LAPORAN R-LAB Nama/NPM Fakultas/Prog. Studi Group & Kawan Kerja : Angeline Paramitha/1306409305 : Teknik/Teknik Kimia : Ahmad Hamidi Aldhi Saputro Ahmad Shobri Akwila Eka Meliani Ali Akbar Aji Tata Irwinsyah Andrea Rizky Sabrina Harahap No & Nama Percobaan : KR 02 & Calori Work Minggu Percobaan : Pekan 1 Tanggal Percobaan : 27 Februari 2014 Nama Asisten : Laboratorium Fisika Dasar UPP IPD Universitas Indonesia Calori Work ( KR02 ) Page 1
Calori Work I. Tujuan Praktikum Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor. II. Alat 1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan 2. Kawat konduktor ( bermassa 2 gram ) 3. Termometer 4. Voltmeter dan Amperemeter 5. Adjustable Power Supply 6. Camcorder 7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis III. Teori Kalor dapat didefinisikan sebagai proses transfer energi dari suatu zat ke zat lainnya dengan diikuti perubahan temperatur. Satuan kalor adalah joule (J) yang diambil dari nama seorang ilmuwan yang telah berjasa dalam bidang ilmu Fisika, yaitu James Joule. Satuan kalor lainnya adalah kalori. Hubungan satuan joule dan kalori, yakni 1 kalori = 4,184 joule. Hubungan kekekalan energi mengatakan energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada percobaan ini akan dilakukan pengkonversian energi, dari energi listrik menjadi energi panas. Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu koduktor yang mempunyai resistansi dinyatakan dengan persamaan : W = V. I.T Dimana W = energi listrik ( joule ) V = Tegangan listrik ( volt ) Calori Work ( KR02 ) Page 2
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) Dimana Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori ) m = massa zat ( gram ) c = kalor jenis zat ( kal/gr 0 C) Ta = suhu akhir zat (K) T = suhu mula-mula (K) 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 perubahan temperatur dapat bervariasi sesuai dengan tegangan yang diberikan. Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Kalor jenis suatu benda dapat didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1 K. Kalor jenis menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut untuk menyerap kalor. Secara matematis, kalor jenis suatu zat dapat dituliskan sebagai berikut. c = = Calori Work ( KR02 ) Page 3
Dengan c = kalor jenis suatu zat (J/kg K) Q = kalor (J) m = massa benda (kg), dan ΔT = perubahan temperatur (K) Untuk suatu benda, faktor mc dipandang sebagai satu kesatuan dan faktor ini disebut sebagai kapasitas kalor. Secara matematis, dituliskan sebagai berikut. C = c m = Satuan kapasitas kalor adalah J/K. Besarnya kalor suatu zat adalah Q = m c ΔT Q = C ΔT C = = IV. Cara Kerja 1. Eksperimen rlab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rlab di bagian bawah halaman ini. 2. Mengaktifkan web cam dengan klik icon video pada halaman web r-lab. 3. Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor. 4. Menghidupkan Power Supply dengan meng klik radio button disebelahnya. 5. Mengambil data perubahan temperatur, yaitu tegangan dan arus listrik pada kawat konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan cara meng klik icon ukur. 6. Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di web cam, ditunggu hingga mendekati temperatur awal saat diberikan V0. 7. Mengulangi langkah pada no.2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3. Calori Work ( KR02 ) Page 4
