LAPORAN R-LAB

Calorie Work

Nama : Danastri Parimitha Ruziqna

NPM : 1406605004

Kelompok : 01

Fakultas : Teknik

Program Studi : Teknik Lingkungan

Kode Praktikum : KR02 Calorie Work

Tanggal praktikum: 4 November 2014

Laboratorium Fisika Dasar

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu PengetahuanDasar

Universitas Indonesia

Depok

KR02 Calorie Work

I. TujuanMenghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.

II. Peralatan1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan2. Kawat konduktor (bermassa 2 gr)3. Termometer4. Voltmeter dan Ampermeter5. Adjustable power supply6. Camcorder7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Hubungan kekekalan energi menyatakan energi tidak dapat dimusnahkan ataudiciptakan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada percobaankali ini akan dilakukan pengkonversian energi dari energi listrik menjadi energi panas.Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang mempunyairesistansi dinyatakan dengan persamaan :

= ... (1)DimanaW = energi listrik (joule)v = Tegangan listrik (volt)i = Arus listrik (Ampere)t = waktu / lama aliran listrik (sekon)

Energi kalor yang dihasilkan oleh kawat konduktor dinyatakan dalam untuk kenaikantemperatur.Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat dinyatakan dengan persamaan:

= ( ) ... (2)DimanaQ = Jumlah kalor yang diperlukan (kalori)m = massa zat (gram)c = kalor jenis zat (kal/grC)

Ta = suhu akhir zat (K)T = suhu mula-mula (K)

Sebuah kawat dililitkan pada sebuah sensor temperatur. Kawat tersebut akandialiri arus listrik sehingga mendisipasikan energi kalor. Perubahan temperatur yangterjadi akan diamati oleh sensor kemudian dicatat oleh sistem instrumentasi. Teganganyang diberikan ke kawat dapat dirubah sehingga perbuahan temperatur dapat bervariasisesuai dengan tegangan yang diberikan.

Teori Tambahan

Arus listrik adalah aliran partikel-partikel listrik bermuatan positif didalam suatupengantar atau arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Pergerakan muatanini terjadi pada bahan yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam , gas, ataularutan, sedangkan pembawa muatan sendiri tergantung pada jenis konduktor yaitu pada:

Logam, pembawa muatannya adalah elektron-elektron gas, pembawa muatannya adalah ion positif dan electron Larutan, pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif

Untuk mengukur suatu benda secara tepat haruslah mempergunakan suatualatyang mempunyai sifat fisis yang dapat diukur, karena terjadi suatu perubahan yangdapat diukur dengan berubahnya temparatur benda tersebut. Alat untuk mengukurtemperature disebut thermometer, yang bekerja atas perubahan fisis yang bersamaandengan perubahan temperatur, yaitu perubahan volume zat air,perubahan hambatan darisuatu kawat penghantar, perubahan warna filament lampu pijar. Perubahan-perubahan inisemua bersamaan dan berbanding dengan temperatur yang dapat diukur.

Satu kalori = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kalori. Satu kalori didefinisikansebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature 1 gram sebesar 10Cdari temperature 14,50C menjadi 15,50C. Berdasarkan percobaan alat Joule menunjukkangerak mekanis alat sebesar 4,186 joule ternyata akan menaikkan temperature air sebesar10C. Sehingga kita peroleh hubungan 1 kalori = 4,186 J ~ 4,2 J atau 1 joule ~ 0,42 kalori.

