laporan praktikum rlab kr-02 calori work
DESCRIPTION
Laporan Praktikum RLAB KR-02 Calori Work oleh Mauhibah Yumna 1406577650 Teknologi Bioproses UITRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR
CALORI WORK
Nama : Mauhibah Yumna
NPM : 1406577650
Fakultas : Teknik
Program Studi : Teknologi Bioproses
Group : 9B
No dan Nama Percobaan : KR02 – Calori Work
Minggu Percobaan : Minggu ke-1
Tanggal Percobaan : Jum’at, 27 Februari 2015
Nama Asisten : Karina Nur Fitriana
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Depok
KR-02 CALORI WORK
TUJUAN
Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.
ALAT
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
TEORI
Di dalam fisika, kalor dapat diartikan sebagai suatu bentuk energi yang bisa mengalir
dari suatu keadaan ke keadaan yang lainnya. Perubahan suhu pada suatu keadaan dengan
keadaan yang lain merupakan salah satu penyebab suatu kalor dapat berpindah. Kalor dapat
berpindah dari suatu benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin ketika kedua benda
tersebut bersentuhan satu sama lain sampai suhu keduanya sama dan keseimbangan termal
tercapai.
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat kita ambil contoh perpindahan panas yang kita
rasakan ketika duduk di dekat api unggun. Contoh lainnya yaitu perpindahan panas saat kita
sedang merebus air. Panas dari api kompor yang mengenai dasar panci menyebar ke air yang
berada di dalamnya dan bagian panci lainnya, sehingga apabila kita menyentuh bagian
samping atau atas panci tanpa perlindungan akan terasa panas. Kalor memiliki satuan yaitu
kalori. Setiap 1 kalori sama dengan kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1
gram air sebesar 1⁰C.
Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda bergantung pada 3
faktor, yaitu massa benda (m), kalor jenis benda (c), dan perubahan suhu (ΔT), sehingga
menghasilkan rumus sebagai berikut.
Q = m.c.ΔT
Keterangan :
Q = kalor yang dibutuhkan (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kg⁰C)
ΔT = Takhir - Tawal (⁰C)
Energi kalor itu berhubungan dengan energi listrik, karena energi listrik dapat diubah
menjadi energi kalor. Contoh alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi kalor
(panas) adalah setrika. Ketika kita menyambungkan setrika ke sumber listrik, bagian bawah
setrika lama-lamaakan terasa panas. Contoh tersebut mengingatkan akan kebenaran hukum
kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk
lainnya, salah satunya perubahan energi listrik menjadi energi kalor yang dilakukan setrika.
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.Δt
dan karena V = I.R, maka
W = I2.R.t
W = 𝑉2 𝑡
𝑅
Keterangan:
W = energi listrik (Joule)
V = beda potensial (volt)
I = arus listrik (ampere)
T = waktu yang dibutuhkan (sekon)
R = hambatan (ohm)
Seperti yang sudah dijelaskan di atas mengenai hukum kekekalan energi, banyaknya
kalor yang dihasilkan sama dengan banyaknya energi listrik yang digunakan, sehingga dapat
dihitung dengan persamaan :
W = Q
V.I.Δt = m.c.ΔT
Sebuah kawat dililtkan 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 perubahan temperatur dapat bervariasi sesuai dengan tegangan
yang diberikan.
Banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya sebesar 1°C
dapat dihitung menggunakan kapasitas kalor dengan rumus:
𝐻 = 𝑄
∆𝑇
𝐻 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑡
∆𝑡
H = m.c
dengan syarat:
H = kapasitas kalor (Joule/°C)
PROSEDUR PERCOBAAN
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah
halaman ini.
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 meng’klik’ radio button disebelahnya.
4. Mengambil data perubahan temperatur , tegangan dan arus listrik pada kawat
konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan cara meng’klik” icon “ukur”!
5. Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di web cam, tunggulah hingga
mendekati temperatur awal saat diberikan V0 .
