laporan rlab kr02

LAPORAN R-LAB

Calori Work

Nama : Eric Adelwin

NPM : 1206263326

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Jurusan : Teknik Kimia

Kode Praktikum : KR02

Tanggal Praktikum : 30 April 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

I. Tujuan Percobaan :

Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.

II. Alat-Alat yang digunakan :

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

Hubungan 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 dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang mempunyai

resistansi dinyatakan dengan persamaan :

W =V. i .t ( 1 )

Dimana

W = 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 kenaikan

temperatur.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat dinyatakan dengan persamaan :

Q = m c (Ta - T) ......................................... (2)

Dimana

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)

Asas Black

Teori asas Black mengatakan jika dua benda yang suhunya berbeda kemudian

disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi

menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi

keseimbangan suhu dimana suhu kedua benda sama. Teori ini dapat dituliskan, sebagai

berikut:

Q lepas = Q terima

m1.C1.(t1 - ta) = m2.C2.(ta-t2)

Penggunaan rumus (t1 - ta) pada benda bersuhu tinggi dan untuk benda yang bersuhu

rendah menggunakan (ta - t2).

Kalor ada dua jenis, yaitu, kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu dan kalor yang

digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten). Ada dua persamaan yang digunakan

dalam kalor laten.

Q = m.U dan Q = m.L (5)

Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg).

Hal yang perlu diperhatikan pada dua persamaan di atas adalah konsep yang berbeda

antara kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c). Kapasitas kalor merupakan banyaknya

kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius. Sedangkan

kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat

sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis

disebut kalorimeter.

H = Q/(t2-t1) (6)

c = Q/m.(t2-t1) (7)

Kedua persamaan di atas dihubungkan sehingga menjadi

H = m.c

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.

I.V Cara Kerja

Percobaan kali ini adalah percobaan R-Lab. Oleh karena itu, percobaan dilakukan secara

online dengan bantuan perangkat percobaan elektronik yang terdapat di laboratorium

percobaan KR01 Departemen Fisika Fakultas MIPA Universitas Indonesia. Prosedur

percobaan untuk percobaan disipasi kalor hotwire adalah sebagai berikut

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, menunggu hingga mendekati

temperatur awal saat diberikan V0 .

6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3

V. Tugas dan Evaluasi

V.I. Pengolahan Data

Berdasarkan pengamatan pada percobaan kawat yang diberi arus listrik pada V1

V2 dan V3 terjadi perubahan suhu dari kawat konduktor yang artinya tiap pemberian arus

listrik terjadi peningkatan suhu di kawat konduktor. Akan tetapi pada suatu kondisi kerja

,mungkin karena pengaruh lingkungan, kawat konduktor mengalami kenaikan

temperature. Data tersebut dapat dilihat pada tabel 1,2,3,4

Suhu awal yang dimaksud sebelum percobaan dimulai adalah 20,7oC dan dibawah

ini berikut tabel hasil percobaan

Hasil Percobaan dapat kita lihat dalam tabel berikut:

1. Tabel Percobaan dengan V0:

2. Tabel Percobaan dengan V1:

3. Tabel Percobaan dengan V2

4. Tabel Percobaan dengan V3

Waktu I V0 Temp

3 23.84 0.00 20.7

6 23.84 0.00 20.7

9 23.84 0.00 20.8

12 23.84 0.00 20.8

15 23.84 0.00 20.8

18 23.84 0.00 20.8

21 23.84 0.00 20.8

24 23.84 0.00 20.8

27 23.84 0.00 20.8

30 23.84 0.00 20.8

Waktu I V1 Temp

3 35.59 0.67 20.8

6 35.59 0.67 20.9

9 35.59 0.67 21.1

12 35.48 0.67 21.3

15 35.48 0.67 21.4

18 35.59 0.67 21.6

21 35.48 0.67 21.8

24 35.48 0.67 21.9

27 35.59 0.67 22.1

30 35.59 0.67 22.2

Waktu I V Temp

3 52.02 1.62 22.2

6 51.90 1.63 22.6

9 52.02 1.63 23.4

12 52.02 1.63 24.4

15 52.02 1.63 25.4

18 52.02 1.63 26.3

21 52.02 1.63 27.1

24 52.02 1.63 27.8

27 52.02 1.63 28.5

30 52.02 1.63 29.1

Dengan metode perhitungan least square didapatkan data sebagai berikut:

