laporan rlab kr02
DESCRIPTION
Laporan RLab KR02TRANSCRIPT
-
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),
dan (13), akan didapat nilai berikut:
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
-
Perhitungan pada Tegangan 1,63 V
Untuk membantu proses perhitungan, data-data pada saat tegangan 1,63 V
disusun pada tabel berikut:
Tabel 8
Tabel Pengisian data sesuai rumus xi yi pada tegangan 1,63 V
no
xi [waktu
(s)]
Yi [T (oC)] xi2 yi2 xi.yi
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
Grafik Hubungan Antara T dan t pada Tegangan 1,63 volt
Perhitungan pada Tegangan 1,09 V
Untuk mempermudah perhitungan, data-data pada saat tegangan listrik 1,09 V
disusun pada tabel berikut:
Tabel 9
Tabel Pengisian data sesuai rumus xi yi pada tegangan 1,09 V
no
xi [waktu
(s)]
Yi [T (oC)] xi2 yi2 xi.yi
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),
dan (13), akan didapat nilai berikut:
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
-
Grafik Hubungan Antara T dan t pada Tegangan 1,09 volt
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).
Jadi, kita dapat mencari besarnya kapasitas kalor dengan:
=.
=1,63 . 52,02 103
0.271=
0,08479
0,271= 0,3128
Kalor Jenis (c) dapat dicari menggunakan:
=
=
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).
Jadi, kita dapat mencari besarnya kapasitas kalor dengan:
=.
-
=1,09 . 42,55 103
0,036=
0,04637
0,036= 1,288
Kalor Jenis (c) dapat dicari menggunakan:
=
=
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