Hukum joule menuliskan bagaimana tenaga diubah kedalam tenaga termal,yangdidalam suatu penghantar merupakan suatu proses yang tidak dapat dibalik (hanyaberlangsung satu arah). Menurut Joule gerakan elektron dalam suatu penghantar dapatdigambarkan sebagai serangkai percepatan yang masing-masing terakhir karenatumbukan dengan salah satu partikel yang tetap dalam suatu pengahantar, elektron ituakan mendapatkan tenaga kinetik pada setiap tumbukan dan tenaga itu berubah menjadi

panas. Joule juga merumuskan juga perbandingan jumlah satuan usaha dengan jumlahsatuan panas yang dihasilkan selalu sama, sehingga:

W = Q (3)

Menurut hukum termodinamikon I dikatakan bahwa: jika kalor diubah menjadibentuk energi lain atau jika bentuk energi lain diubah menjadi kalori, makaenergisebelumnya selalu konstan. Karena kalor adalah suatu bentuk energi, makausaha selaludapat diubah menjadi panas atau sebaliknya.

IV. Prosedur Percobaan

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan mengklik tombol rLab di bagian bawahhalaman jadwal praktikum.1. Mengaktifkan Webcam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab)!2. Memberi tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor!3. Menghidupkan power supply dengan mengklik radio button yang berada

disebelahnya!4. Mengambil data perubahan temperatur, tegangan, dan arus listrik pada kawat

konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan cara mengklik ikon ukur!5. Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di webcam, tunggulah hingga

mendekati temperatur awal saat diberikan V0.6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2, dan V3!

Tugas & Evaluasi

1. Berdasarkan data yang di dapat, Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan antaratemperatur dan waktu untuk setiap tegangan yang diberikan ke kawat konduktor.

2. Untuk tegangan V1 , V2 dan V3 , hitunglah nilai kapasitas panas ( c ) dari kawatkonduktor yang digunakan.

3. Berdasarkan nilai c yang saudara peroleh, tentukan jenis kawat konduktor yangdigunakan.

4. Berilah analisis dari hasil percobaan ini.

V. Data Pengamatan

Data V0 Data V1

Waktu I (mA) V T (C)3 23.84 0 24.16 23.84 0 24.19 23.84 0 24.1

12 23.84 0 24.115 23.84 0 24.118 23.84 0 24.121 23.84 0 24.124 23.84 0 24.127 23.84 0 24.130 23.84 0 24.2

Waktu I (mA) V T (C)3 35.36 0.65 24.26 35.36 0.65 24.39 35.36 0.65 24.4

12 35.36 0.65 24.615 35.36 0.65 24.818 35.36 0.65 2521 35.36 0.65 25.124 35.36 0.65 25.327 35.36 0.65 25.430 35.36 0.65 25.5

Data V2 Data V3

Waktu I (mA) V T (C)3 51.56 1.59 25.16 51.45 1.59 25.59 51.45 1.59 26.4

12 51.45 1.59 27.315 51.45 1.59 28.318 51.45 1.59 29.121 51.45 1.59 29.924 51.45 1.59 30.627 51.45 1.59 31.230 51.45 1.59 31.8

Waktu I (mA) V T (C)3 42.21 1.07 31.26 42.21 1.07 30.89 42.32 1.06 30.8

12 42.21 1.07 30.815 42.21 1.07 30.818 42.21 1.07 30.821 42.21 1.07 30.924 42.21 1.07 30.927 42.32 1.07 30.930 42.21 1.07 30.9 \

24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1

24.2

24.0424.0624.08

24.124.1224.1424.1624.18

24.224.22

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Suh

u (

C)

Waktu (s)

Temperatur Terhadap Waktu V0

24.2 24.3 24.424.6 24.8

25 25.125.3 25.4 25.5

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Suhu (C)

Waktu (s)

Temperatur Terhadap Waktu V1

VI. Hasil dan Evaluasi

A. Grafik hubungan suhu terhadap waktu

25.1 25.5 26.427.3 28.3

29.1 29.9 30.631.2 31.8

0

5

10

15

20

25

30

35

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Suh

u (

C)

Waktu (s)

Temperatur Terhadap Waktu V2

31.2

30.8 30.8 30.8 30.8 30.8

30.9 30.9 30.9 30.9

30.6

30.7

30.8

30.9

31

31.1

31.2

31.3

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Suh

u (

C)

Waktu (s)

Temperatur Terhadap Waktu V3

Untuk memperoleh grafik dengan persamaan garis yang memiliki ketelitian cukuptinggi, maka praktikan menggunakan metode least square untuk melakukanperhitungan tersebut, adapun rumus yang digunakan

b= ()()()()()2

a= ()(2 ()()2 ()

nilai b dan a disubstitusikan ke dalam persamaan garis, yaitu

y = mx cdimana b adalah gradien dan m adalah nilai c.