V. Data Hasil Percobaan Praktikan menggunakan data percobaan yang ke-7. Data diperoleh berdasarkan percobaan yang dilakukan dengan R-Lab. Berikut adalah data tersebut: 1. Data percobaan V0 Waktu Kuat Arus ( I Tegangan ( V ) Temperatur ( 0 C ) 3 ) 23,84 0 22,3 6 23,84 0 22,3 9 23,84 0 22,3 12 23,84 0 22,3 15 23,84 0 22,3 18 23,84 0 22,3 21 23,84 0 22,3 24 23,84 0 22,3 27 23,84 0 22,3 30 23,84 0 22,3 2. Data percobaan V1 Waktu Kuat Arus ( I ) Tegangan ( V ) Temperatur ( 0 C ) 3 35,36 0,66 22,2 6 35,36 0,66 22,3 9 35,36 0,66 22,4 12 35,36 0,66 22,6 15 35,36 0,66 22,8 18 35,36 0,66 23 21 35,36 0,66 23,1 24 35,36 0,66 23,3 27 35,36 0,66 23,4 30 35,36 0,66 23,4 3. Data percobaan V2 Waktu Kuat Arus ( I ) Tegangan ( V ) Temperatur ( 0 C ) 3 51,45 1,59 22,4 6 51,56 1,59 22,9 9 51,45 1,6 23,9 12 51,56 1,6 24,9 15 51,56 1,6 25,9 18 51,56 1,6 26,8 21 51,56 1,6 27,6 24 51,56 1,6 28,4 27 51,56 1,6 29,1 30 51,56 1,6 29,7 Calori Work ( KR02 ) Page 5
4. Data percobaan V3 Waktu Kuat Arus ( I ) Tegangan ( V ) Temperatur ( 0 C ) 3 42,32 1,07 22,7 6 42,32 1,07 22,9 9 42,32 1,07 23,3 12 42,32 1,07 23,8 15 42,32 1,07 24,2 18 42,32 1,07 24,6 21 42,32 1,07 24,9 24 42,32 1,07 25,3 27 42,32 1,07 25,6 30 42,32 1,07 25,9 VI. Pengolahan Data Setelah praktkan mendapatkan data dari percobaan V0 sampai dengan V3, maka praktikan mengolah data tersebut dalam bentuk grafik. Grafik ini menunjukkan hubungan antara temperatur dan waktu untuk setiap tegangan yang diberikan kepada kawat konduktor. 1. Hubungan Temperatur dan Waktu untuk Setiap Tegangan a. V0 Calori Work ( KR02 ) Page 6
b. V1 c. V2 Calori Work ( KR02 ) Page 7
d. V3 2. Menghitung Kapasitas Kalor (C) berdasarkan Konduktor yang Digunakan Setelah dilakukan pengamatan, serta kita telah membuat grafik hubungan antara temperatur dengan waktu untuk masing-masing tegangan. Langkah selanjutnya adalah menghitung kapasitas kalor berdasarkan nilai tegangan masingmasing. Menghitung kapasitas kalor dapat dihitung menggunakan rumus : C = a. Kapasitas kalor V1 Dik : i = 35,36 ma = 0,03536 A V = 0,66 volt Δt= 30 3 = 27 s ΔT= 23,4 22,2 = 1,2 0 C C = = = 0,53 J/ mol 0 C Calori Work ( KR02 ) Page 8
b. Kapasitas kalor V2 Dik : i = 51,56 ma = 0,05156 A V = 1,6 volt Δt= 30 3 = 27 s ΔT= 29,7 22,4 = 7,3 0 C C = = = 0,31 J/ mol 0 C c. Kapasitas kalor V3 Dik : i = 42,32 ma = 0,04232 A V = 1,07 volt Δt= 30-3 = 27 s ΔT= 25,9 22,7= 3,2 0 C C = = = 0,38 J/ mol 0 C Setelah memperoleh nilai kapasitas kalor dari masing-masing tegangan, selanjutnya kita dapat menentukan jenis konduktor apa yang digunakan. Kapasitas kalor yang didapat yaitu : a. V1 = 0,53 J/ kg 0 C b. V2 = 0,31 J/ kg 0 C c. V3 = 0,38 J/ kg 0 C Jadi, rata-rata kapasitas kalor pada percobaan tersebut yaitu : Ci = = 0,41 J/ mol 0 C Calori Work ( KR02 ) Page 9
3. Menentukan Jenis Konduktor yang Digunakan Setelah memperoleh nilai kapasitas kalor dari masing-masing tegangan, kita dapat menentukan jenis konduktor apa yang digunakan dengan cara menghitung kalor jenis konduktor tersebut. Kalor jenis dapat diperoleh dengan cara: C = a. Menghitung kalor jenis pada V1 Dik : i = 35,36 ma = 0,03536 A V = 0,66 volt Δt= 30 3 = 27 s ΔT= 23,4 22,2 = 1,2 0 C m= 2 gr = 0,002 kg C = = = 262,548 J/ kg 0 C b. Menghitung kalor jenis pada V2 Dik : i = 51,56 ma = 0,05156 A V = 1,6 volt Δt= 30 3 = 27 s ΔT= 29,7 22,4 = 7,3 0 C m= 2 gr = 0,002 kg C = = = 152,561 J/ kg 0 C c. Menghitung kalor jenis pada V3 Dik : i = 42,32 ma = 0,04232 A V = 1,07 volt m= 2 gr = 0,002 kg Δt= 30-3 = 27 s ΔT= 25,9 22,7= 3,2 0 C C = = = 191,035 J/ kg 0 C Calori Work ( KR02 ) Page 10
