkan bentuk persamaan yang dicetak tebal, kita dapat
mendapatkan persamaan dasar least square dengang T sebagai y, t sebagai x, dan
sebagai b
Setelah dilakukan perhitungan, diperoleh nilai c sebesar 1499,5J/kg 0C. Dengan
mengasumsikan kawat yang digunakan merupakan kawat alumunium, nilai kesalahan
literatur yang diperoleh adalah sebesar 66,6%. Angka kesalahan yang diperoleh cukup
tinggi. Namun, hasil yang diperoleh masih bisa digunakan.
Analisis Grafik
Ada empat grafik yang dibuat dalam percobaan ini. Keempat grafik tersebut
menunjukan hubungan antara temperatur dan waktu pada setiap tegangan yang diberikan.
-
Pada grafik pertama (grafik V0), tidak terjadi perubahan antara temperatur dengan
waktu.. Pada grafik kedua, V1 dan keempat V3, terjadi fluktuatif kenaikan temperatur
seiring dengan bertambahnya waktu. Pada grafik ketiga V2 terjadi kenaikan temperature
seiring berjalannya waktu. Perubahan temperatur ( ) menjadi lebih besar seiring
dengan bertambahnya besar tegangan yang diberikan.
Analisis Kesalahan
Data yang diperoleh belum tentu 100% benar karena pada percobaan, mungkin
terjadi kesalahan-kesalahan. Kesalahan-kesalahan tersebut dapat berupa energi yang tidak
terkonversi 100% (energi terbuang dari sistem), suhu ruangan yang dapat mempengaruhi
data, ketelitian alat ukur, dsb. Oleh karena itu, praktikan melakukan penghitungan
kesalahan dengan membandingkan hasil percobaan dengan nilai literatur yang ada. Besar
angka kesalahan literatur adalah sebesar 66,6%, sebuah angka yang cukup besar namun
masih membuat hasil yang diperoleh bisa digunakan.
VIII. KESIMPULAN
1. Energi dapat berubah bentuk menjadi energi dalam bentuk lain. Namun, energi
belum tentu terkonversi sepenuhnya, melainkan dapat dilepas dari sistem menjadi energi
seperti energi bunyi, energi thermal, dsb.
2. Besar perubahan temperatur menjadi semakin besar seiring dengan bertambahnya
besar tegangan listrik yang diberikan.
3. Energi yang dibuang dari sistem dapat menyebabkan kesalahan dalam pengolahan
data.
IX. 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 I. Jakarta : Erlangga.
-
Young, Hugh D. & Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Jilid I Edisi
Kesepuluh. Jakarta : Erlangga.
top related