BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan suhu nol mutlak dengan melihat hubungan tekanan gas terhadap suhu gas berdasar Hukum Gay Lussac. Dengan menggunakan sensor suhu dan sensor tekanan dihasilkan dua grafik, yaitu grafik hubungan suhu gas terhadap waktu dan grafik tekanan gas terhadap waktu. Dari kedua grafik tersebut, dapat dihasilkan grafik tekanan gas terhadap suhu gas. Suhu merupakan variabel bebas yang dalam penelitian ini divariasikan kemudian tekanan merupakan variabel terikat yang berubah karena variasi suhu. Namun untuk memudahkan analisis maka grafik diubah ke dalam hubungan suhu gas terhadap tekanan gas. Metode yang diterapkan dalam percobaan menggunakan Hukum Gay Lussac. Metode tersebut dianalisis menggunakan persamaan untuk menghitung suhu nol mutlak. Persamaan (2.18) dan (2.27) digunakan untuk menyajikan dan membandingkan data dengan nilai yang sesuai secara teoritis.
Dalam melakukan penelitian, volume selang diperoleh dengan melakukan pengukuran volume sebanyak 5 kali kemudian diperoleh nilai rata-rata volume selang yang digunakan. Mengukur volume selang dilakukan dengan cara memasukkan air pada selang menggunakan jarum suntik plastik hingga air terisi penuh di dalam selang. Kemudian air tersebut dituangkan ke dalam gelas ukur dan diperoleh nilai volume selang tersebut.
Selang pertama merupakan penghubung antara labu erlenmeyer dengan sensor tekanan. Berikut merupakan hasil pengukuran volume selang yang digunakan :
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Volume Selang Pertama
Mencari nilai rata-rata hasil pengukuran volume selang pertama 𝑥̅ = 𝑥1+ 𝑥2+ 𝑥3+ 𝑥4+ 𝑥5
𝑛
𝑥̅ = 4,5 + 4,5 +4,5 + 4,5 + 4,5
5
𝑥̅ = 4,5 𝑚𝑙
Mencari nilai simpangan baku hasil pengukuran volume selang pertama 𝜎 = √(𝑥̅− 𝑥1)2+ (𝑥̅− 𝑥2)2+ (𝑥̅− 𝑥3)2+ (𝑥̅− 𝑥4)2+ (𝑥̅− 𝑥5)2
𝑛−1
𝜎 = √(4,5 − 4,5 )2+ (4,5 − 4,5 )2+ (4,5 − 4,5 )2+ (4,5 − 4,5 )2+ (4,5 − 4,5 )2
5−1
𝜎 = 0
Simpangan baku rata-rata hasil pengukuran volume selang pertama 𝜎𝑚 = 𝜎
√𝑛 𝜎𝑚 = 0
√5= 0
Maka hasil pengukuran volume selang pertama adalah 𝑥 = (𝑥̅ ± 𝜎𝑚 )
𝑥 = (4,5 ± 0) 𝑚𝑙 𝑥 = (5 ± 0) 𝑚𝑙
Kemudian dengan cara yang sama dilakukan pengukuran pada selang kedua, yaitu selang yang digunakan untuk menghubungkan labu erlenmeyer pertama dan labu erlenmeyer kedua. Selain itu, sensor tekanan yang digunakan yaitu Vernier Gas Pressure Sensor juga memiliki nilai volume internal sebesar 0,8 ml (Kennedy, 2005). Berikut merupakan hasil pengukuran volume selang yang digunakan :
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Volume Selang Kedua
No Volume Selang (ml)
Mencari nilai rata hasil pengukuran volume selang kedua 𝑥̅ = 𝑥1+ 𝑥2+ 𝑥3+ 𝑥4+ 𝑥5
𝑛
𝑥̅ = 4 + 4 +4 + 4 + 4
5
𝑥̅ = 4 𝑚𝑙
Mencari nilai simpangan baku hasil pengukuran volume selang kedua 𝜎 = √(𝑥̅− 𝑥1)2+ (𝑥̅− 𝑥2)2+ (𝑥̅− 𝑥3)2+ (𝑥̅− 𝑥4)2+ (𝑥̅− 𝑥5)2
𝑛−1
𝜎 = √(4 − 4 )2+ (4 − 4 )2+ (4 − 4 )2+ (4 − 4)2+ (4 − 4)2
5−1
𝜎 = 0
Simpangan baku rata-rata hasil pengukuran volume selang kedua 𝜎𝑚 = 𝜎
√𝑛 𝜎𝑚 = 0
√5= 0
Maka hasil pengukuran volume selang kedua adalah 𝑥 = (𝑥̅ ± 𝜎𝑚 )
𝑥 = (4 ± 0) 𝑚𝑙