Untuk mendapatkan nilai c (kalor jenis dari kawat), kita harus mengetahui nilai b, nilai b dapat

didapat dari persamaan berikut :

=

2 2 ...(10)

= 2 yi ( )

2 2 ...(11)

Dengan kesalahan perhitungan sebesar:

=

2 2 ...(12)

= 1

2 2

2 22 + 2

2 2 ..(13

Untuk V0:

No

xi [waktu

(s)]

Yi [T (oC)] Xi

2 Yi

2 xi.yi

1 3 0 9 0 0

2 6 0 36 0 0

3 9 0.1 81 0.01 0.9

4 12 0.1 144 0.01 1.2

5 15 0.1 225 0.01 1.5

6 18 0.1 324 0.01 1.8

Waktu I V Temp

3 42.66 1.09 29.1

6 42.66 1.09 28.7

9 42.66 1.09 28.5

12 42.66 1.09 28.3

15 42.66 1.09 28.3

18 42.55 1.09 28.1

21 42.55 1.09 28.1

24 42.66 1.09 28.0

27 42.66 1.09 28.0

30 42.66 1.09 28.0

7 21 0.1 441 0.01 2.1

8 24 0.1 576 0.01 2.4

9 27 0.1 729 0.01 2.7

10 30 0.1 900 0.01 3

165 0.8 3465 0.08 15.6

Dengan memasukkan nilai dari tabel di atas ke dalam persamaan (10), (11), (12),

dan (13), akan didapat nilai berikut:

b = 0,0032 ; a = 0.0267 dan b =0.0018. Maka:

=

= 0,0032 + 0.0267

= 0,0032 + 0.0267

Dari persamaan tersebut dapat digambarkan sebuah grafik yang menunjukkan

hubungan antara t dan T, yaitu sebagai berikut:

Gambar 1

Grafik Hubungan Antara T dan t pada Tegangan 0 volt

Perhitungan pada Tegangan 0,67 V

Untuk mempermudah perhitungan, data-data pada saat tegangan 0,67 V disusun

pada tabel berikut:

Tabel 7

Tabel Pengisian data sesuai rumus xi yi pada tegangan 0,67 V

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

10 20 30

T (oC) T

(oC

)

t (s)Y=0,0032t + 0,0267

No

xi [waktu

(s)]

Yi [T (oC)] xi2 yi2 xi.yi

1 3 0.1 9 0.01 0.3

2 6 0.2 36 0.04 1.2

3 9 0.4 81 0.16 3.6

4 12 0.6 144 0.36 7.2

5 15 0.7 225 0.49 10.5

6 18 0.9 324 0.81 16.2

7 21 1.1 441 1.21 23.1

8 24 1.2 576 1.44 28.8

9 27 1.4 729 1.96 37.8

10 30 1.5 900 2.25 45

165 8.1 3465 8.73 173.7

Dengan memasukan nilai dari tabel di atas ke dalam persamaan (10), (11), (12),


b = 0,0539; a = -0,133; dan b = 0,0012. Maka:

=

= 0.0539 0,133

= 0.0539 0,133

Dari persamaan tersebut dapat digambarkan sebuah grafik yang mnunjukan

hubungan antara t dan T, yaitu sebagai berikut:

Gambar 2

Grafik Hubungan Antara T dan t pada Tegangan 0,67 volt


Untuk membantu proses perhitungan, data-data pada saat tegangan 1,63 V

disusun pada tabel berikut:

Tabel 8


no

xi [waktu

(s)]


1 3 1.5 9 2.25 4.5

2 6 1.9 36 3.61 11.4

3 9 2.7 81 7.29 24.3

4 12 3.7 144 13.69 44.4

5 15 4.7 225 22.09 70.5

6 18 5.6 324 31.36 100.8

7 21 6.4 441 40.96 134.4

8 24 7.1 576 50.41 170.4

9 27 7.8 729 60.84 210.6

10 30 8.4 900 70.56 252

165 49.8 3465 303.06 1023.3

y = 0.539x - 0.133R = 0.997

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

10 20 30

*T

t(s)