6. Mengulang langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3
I. DATA PENGAMATAN
1. Data yang diambil saat memberikan tegangan V0.
Waktu I V Temp
3 23.84 0.00 22.3
6 23.84 0.00 22.3
9 23.84 0.00 22.3
12 23.84 0.00 22.3
15 23.84 0.00 22.3
18 23.84 0.00 22.3
21 23.84 0.00 22.3
24 23.84 0.00 22.3
27 23.84 0.00 22.3
30 23.84 0.00 22.3
2. Data yang diambil saat memberikan tegangan V1
Waktu I V Temp
3 35.13 0.65 21.9
6 35.13 0.65 22.1
9 35.13 0.65 22.3
12 35.13 0.65 22.4
15 35.13 0.65 22.6
18 35.13 0.65 22.8
21 35.13 0.65 22.9
24 35.13 0.65 23.1
27 35.13 0.65 23.2
30 35.13 0.65 23.3
3. Data yang diambil saat memberikan tegangan V2
Waktu I V Temp
3 51.10 1.57 22.7
6 51.10 1.57 23.1
9 51.10 1.57 24.0
12 51.10 1.57 25.0
15 51.10 1.57 26.0
18 51.10 1.57 26.9
21 51.10 1.57 27.6
24 51.10 1.57 28.4
27 51.10 1.57 29.1
30 51.10 1.57 29.6
4. Data yang diambil saat memberikan tegangan V3
Waktu I V Temp
3 42.09 1.05 22.8
6 42.09 1.05 22.9
9 42.09 1.05 23.4
12 42.09 1.05 23.9
15 42.09 1.05 24.3
18 42.09 1.05 24.7
21 42.09 1.05 25.1
24 42.09 1.05 25.4
27 42.09 1.05 25.8
30 42.09 1.05 26.0
II. GRAFIK
1. Grafik pada saat V0= 0 Volt
2. Grafik pada saat V1= 0,65 Volt
3. Grafik pada saat V2= 1,57 Volt
22
22,1
22,2
22,3
22,4
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Tem
pe
ratu
r
Waktu
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu (V: 0V)
21
22
23
24
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Tem
pe
ratu
r
Waktu
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu (V: 0,65 V)
0
10
20
30
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Tem
pe
ratu
r
Waktu
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu (V: 1,57 V)
4. Grafik pada saat V3= 1,05 Volt
III. PENGOLAHAN DATA
Percobaan ini dilakukan pada empat nilai tegangan yang berbeda, yaitu 0V, 0.65V,
1.57V, dan 1.05V. Pada setiap tegangan dilakukan 10 kali pengukuran dengan selang waktu
pengukuran 3 detik. Suhu awal yang dimaksud ketika melakukan webcam adalah suhu
pertama saat percobaan dimulai, yaitu 22.3°C.
Berdasarkan teori, energi listrik yang diterima oleh kawat akan menjadi energi panas.
Hubungan antara kalor dan energi listrik ditunjukkan oleh persamaan:
∆𝑇 = 𝑉. 𝐼
𝑚. 𝑐𝑡
Data ini akan diolah dengan cara merefleksikan ke persamaan garis y = mx,
menjadikan ΔT ≈ y, t ≈ x, 𝑉.𝐼
𝑚.𝑐 ≈ m, dan menggunakan metode least square.
V0 = 0V
No x Y x2 xy
1 3 0 9 0
2 6 0 36 0
3 9 0 81 0
4 12 0 144 0
5 15 0 225 0
6 18 0 324 0
22
23
24
25
26
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Tem
pe
ratu
r
Waktu
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu (V: 1,05 V)
7 21 0 441 0
8 24 0 576 0
9 27 0 729 0
10 30 0 900 0
Total 165 0 3465 0
Dari tabel di atas dapat diperoleh gradien (m) dan b dengan cara:
𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑖𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
dan
𝑏 = Σ𝑥𝑖
2Σ𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑥𝑖𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
𝑚 = 10(0) − (165)(0)
10(3465) − 27225= 0 𝑏 =
3465(0) − 165(0)
10(3465) − 27225= 0
Persamaan garis yang terbentuk adalah
y = mx + b y = 0x -0
Karena 𝑚 =𝑣.𝑖
𝐶= 0
(0)(23.84)
𝐶= 0 𝐶 = 0 𝑑𝑎𝑛 𝐶 = 𝑚. 𝑐 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑐 = 0
𝐽𝑔𝑟°C⁄
V1 = 0.65V
No x y x2 xy