Berikut merupakan hasil pengukuran volume labu erlenmeyer yang pada percobaan menggunakan satu labu erlenmeyer:
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Volume Labu Erlenmeyer
No Volume labu (ml)
Mencari nilai rata hasil pengukuran volume labu erlenmeyer 𝑥̅ = 𝑥1+ 𝑥2+ 𝑥3+ 𝑥4+ 𝑥5
𝑛
𝑥̅ = 162 + 163 +163 + 163 + 162
5
𝑥̅ = 162,6 𝑚𝑙
Mencari nilai simpangan baku hasil pengukuran volume labu erlenmeyer 𝜎 = √(𝑥̅− 𝑥1)2+ (𝑥̅− 𝑥2)2+ (𝑥̅− 𝑥3)2+ (𝑥̅− 𝑥4)2+ (𝑥̅− 𝑥5)2
Simpangan baku rata-rata hasil pengukuran volume labu erlenmeyer 𝜎𝑚 = 𝜎
√𝑛
𝜎𝑚 = 0,5477225575
√5 = 0,2449489743
Maka hasil pengukuran volume labu erlenmeyer adalah 𝑥 = (𝑥̅ ± 𝜎𝑚 )
𝑥 = (162,6 ± 0,2) 𝑚𝑙 𝑥 = (163 ± 0) 𝑚𝑙
Berikut merupakan hasil pengukuran volume labu erlenmeyer yang pada percobaan menggunakan dua labu erlenmeyer:
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Volume Labu Erlenmeyer Pertama
No Volume labu (ml)
Mencari nilai rata hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer pertama 𝑥̅ = 𝑥1+ 𝑥2+ 𝑥3+ 𝑥4+ 𝑥5
𝑛
𝑥̅ = 166 + 165 +165 + 165 + 165
5
𝑥̅ = 165,2 𝑚𝑙
Mencari nilai simpangan baku hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer pertama
𝜎 = √(𝑥̅− 𝑥1)2+ (𝑥̅− 𝑥2)2+ (𝑥̅− 𝑥3)2+ (𝑥̅− 𝑥4)2+ (𝑥̅− 𝑥5)2
𝑛−1
𝜎 =
√(165,2 − 166 )2+ (165,2 − 165 )2+ (165,2 − 165 )2+ (165,2 − 165 )2+ (165,2 − 165 )2
5−1
𝜎 = √0,2
𝜎 = 0,4472135955
Simpangan baku rata-rata hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer pertama
𝜎𝑚 = 𝜎
√𝑛
𝜎𝑚 = 0,4472135955
√5 = 0,2
Maka hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer pertama adalah 𝑥 = (𝑥̅ ± 𝜎𝑚 )
𝑥 = (165,2 ± 0,2) 𝑚𝑙 𝑥 = (163 ± 0) 𝑚𝑙
Berikut merupakan hasil pengukuran volume labu erlenmeyer yang pada percobaan menggunakan dua labu erlenmeyer:
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Volume Labu Erlenmeyer Kedua
No Volume labu (ml)
Mencari nilai rata hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer kedua 𝑥̅ = 𝑥1+ 𝑥2+ 𝑥3+ 𝑥4+ 𝑥5
𝑛
𝑥̅ = 160 + 162 +160 + 160 + 162
5
𝑥̅ = 160,8 𝑚𝑙
Mencari nilai simpangan baku hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer kedua
𝜎 = √(𝑥̅− 𝑥1)2+ (𝑥̅− 𝑥2)2+ (𝑥̅− 𝑥3)2+ (𝑥̅− 𝑥4)2+ (𝑥̅− 𝑥5)2
𝑛−1
𝜎 =
√(160,8 − 160 )2+ (160,8 − 162 )2+ (160,8 − 160 )2+ (160,8 − 160 )2+ (160,8 − 162 )2
5−1
𝜎 = √1,2
𝜎 = 1,095445115
Simpangan baku rata-rata hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer kedua 𝜎𝑚 = 𝜎
√𝑛
𝜎𝑚 = 1,095445115
√5 = 0,4898979486
Maka hasil pengukuran volume labu Erlenmeyer kedua adalah 𝑥 = (𝑥̅ ± 𝜎𝑚 )
𝑥 = (160,8 ± 0,5) 𝑚𝑙 𝑥 = (161 ± 1) 𝑚𝑙
4.1.1 Suhu Nol Mutlak Menggunakan Satu Labu Erlenmeyer
Berikut merupakan data-data yang diukur selama percobaan adalah sebagai berikut.
Suhu Ruangan : 27,5 °C
Volume Labu Erlenmeyer : 162,6 ml Volume Selang Pertama : 4,5 ml Volume Internal Sensor Tekanan : 0,8 ml
Pada bagian lampiran, terlampir data dalam bentuk tabel yaitu pada Tabel 1.
Hubungan Suhu Gas terhadap Tekanan Gas. Maka diperoleh grafik sebagai berikut.
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Suhu Gas Terhadap Tekanan Gas Satu Labu Erlenmeyer
Dengan menggunakan persamaan (2.18), suhu nol mutlak dapat dihitung sebagai berikut.