Jenis konduktor yang digunakan dapat dihitung dengan mencari nilai rata- rata dari kalor jenis tersebut : Ci = = 202,048 J/ kg 0 C Berdasarkan perhitungan kalor jenis di atas, nilai kalor jenis yang mendekati ialah perak yakni 236 J/Kg 0 C. Tetapi dalam hasil perhitungan, didapatkan nilai yang sedikit jauh mencapai 236 J/Kg 0 C dari konduktivitas perak. Oleh sebab itu kita wajib menghitung kesalahan literatur yang terjadi, sebagai berikut : Krel = x 100% = x 100% = 14,39 % VII. Analisis Percobaan yang saya lakukan pada pekan pertama yaitu calori work (KR02). Tujuan percobaan ini adalah untuk mengetahui besar dan nilai kapasitas kalor dari kawat konduktor. Besaran ini didapatkan dengan mengkonversikan energi listrik menjadi energi panas. Teknis pengerjaannya ialah menggunakan R-lab yaitu percobaan yang dapat dilakukan oleh mahasiswa kapan saja, dengan syarat laptop atau komputer tersambung dengan jaringan internet. Mahasiswa dipermudah dengan cara melakukan percobaan atau praktikum tersebut tanpa harus mendatangi laboratorium fisika di F-MIPA UI. Peralatan untuk melakukan praktikum telah tersedia secara lengkap di dalam website. Peralatan ini dapat digunakan apabila laptop atau komputer praktikan memiliki aplikasi java dan web camera. Percobaan calori work ini menggunakan alat seperti temperatur, amperemeter, voltmeter, adjustable power supply (catu daya), camcorder dan juga kawat konduktor. Setelah alat tersebut terpasang, praktikan mengamati kondisi awal dengan V=0. Sehingga akan didapatkan suhu awal dan juga kuat arus pada konduktor Calori Work ( KR02 ) Page 11
kawat tersebut. Hasil nilai ini terjadi karena adanya pengaliran listrik terhadap kawat penghantar. Aliran listrik tersebut dapat mempengaruhi laju suhu dan kuat arus pada kawat, sehingga menghasilkan data temperatur serta kuat arus yang berbeda-beda. Bervariasinya data temperatur dan kuat arus pada percobaan ini terjadi karena adanya perbedaan tegangan yang diberikan pada kawat konduktor. Dengan data pengamatan yang diperoleh, praktikan dapat menghitung kapasitas kalor suatu zat dengan memasukkan data-data tersebut ke dalam persamaanpersamaan yang telah ada di prinsip dasar. Dengan menggunakan metode least square, persamaan energi kalor dan energi listrik dihubungkan menjadi persamaan garis lurus, seperti di bawah ini: ΔT = ; dengan T = suhu ( 0 C) y = a x + b Di mana nilai a dan b dapat diperoleh dengan : a = b = Setelah memasukkan data yang diperoleh pada praktikum ke dalam persamaan dan setelah melakukan perhitungan datam diperoleh persamaan garis lurus yang bervariasi Persamaan garis lurus pada saat V1, yaitu y = 0,1497x + 22,027 Persamaan garis lurus pada saat V2, yaitu y = 0,8521x + 21,473 Persamaan garis lurus pada saat V3, yaitu y = 0,3721x + 22,273 Untuk membuktikan teori kekekalan energi yaitu energi listrik yang ada pada catu daya berubah menjadi energi kalor, praktikan melakukan percobaan terhadap kawat penghantar yang sama sebanyak 4 kali. Percobaan pertama dilakukan pada saat tegangan bernilai 0. Percobaan kedua dilakukan pada saat tegangan bernilai 0,66. Percobaan ketiga bernilai 1,6 volt. Terakhir, percobaan menggunakan tegangan bernilai 1,07 volt. Pengamatan tersebut dilakukan selama sepuluh detik dengan selang waktu tiap satu detik. Setiap detiknya kawat penghantar tersebut akan mengalami Calori Work ( KR02 ) Page 12