1 3 0 9 0
2 6 0.2 36 1.2
3 9 0.4 81 3.6
4 12 0.5 144 6
5 15 0.7 225 10.5
6 18 0.9 324 16.2
7 21 1.0 441 21
8 24 1.2 576 28.8
9 27 1.3 729 35.1
10 30 1.4 900 42
Total 165 7.6 3465 164.4
Dari tabel di atas dapat diperoleh gradien (m) dan b dengan cara:
𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑖𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
dan
𝑏 = Σ𝑥𝑖
2Σ𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑥𝑖𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
𝑚 = 10(164.4) − (165)(7.6)
10(3465) − 27225= 0.052 𝑏 =
3465(7.6) − 165(164.4)
10(3465) − 27225= −0.1053
Persamaan garis yang terbentuk adalah
y = mx + b y = 0.052x -0.1053
Karena 𝑚 =𝑣.𝑖
𝐶= 0.052
(0.65)(35.13𝑥10−3)
𝐶= 0.052 𝐶 = 0.439 𝐶 = 𝑚. 𝑐 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑐 = 0.22 𝐽
𝑔𝑟°C⁄
V2 = 1.57V
No x y x2 xy
1 3 0 9 0
2 6 0.4 36 2.4
3 9 1.3 81 11.7
4 12 2.3 144 27.6
5 15 3.3 225 49.5
6 18 4.2 324 75.6
7 21 4.9 441 102.9
8 24 5.7 576 136.8
9 27 6.4 729 172.8
10 30 6.9 900 207
Total 165 35.4 3465 786.3
Dari tabel di atas dapat diperoleh gradien (m) dan b dengan cara:
𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑖𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
dan
𝑏 = Σ𝑥𝑖
2Σ𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑥𝑖𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
𝑚 = 10(786.3) − (165)(35.4)
10(3465) − 27225= 0.272 𝑏 =
3465(35.4) − 165(786.3)
10(3465) − 27225= −0.9533
Persamaan garis yang terbentuk adalah
y = mx + b y = 0.272x -0.9533
Karena 𝑚 =𝑣.𝑖
𝐶= 0.272
(1.57)(51.10𝑥10−3)
𝐶= 0.272 𝐶 = 0.294 𝐶 = 𝑚. 𝑐 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑐 = 0.147 𝐽
𝑔𝑟°C⁄
V3 = 1.05V
No x y x2 xy
1 3 0 9 0
2 6 0.1 36 0.6
3 9 0.6 81 5.4
4 12 1.1 144 13.2
5 15 1.4 225 21
6 18 1.8 324 32.4
7 21 2.2 441 46.2
8 24 2.5 576 60
9 27 2.9 729 78.3
10 30 3.1 900 93
Total 165 15.7 3465 350.1
Dari tabel di atas dapat diperoleh gradien (m) dan b dengan cara:
𝑚 = 𝑛Σ𝑥𝑖𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)
2
dan
𝑏 = Σ𝑥𝑖
2Σ𝑦𝑖 − (Σ𝑥𝑖)(Σ𝑥𝑖𝑦𝑖)
𝑛Σ𝑥𝑖2 − (Σ𝑥𝑖)2
𝑚 = 10(350.1) − (165)(15.7)
10(3465) − 27225= 0.123 𝑏 =
3465(15.7) − 165(350.1)
10(3465) − 27225= −0.4723
Persamaan garis yang terbentuk adalah
y = mx + b y = 0.123x -0.4723
Karena 𝑚 =𝑣.𝑖
𝐶= 0.123
(1.05)(42.09𝑥10−3)
𝐶= 0.123 𝐶 = 0.359 𝐶 = 𝑚. 𝑐 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑐 = 0.180
𝐽𝑔𝑟°C⁄
Dari ketiga nilai c yang diperoleh:
Δ𝑐 =0.220 + 0.147 + 0.180
3= 0.182 𝐽 𝑔𝑟⁄ °C
Berdasarkan literatur yang didapat, nilai kalor jenis yang didapat mendekati nilai
kalor jenis perak sebesar 0.230 𝐽 𝑔𝑟°C⁄ . Maka dapat dihitung kesalahan relatifnya sebesar:
𝐾𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 = |𝑐 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑐 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
𝑐 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟| 𝑥100%
= |0.182 − 0.230
0.230| 𝑥100%
= 20.9%
I. ANALISIS
a. Analisis Percobaan
Percobaan KR02 dilakukan secara online melalui rLab, yaitu sebuah praktikum
dengan komputer melalui internet dengan tujuan menghitung kapasitas kalor suatu kawat
konduktor yang digunakan. Percobaan ini dilakukan dengan mengalirkan listrik pada kawat
yang materialnya tidak diketahui. Setelah dialiri listrik, terjadi perubahan temperatur pada
kawat.