*T

(oC

)+

Kemudian masukan nilai dari tabel di atas ke dalam persamaan (10), (11), (12),

dan (13), dan didapatkanlah nilai sebagai berikut:

b = 0,271; a = 0,5; dan b = 0,00732. Maka:

=

= 0.271 + 0,5

= 0.271 + 0,5

Dari persamaan tersebut dapat kita gambar sebuah grafik yang menunjukan

hubungan antara t dan T, seperti gambar 3 dibawah ini

Gambar 3



Untuk mempermudah perhitungan, data-data pada saat tegangan listrik 1,09 V

disusun pada tabel berikut:

Tabel 9


no

xi [waktu

(s)]


1 3 8.4 9 70.56 25.2

2 6 8 36 64 48

y = 2.6x + 0.666R = 0.998

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 20 30

*T (oC)]

Linear ([T (oC)])

3 9 7.8 81 60.84 70.2

4 12 7.6 144 57.76 91.2

5 15 7.6 225 57.76 114

6 18 7.4 324 54.76 133.2

7 21 7.4 441 54.76 155.4

8 24 7.3 576 53.29 175.2

9 27 7.3 729 53.29 197.1

10 30 7.3 900 53.29 219

165 76.1 3465 580.31 1228.5

Dengan memasukan nilai dari tabel di atas ke dalam persamaan (10), (11), (12),


b = -0.036 ; a = 8,213 ; dan b = 0.005716. Maka:

=

= 0,036 + 8,213

= 0,036 + 8,213

Dari persamaan tersebut dapat digambarkan sebuah grafik yang mnunjukan

hubungan antara t dan T, yaitu sebagai berikut

Gambar 4


Nilai Kapasitas Kalor (H) dari Kawat Konduktor Yang Digunakan.

a. Pada saat V= 0.67 volt

=

. . = . .

=.

. .

=

maka:

=.

. =

.

Persamaan pada saat V= 0.67 volt adalah:

Y = 0.539 0,133

y = -0.2x + 7.866R = 0.923

7

7.1

7.2

7.3

7.4

7.5

7.6

7.7

7.8

10 20 30

*T (oC)]

Linear ([T (oC)])

dengan m = 2 g dan i = 35,93 mA (rata-rata dari i pada data yang didapat).

Jadi, kita dapat mencari besarnya kapasitas kalor dengan:

=.

=0,67 . 35,48 103

0,539=

0,0237716

0,539= 4,952

Kalor Jenis (c) dapat dicari menggunakan:

=

=

4.952

2= 2.476

b. Pada saat V = 1,63 volt

Persamaan pada saat V= 1,63 volt adalah:

= 0.271 + 0,5

dengan m = 0,002 kg dan i = 43,142 mA (rata-rata dari i pada data yang didapat).


=.

=1,63 . 52,02 103

0.271=

0,08479

0,271= 0,3128


=

=

0,3128

2= 0,1564

c. Pada saat V = 1,09 volt

Persamaan pada saat V= 1,09 volt adalah :

= 0,036 + 8,213

dengan m = 0,002 kg dan i = 52,7 mA (rata-rata dari i pada data yang didapat).


=.

=1,09 . 42,55 103

0,036=

0,04637

0,036= 1,288


=

=

0,4197

2= 0,644

Menentukan Jenis Kawat Konduktor Berdasarkan Nilai H:

1. V = 0.67 volt

H = 4,952

c = 2.476

2. V = 1.63 volt

H = 0,3128

c = 0,1564

3. V = 1.09 volt

H = 1,288

c = 0,644

Jadi, kalor jenis (c) rata-ratanya adalah :

1+2 + 33

=2,467 + 0,1564 + 0,644

3= 1,0891

Dilihat dari nilai kapasitas kalor secara hitungan di atas, praktikan

menyimpulkan bahwa kawat konduktor yang digunakan adalah jenis

aluminium karena nilai kalor jenisnya mendekati alluminium (0,900J/KgC).