kenaikkan temperatur, kecuali ketika percobaan tersebut memiliki tegangan sebesar 0 volt. Setelah proses pengamatan selesai, praktikan membuat grafik hubungan antara temperatur dengan waktu dari setiap tegangan yang ada. Hal ini dilakukan agar praktikan lebih memahami perubahan temperatur yang ada. Tahap selanjutnya ialah mencari besar kapasitas kalor masing-masing tegangan untuk mengetahui jenis konduktor apa yang digunakan. Setelah diperoleh hasil ketiganya, kemudian praktikan menghitung nilai rata-rata dari kapasitas kalor yang ada. Berdasarkan perhitungan yang ada, praktikan mendapatkan hasil rata-rata kapasitas kalor sebesar 0,41 J/ mol 0 C. Untuk kalor jenis, praktikan memperoleh hasil 202,048 J/kg 0 C. Nilai tersebut mendekati nilai kalor jenis pada perak dengan kesalahan literatur sebesar 14,39 %. Ketidakakuratan ini terjadi karena praktikan tidak memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di web camera saat mengambil data kedua. Seharusnya praktikan menunggu hingga temperatur kawat mendekati temperatur awal saat diberikan tegangan berupa V0 dari alat yang ditampilkan pada percobaan R-lab. Akibatnya, ketika memberi tegangan yang berbeda, sisa dari tegangan awal mempengaruhi nilai temperatur. Selain karena adanya masalah teknis, ketidakakuratan data tersebut terjadi akibat nilai kalor yang kecil, tetapi memiliki nilai konduktivitas yang tinggi. Dengan adanya nilai konduktivitas yang tinggi dapat menaikkan suhu dengan energi yang kecil. Sedangkan untuk benda yang memiliki kalor jenis besar, otomatis benda tersebut membutuhkan energi yang besar untuk menaikkan suhunya. Sehingga, benda yang kalor jenisnya tinggi, berarti konduktivitasnya rendah. VIII. Kesimpulan Setelah dilakukan pengamatan terhadap percobaan yang ada, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Kenaikkan suhu kawat konduktor bergantung pada seberapa besar tegangan yang diberikan serta lama arus listrik yang dialirkan. 2. Energi listrik dapat diubah menjadi energi kalor. 3. Nilai kapasitas kalor suatu konduktor dapat dihitung dengan mengalikan besaran tegangan, kuat arus listrik, dan selisih waktu. Hasil tersebut kemudian kita bagi dengan selisih temperatur awal dan akhir. Calori Work ( KR02 ) Page 13
4. Nilai kalor jenis suatu konduktor dapat dihitung dengan mengalikan besaran tegangan, kuat arus listrik dan selisih waktu. Hasil tersebut kemudian kita bagi dengan hasil kali dari massa konduktor dengan selisih temperatur awal dan akhir. 5. Konduktor yang memiliki kapasitas kalor kecil, biasanya memiliki konduktivitas yang tinggi. Berarti kapasitas kalor berbanding terbalik dengan konduktivitas suatu konduktor. 6. Pada percobaan ini konduktor yang digunakan ialah perak dengan kesalahan literatur sebesar 14,39 %. Kesalahan tersebut dikarenakan pada saat percobaan dilakukan, terjadi kesalahan teknis yang mengganggu proses pengamatan dan pengolahan data. IX. Referensi Giancoli, D.C. (2000) Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition. Prentice Hall, NJ. Halliday, Resnick, Walker. (2005). Fundamentals of Physics, 7th Edition. Extended Edition John Wiley & Sons, Inc., NJ. Tipler, P.A. (1998). Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1(Terjemahan). Jakarta : Erlangga. Calori Work ( KR02 ) Page 14