Diketahui bahwa kawat konduktor memiliki massa 2 gr. Dalam praktek, praktikan
mengklik tombol ukur untuk mendapatkan data berupa arus, tegangan, dan suhu yang
berbeda setiap 3 detik, sampai ke detik ke 30, dengan jumlah 10 data. Percobaan dilakukan 4
kali dengan total data sebanyak 40 dengan tegangan yang berbeda, yaitu 0V, 0.65V, 1.57V,
dan 1.05V.
b. Analisis Perhitungan Data
Kapasitas kalor dapat dihitung dengan data yang diperoleh, dengan cara memasukkan
data yang ada kedalam persamaan sesuai dengan teori.
Dalam percobaan ini, material yang digunakan memiliki kalor jenis sebesar
0.182 𝐽 𝑔𝑟⁄ °C. Praktikan dapat mengambil kesimpulan bahwa bahan yang digunakan adalah
logam perak dengan kesalahan relatif sebesar 20.9%. Hal ini disebabkan oleh kesalahan
selama percobaan.
Kesalahan yang mungkin terjadi:
- Asumsi bahwa 100% energi listrik dikonversikan menjadi kalor, namun pada
nyatanya tidak 100% karena ada energi yang terbuang ke lingkungan.
- Kesalahan dalam perhitungan, contohnya dalam hal pembulatan angka yang
mempengaruhi ketepatan perhitungan.
- Alat praktikum yang tidak dikalibrasikan sebelumnya, sehingga data menjadi
bervariasi.
- Karena praktikum adalah online, perangkat elektronik yang digunakan tidak berfungsi
dengan baik, maka kita tidak dapat melihat kesalahan yang terjadi secara keseluruhan.
c. Analisis Grafik
Percobaan ini menghasilkan empat grafik yang menggambarkan hubungan antara
waktu dan suhu pada setiap tegangan listrik yang dialirkan pada rangkaian. Grafik pertama
dengan tegangan 0V menunjukkan tidak ada perubahan suhu. Hal ini terjadi karena belum
ada tegangan yang diberikan, maka energi litstrik belum berubah menjadi energi kalor.
Grafik kedua, ketiga, dan keempat menunjukkan perubahan suhu yang meningkat
dengan cepat. Semakin besar tegangan yang diberikan, semakin signifikan peningkatan suhu
yang terjadi. Hal itu dapat dilihat dari gradien grafik yang bernilai positif. Grafik tersbut
menggambarkan bahwa perubahan suhu akan terus meningkat seiring dengan semakin lama
rangkaian diberi tegangan. Terbukti bahwa perubahan suhu berbanding lurus dengan waktu.
II. KESIMPULAN
- Sesuai dengan Hukum Kekekalan Energi, energi listrik yang diubah menjadi energi
kalor jumlahnya sama.
- Energi tidak dapat dilenyapkan, namun bisa diubah bentuk. Namun, energi tersebut
tidak 100% diubah karena ada energi yang terbuang ke lingkungan.
- Semakin besar tegangan yang diberikan, perubahan suhu semakin signifikan. Hal ini
disebabkan energi listrik yang bertambah, maka pergerakan partikel semakin cepat
dan pada akhirnya berdampak pada perubahan suhu di dalam rangkaian.
- Besar kalor jenis bergantung pada waktu, arus listrik, tegangan, perubahan suhu, dan
massa kawat konduktor.
- Percobaan menggunakan kawat konduktor yang berbahan perak yang memiliki kalor
jenis 230 J/kg°C.
- Dalam percobaan ini, kalor jenis yang ditemukan sebesar 0.195 J/kg°C dengan
kesalahan relatif sebesar 15.22%
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, D.C. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. New Jersey: Prentice Hall,
2000.
Halliday, Resnick, Walker. Fundamentals of Physics, 7th
Edition, Extended Edition. New
Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2005.
http://sitrampil.ui.ac.id