A. Analisis

1. Analisis Percobaan

Pada percobaan kali ini para praktikan diharuskan untuk menghitung nilai

kapasitas kalor suatu kawat konduktor yang dipakai di dalam percobaan.

Percobaan ini menggunakan metode hukum kekekalan energi yaitu Energi

tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke

bentuk lain.

Pada percobaan calori work ini, terjadi pengkonversian energi listrik yang

dihasilkan dari sumber tegangan dan power supply menjadi energi kalor

(panas) dalam kawat konduktor yang akan mengalami kenaikan temperatur

pada kawat konduktor. Prinsip kerja percobaan ini adalah di mana sebuah

kawat dililitkan pada sebuah sensor temperatur yang 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 dibuat bervariasi sehingga perubahan temperatur

dapat bervariasi pula. Temperatur yang dihasilkan lalu dicatat setiap 3 detik

selama 30 detik. Pada percobaan ini praktikan dapat mengulangi percobaan

beberapa kali untuk mendapatkan variasi data.

Sebelum memulai praktikum, praktikan diharuskan untuk mengaktifkan

webcam pada lab, selanjutnya praktikan memberikan tegangan sebesar 0 volt.

Hal ini bertujuan untuk mengetahui kondisi awal yang berupa suhu dan arus

dari keadaan tersebut. Selanjutnya praktikan menghidupkan Power Supply

dengan mengklik radio button disebelahnya, lalu mengambil data perubahan

temperatur , tegangan, dan arus listrik pada kawat konduktor tiap 3 detik

selama 30 detik dengan cara mengklik icon ukur.

Setelah memberikan tegangan sebesar 0 volt, selanjutnya praktikan

memberikan tegangan sebesar 0,67 volt; 1,09 volt; dan 1,63 volt. Namun sesaat

sebelumnya, kita harus menyesuaikan temperatur agar temperaturnya kembali

seperti pada saat tegangan 0 volt diberikan.

Tegangan (V) merupakan variabel bebas yang digunakan pada percobaan

ini. Dengan memvariasikan variabel ini, akan didapatkan suhu dan arus yang

berbeda-beda setiap tegangan pada waktu-waktu tertentu yang akan digunakan

untuk mencari kapasitas kalor dari kawat konduktor.

2. Analisis Hasil dan Kesalahan

Dari perhitungan hasil yang di dapat adalah :

a. V = 0.67 Volt

H = 4,952

c = 2.476

2. V = 1.63 volt

H = 0,3128

c = 0,1564

3. V = 1.09 volt

H = 1,288

c = 0,644

Jadi, kalor jenis (c) rata-ratanya adalah :

1+2 + 33

=2,467 + 0,1564 + 0,644

3= 1,0891

Sedangkan, kapasitas kalor (H) rata-ratanya adalah:

1+2 + 33

=4,952 + 0,3128 + 1,288

3= 2,1842

Dari data di atas, kesalahan literatur pada perhitungan kalor jenis yang di dapat

adalah :

100%

1,0891 0,900

0.900 100% = 21,01 %

Kesalahan ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, yaitu:

Pengkalibrasian alat yang kurang sempurna.

Kesalahan praktikan dalam perhitungan

Ketidaksesuaian temperatur awal pada kawat konduktor

Tidak semua energi listrik diubah 100% menjadi energi kalor, karena terdapat

energi listrik yang hilang saat memindahkan muatan.

3. Analisis Grafik

Pada percobaan ini, praktikan membuat empat grafik, semuanya

menunjukkan hubungan antara temperatur terhadap waktu. Pada grafik

pertama, tegangan yang diberikan sebesar nol, atau tidak diberikan tegangan..

Suhu awal rangkaian pada detik kedua adalah sebesar 20,7oC dan suhu akhir

rangkaian pada detik ke 30 adalah sebesar 20.8oC. Terlihat bahwa kenaikan

suhu yang terjadi cukup kecil (kenaikan suhu terbesar dicatat sebesar 0.1oC).

Karena terjadi kenaikan suhu terhadap waktu, maka garis yang terbentuk

berdasarkan data table pada grafik memiliki kemiringan (gradien) positif.

Persamaan garis yang terbentuk adalah persamaan y = 0,032x+0,0267.