Berdasarkan data yang diperoleh dan dengan perhitungan metode least square,

kita dapat menggambarkan grafik suhu terhadap waktu berdasarkan persamaan garis

yang sudah di dapat. Berikut adalah grafik temperatur, T (C) terhadap waktu, t (s)

pada setiap tegangan V0, V1, dan V2.

B. Nilai kapasitas panas (c) dari kawat yang digunakanAlat yang digunakan dalam percobaan ini dapat mengubah energi listrik menjadi

energi kalor. Input yang masuk berupa energi listrik yang kemudian dikonversikanmenjadi energi kalor.

Masukan = KeluaranW = Q

V i t = m c T

Sehingga,

=

Lain halnya dengan kapasitas kalor, kapasitas kalor (H) yang merupakanbanyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu benda sebesar 1oC ini dapatdicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

y = 0.0018x + 24.08R = 0.2727

y = 0.0517x + 24.007R = 0.991

y = 0.2622x + 24.193R = 0.9941

y = -0.0024x + 30.92R = 0.0321

20

22

24

26

28

30

32

34

0 5 10 15 20 25 30 35

Axis

Title

Axis Title

Chart Title

V0

V1

V2

V3

Linear (V0)

Linear (V1)

Linear (V2)

Linear (V3)

H = m. c .. (1)

Subtitusikan c = .. .

ke dalam persamaan 1Sehingga persamaan untuk mencari kapasitas kalor dari konduktor yang

digunakan adalah

H =..

Dimana massa yang akan dimasukkan ke dalam perhitungan nantinya adalahsebesar 0,002 kg.

Dengan diketahui massa kawat sebesar 2 gram (0,002 Kg), maka perhitungankapasitas kalor dan kalor jenis dapat dilakukan. Adapun datanya adalah sebagaiberikut:1. Saat V = 0 V tidak terjadi perubahan suhu, sehingga kapasitas kalor tidak

diperhitungkan.

2. Saat V = 0,66 V

Waktu t (s) I (A) V (Volt) T (C) T (C) c (J/kgC) H (J/C)3 0.03536 0.65 24.2 0 0 06 0.03536 0.65 24.3 0.1 689.52 1.379049 0.03536 0.65 24.4 0.2 517.14 1.03428

12 0.03536 0.65 24.6 0.4 344.76 0.6895215 0.03536 0.65 24.8 0.6 287.3 0.574618 0.03536 0.65 25 0.8 258.57 0.5171421 0.03536 0.65 25.1 0.9 268.14667 0.5362924 0.03536 0.65 25.3 1.1 250.73455 0.5014727 0.03536 0.65 25.4 1.2 258.57 0.5171430 0.03536 0.65 25.5 1.3 265.2 0.5304

Nilai rata-rata kalor jenis pada V1:

= 3139.9412110 = 313.9941213. Saat V = 1,59 V

Waktu t (s) I (A) V (Volt) T (C) T (C) c (J/kgC) H (J/C)3 0.05156 1.59 25.1 0 0 06 0.05145 1.59 25.5 0.4 613.5413 1.22719 0.05145 1.59 26.4 1.3 283.1729 0.5663

12 0.05145 1.59 27.3 2.2 223.1059 0.446215 0.05145 1.59 28.3 3.2 191.7316 0.383518 0.05145 1.59 29.1 4 184.0624 0.368121 0.05145 1.59 29.9 4.8 178.9495 0.357924 0.05145 1.59 30.6 5.5 178.4847 0.35727 0.05145 1.59 31.2 6.1 181.045 0.362130 0.05145 1.59 31.8 6.7 183.1466 0.3663