Pada percobaan kedua, diberikan tegangan sebesar V2 (0.67 volt) pada

rangkaian. Saat tegangan diberikan pada sistem, suhu sistem meningkat. Suhu

awal rangkaian pada detik ketiga adalah sebesar 20,8oC dan suhu akhir

rangkaian pada detik ke 30 adalah sebesar 22,2oC. Karena ketika tegangan

diberikan, temperatur rangkaian mengalami kenaikan terhadap waktu, maka

garis yang terbentuk dari tabel data pada grafik memiliki kemiringan (gradien)

positif. Persamaan garis yang terbentuk adalah persamaan y=0.0539 x+1.333.

Pada percobaan ketiga dan keempat, di mana pada rangkaian diberikan

tegangan sebesar V2 (1.63 volt) temperatur sistem juga meningkat terhadap

waktu. Dengan demikian, gradien dari garis yang terbentuk juga positif. Pada

grafik 3, nilai minimum atau suhu awal pada detik ketiga adalah 22.2oC

sedangkan nilai maksimum atau suhu saat detik ke 30 adalah 29.1 oC.

Persamaan garis yang terbentuk pada grafik 3 sesuai dengan persamaan y =

0.271 x+0,5 Pada grafik 4, terjadi penurunan suhu yang mungkin diakibatkan

oleh beberapa faktor yang disebutkan pada analisis kesalahan. Pada grafik,

nilai maksimum atau suhu awal pada detik ketiga adalah 29,1oC sedangkan

nilai minimum atau suhu saat detik ke 30 adalah 28.0oC. dan persamaan garis

yang terbentuk pada grafik 4 sesuai dengan persamaan y = -0,036 x+8,213.

Dari empat data grafik yang dituliskan diatas, hal tersebut menunjukkan

bahwa kenaikan temperature berbanding lurus dengan kenaikan tegangan yang

dialirkan ke sistem dan dengan tegangan yang sama, suhu juga mengalami

kenaikan seiring waktu percobaan dilaksanakan. (untuk grafik 1, 2, dan 3)

I. Kesimpulan

1. Kapasitas kalor suatu kawat bisa dicari dengan suatu kerja kalor yaitu

pengkonversian energi listrik menjadi energy kalor yang menaikkan suhu kawat.

2. Kawat konduktor yang dipakai adalah jenis aluminium.

3. Energi listrik dapat diubah atau berubah menjadi energi kalor

4. Semakin besar tegangan temperatur yang dihasilkan semakin besar

5. Semakin besar perubahan waktu, semakin besar temperatur yang dihasikan.

II. Referensi

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition,

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

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.

III. Lampiran

Data Percobaan

Waktu I V Temp

3 23.84 0.00 20.7

6 23.84 0.00 20.7

9 23.84 0.00 20.8

12 23.84 0.00 20.8

15 23.84 0.00 20.8

18 23.84 0.00 20.8

21 23.84 0.00 20.8

24 23.84 0.00 20.8

27 23.84 0.00 20.8

30 23.84 0.00 20.8

3 35.59 0.67 20.8

6 35.59 0.67 20.9

9 35.59 0.67 21.1

12 35.48 0.67 21.3

15 35.48 0.67 21.4

18 35.59 0.67 21.6

21 35.48 0.67 21.8

24 35.48 0.67 21.9

27 35.59 0.67 22.1

30 35.59 0.67 22.2

3 52.02 1.62 22.2

6 51.90 1.63 22.6

9 52.02 1.63 23.4

12 52.02 1.63 24.4

15 52.02 1.63 25.4

18 52.02 1.63 26.3

21 52.02 1.63 27.1

24 52.02 1.63 27.8

27 52.02 1.63 28.5

30 52.02 1.63 29.1

3 42.66 1.09 29.1

6 42.66 1.09 28.7

9 42.66 1.09 28.5

12 42.66 1.09 28.3

15 42.66 1.09 28.3

18 42.55 1.09 28.1

21 42.55 1.09 28.1

24 42.66 1.09 28.0

27 42.66 1.09 28.0

30 42.66 1.09 28.0

laporan rlab kr02

Documents