Nilai rata-rata kalor jenis pada V1:

= 2217.2399210 = 221.7229924. Saat V = 1,07 V

Waktu t (s) I (A) V (Volt) T (C) T (C) c (J/kgC) H (J/C)3 0.04221 1.07 31.2 0 0 06 0.04221 1.07 30.8 -0.4 -338.7353 -0.67747059 0.04232 1.07 30.8 -0.4 -509.427 -1.018854

12 0.04221 1.07 30.8 -0.4 -677.4705 -1.35494115 0.04221 1.07 30.8 -0.4 -846.8381 -1.693676318 0.04221 1.07 30.8 -0.4 -1016.206 -2.032411521 0.04221 1.07 30.9 -0.3 -1580.765 -3.16152924 0.04221 1.07 30.9 -0.3 -1806.588 -3.61317627 0.04232 1.07 30.9 -0.3 -2037.708 -4.07541630 0.04221 1.07 30.9 -0.3 -2258.235 -4.51647

Nilai rata-rata kalor jenis pada V1:

= 11067.21110 = 1106.7211Berdasarkan data-data sebelumnya, didapat kapasitas kalor dan kalor jenis rata-

rata kawat. Sehingga dapat ditentukan jenis kawat konduktor yang digunakan dengankapasitas kalor dan kalor jenis yang telah didapat. Rata-rata nilai kapasitas kalor dannilai kalor jenis dari kawat konduktor yang digunakan dalam percobaan kali iniadalah:

= 313.994121 + 221.722992 + 1106.72113 = 547.4794/ C. Menentukan Jenis Kawat Konduktor

Dari hasil data pengamatan, dapat diketahui kalor jenis rata-rata (c) untukmenentukan jenis kawat konduktor yang digunakan dalam praktikum ini. Pada datapercobaan, didapat hasil kalor jenis rata-rata yaitu sebesar 547.4794/ . Untukmenentukan jenis kawat konduktor yang digunakan dengan melihat nilai kalor jenisdiperlukan pendekatan terhadap pengukuran secara internasional. Nilai kalor jenisyang mendekati yaitu logam besi dengan kalor jenis sebesar 450/kg, sehinggadapat diketahui bahwa jenis kawat konduktor yang digunakan dalam praktikum yaitukawat besi.

D. Kesalahan Literatur

100%

547.4794 450450 100 % = 21.662 %

VII. Analisis DataA. Analisis Percobaan

Percobaan KR02-Calorie Work bertujuan untuk menentukan kawat jeniskonduktor yang digunakan praktikum dan mengetahui kapasitas kalor logam denganberdasarkan nilai kalor jenis (c). Praktikum dilakukan secara online, yaitu denganmenggunakan R-Lab. Pertama-tama mengaktifkan webcam video, hal ini dilakukanuntuk melihat tegangan awal dan suhu awal. Pada video terlihat suhu awalnya adalah27.1C. Percobaan r-lab mengenai calorie work dilakukan dengan memberikan tigategangan yang berbeda pada alat laboratorium fisika dengan mengklik tombol powersupply sehingga tegangan langsung diberikan secara otomatis, hal ini dilakukan agardiperoleh data yang bervariasi sehingga hasil perhitungan menjadi lebih akurat. Agarsistem tetap seimbang, ketika mengubah nilai teganga suhu awal harus diperhatikanterlebih dahulu karena suhu sebelum tegangan harus sama atau mendekati suhu awal.

Akan didapat data waktu (s), tegangan (V), arus (mA), dan suhu yang bervariasisetiap 3 detik sebanyak 10 kali. Data-data tersebut akan digunakan dalam perhitungandata sehingga diperoleh nilai kapasitas kalor suatu zat. Diketahui massa logam yaitu200 gram atau 0.002 kg. Nilai tegangan yang pertama sebesar 0,65 V, kemudian1,69V, dan 1,07V. Tegangan yang divariasikan ini bertujuan agar kita dapatmengetahui besarnya pengaruh tegangan tersebut terhadap kenaikan suhu disetiap

waktunya. Selain itu, pada grafik kita dapat dilihat bahwa kenaikan suhu dari setiaptegangan akan berbeda-beda.

B. Analisis HasilPercobaan dilakukan sebanyak 4 kali dengan variasi besar tegangan yang

berbeda-beda. Dari setiap percobaan akan didapat 10 data. Kemudian akan didapatpersamaan energi kalor dan energi listrik dihubungkan menjadi persamaan garis lurus,seperti yang sudah tertera pada grafik persamaan garis suhu terhadap waktu.

Percobaan pertama dilakukan dengan menggunakan tegangan sebesar 0 volt (V0)dan didapat bahwa pada saat tegangan yang diberikan adalah 0 volt atau bisa sajadisebut tidak ada tegangan yang diberikan maka suhu hanya akan mengalamiperubahan yang sangat kecil, bahkan dapat dianggap tidak ada. Hal ini disebabkanpada saat tidak ada tegangan yang diberikan maka tidak ada energy yang membuatelectron-elektron pada logam atau kawat konduktor tidak mengalami pergerakan yangakan diubah menjadi energy panas. Perubahan kecil pada suhu tersebut disebabkanoleh suhu sistem lebih rendah daripada suhu lingkungan, sehingga terjadi perubahanpada system

Pada percobaan kedua yang dilakukan dengan menggunakan tegangan sebesar0,65 volt (V1), didapat bahwa pada saat tegangan diberikan pada rangkaian listrik,terjadi perubahan suhu yang cukup signifikan. Suhu awal yang tercatat adalah sebesar24.2oC dan suhu akhir pada detik ke-30 yaitu sebesar 25,5oC. Dari perhitungan yangdilakukan, maka diketahui bahwa besar kalor jenis rata-rata adalah 313.994121J/kgoC dan kapasitas kalornya adalah 0.627988 J/oC.

Begitu pula pada percobaan ketiga yang dilakukan dengan menggunakantegangan sebesar 1,59 volt (V2). Diketahui suhu awal yang tercatat adalah sebesar25.1oC dan suhu akhir yang tercatat pada detik ke-30 adalah sebesar 31,8oC, danbesar kalor jenis rata-rata adalah 221.722992 J/kgoC dan kapasitas kalornya adalah0.443446 J/oC.

Sedangkan pada percobaan terakhir yang dilakukan dengan menggunakantegangan sebesar 1,07 volt (V3), terdapat naik turun suhu meskipun tidak banyak.Suhu awal yang tercatat adalah sebesar 31.2 oC dan suhu akhir yang tercatat padadetik ke-30 adalah sebesar 30.9 oC. dan dari perhitungan yang dilakukan, diketahuibahwa besari kalor jenisnya adalah 1106.7211 J/kgoC dan kapasitas kalornya adalah2.213442 J/oC. Hasil yang diperolah dari percobaan keempat lebih besar dibandingpercobaan 1, 2, dan 3.

Untuk itu, dari keempat data-data tersebut dicari nilai rata-rata kalor jenis darisetiap tegangan dengan menjumlahkan nilai rata-rata kalor jenis dari setiap teganganyang berbeda. Percobaan pertama dapat diabaikan karena besar tegangan yaitu V=0,sehingga nilai yang dihasilkan akan sama dengan 0 atau sangat kecil. Setelah

memasukkan data-data pengamatan ke dalam persamaan, maka diperoleh kalor jeniszat sebesar 547.4794 J/kgC. Tidak ada logam konduktor dengan besar nilai kalorjenis yang sama persis sehingga nilai tersebut dibulatkan menjadi 450 J/kgC, yaitukalor jenis logam besi.

C. Analisis KesalahanHasil yang diperoleh dari percobaan tidak sama dengan besar kalor jenis logam

besi, tetapi mendekati sehingga diapat disimpulkan bahwa terdapat kesalahan literaturatau penyimpangan yang terjadi sebesar 21,662%. Penyimpangan ini relatif besarkarena nilai kalor jenis logam akan jauh berbeda. Hal ini dapat disebabkan karena alatpraktikum yang digunakan memiliki kesensitifan yang tinggi sehingga penurunan dankenaikan temperatur saat pengamatan juga sangat cepat. Hal itu menyebabkan suhuyang didapat hanya mendekati suhu awal ketika percobaan berlangsung, dapat puladisebabkan saat terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor, perubahanenergi yang dilakukan tidak berubah sempurna, dan akses internet yang tidak berjalandengan. Kesalahan dapat pula disebabkan pada saat perhitungan karena melakukanpembulatan berulang kali sehingga hasil yang diperoleh mengalami penyimpangandari nilai literatur.

Namun, karena percobaan dilakukan secara online, tidak ada kesalahan dalamperhitungan arus maupun tegangan.

D. Analisis GrafikGrafik yang dperoleh dari percobaan tidak semuanya berupa garis linier.

Meskipun seharusnya grafik yang dihasilkan adalah grafik garis lurus, namun karenaadanya naik turun suhu yang tidak signifikan, ada beberapa grafik yang naik turun.Hal ini disebabkan karena kesalahan-kesalahan yang terjadi saat praktikumberlangsung. Grafik hasil percobaan menggambarkan bahwa sumbu x yaitu waktu (t)memiliki interval yang tetap, sedangkan sumbu y yaitu perubahan suhu, denganinterval yang tidak tetap.

Grafik pada percobaan 1, yaitu V=0, cenderung membentuk garis lurus (konstan),namun terjadi sedikit kenaikan sebesar 0.1 0C ketika t=30s. Hal ini dikarenakan suhuyang ditangkap oleh sistem cepat sekali berubah sehingga berpengaruh padaperubahan suhu yang ditampilkan dalam grafik. Perubahan ini dapat diabaikansehingga pada V=0 dianggap tidak berubah. Pada grafik kedua, yaitu V=0.65 dangrafik ketiga, yaitu V=1.59, grafik membentuk garis linier naik. Sedangkan padapercobaan terakhir, terjadi naik turun yang cukup signifikan sehingga grafikmenyimpang dibanding dengan percobaan 1,2, dan 3. Hal ini dapat disebabkankarena tingkat kesensitifan sistem saat menangkap suhu yang berada di sekitar sistembaik. Dari keempat grafik dapat diketahui bahwa terdapat kesalahan dalam percobaan.

VIII. Kesimpulan Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnakan, namun dapat diubah menjadi

bentuk lain. Teori ini disebut Hukum Kekekalan Energi. Besar massa kawat dan perubahan suhu berbanding lurus dengan tegangan, arus

listrik, dan waktu.

Satu kalori didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkantemperature 1 gram sebesar 10C

Semakin besar tegangan yang diberikan, maka perubahan suhu yang terjadi akansemakin besar. Hal ini disebabkan Karena energi listrik yang diberikan semakinbesar yang akan menyebabkan pergerakan partikel semakin cepat dan padaakhirnya berdampak kepada perubahan suhu di dalam rangkaian.

Jenis kawat konduktor yang digunakan dalam percobaan calorie work adalahyaitu besi dengan besar kalor jenis c = 450 J/kg0C dan kapasitas kalor sebesar 0.9J/0C.

IX. ReferensiGiancoli, D.C. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall,

NJ, 2000.Halliday, Resnick, Walker. Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

http://www.chayoy.com/2012/03/teori-hukum-joule.html

https://fisika79.wordpress.com/tag/kalori/

http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2009/0700746/kalor%20jenis.html