𝑇𝑐 = 𝑃
(𝑛𝑅 𝑉𝑇)− 𝐾
Pada persamaan (2.18), nilai 𝑉𝑇 merupakan jumlah keseluruhan nilai volume yaitu penjumlahan dari volume labu erlenmeyer, volume selang, dan volume internal sensor tekanan
Diketahui :
𝑉𝑇 = 162,6 ml + 4,5 ml + 0,8 ml = 167,9 ml = 0,001679 m3 𝑅 = 8,314 J/(mol · K) = 8,314 m3 · Pa/(mol · K)
dengan memasukkan persamaan pada LoggerPro diperoleh nilai jumlah mol (𝑛) dan suhu nol mutlak (𝐾).
𝑛 = (0,05870 ± 0,0002332) mol = (587,0 ± 0,2332) 10-4 mol
= (587 ± 0,2) 10-4 mol 𝐾 = (- 322,1 ± 1,469) °C = (- 322 ± 2) °C
Dengan menggunakan persamaan (2.27), suhu nol mutlak dapat dihitung sebagai berikut.
Pada persamaan (2.27), nilai volume labu erlenmeyer sebagai volume pertama (𝑉1), sedangkan volume selang ditambah dengan volume internal sensor tekanan sebagai volume kedua (𝑉2)yang totalnya bernilai 5,3 ml.
Diketahui :
𝑉1= 162,6 ml = 0,001626 m3 𝑉2= 4,5 ml + 0,8 ml = 5,3 ml
𝑅 = 8,314 J/(mol · K) = 8,314 m3 · Pa/(mol · K)
dengan memasukkan persamaan pada LoggerPro diperoleh nilai jumlah mol (𝑛) dan suhu nol mutlak (𝐾).
4.1.2 Suhu Nol Mutlak Menggunakan Dua Labu Erlenmeyer
Berikut merupakan data-data yang diukur selama percobaan adalah sebagai berikut.
Suhu Ruangan : 28 °C
Volume Labu Erlenmeyer Pertama : 165,2 ml Volume Labu Erlenmeyer Kedua : 160,8 ml Volume Selang Pertama : 4,5 ml Volume Selang Kedua : 4 ml
Volume Internal Sensor Tekanan : 0,8 ml
Pada bagian lampiran, terlampir data dalam bentuk tabel yaitu pada Tabel 2.
Hubungan Suhu Gas terhadap Tekanan Gas. Maka diperoleh grafik sebagai berikut.
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Suhu Gas Terhadap Tekanan Gas Dua Labu Erlenmeyer
Dengan menggunakan persamaan (2.18), suhu nol mutlak dapat dihitung sebagai berikut.
𝑇𝑐 = 𝑃
(𝑛𝑅
𝑉𝑇)− 𝐾
Pada persamaan (2.18), nilai 𝑉𝑇 merupakan jumlah keseluruhan nilai volume yaitu penjumlahan dari volume labu erlenmeyer pertama, volume labu erlenmeyer kedua, volume selang pertama, volume selang kedua dan volume internal sensor tekanan.
Diketahui :
𝑉𝑇 = 165,2 +160,8 + 4,5 + 4 + 0,8 = 335,3 ml = 0,003353 m3 𝑅 = 8,314 J/(mol · K) = 8,314 m3 · Pa/(mol · K)
dengan memasukkan persamaan pada LoggerPro diperoleh nilai jumlah mol (𝑛) dan suhu nol mutlak (𝐾).
𝑛 = (0,03746 ± 0,0004020) mol
= (37,46 ± 0,402) 10-3 mol
= (37 ± 0,4) 10-3 mol 𝐾 = (- 1069 ± 11,81) °C
= (- 1069 ± 12) °C
Dengan menggunakan persamaan (2.27), suhu nol mutlak dapat dihitung sebagai berikut. tekanan sebagai volume kedua (𝑉2).
Diketahui :
𝑉1 = 165,2 ml = 0,001652 m3
𝑉2 = 160,8 + 4,5 + 4 + 0,8 = 170,1 ml
𝑅 = 8,314 J/(mol · K) = 8,314 m3 · Pa/(mol · K)
dengan memasukkan persamaan pada LoggerPro diperoleh nilai jumlah mol (𝑛) dan suhu nol mutlak (𝐾).
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diperoleh nilai suhu nol mutlak yang ditunjukkan pada Tabel 4.6 Suhu, Volume, Suhu Nol Mutlak Pecobaan Hukum Gay Lussac sebagai berikut.
Tabel 4.6 Suhu, Volume, Suhu Nol Mutlak Pecobaan Hukum Gay Lussac
Penelitian pengukuran suhu nol mutlak berdasar Hukum Gay Lussac bertujuan untuk melihat hubungan tekanan gas dan suhu gas pada Hukum Gay Lussac. Hukum Gay Lussac menyatakan hubungan tekanan dan suhu gas pada volume konstan. Bila volume gas pada sistem tertutup dibuat konstan, maka tekanan berbanding lurus dengan suhu gas. Artinya, ketika suhu semakin tinggi maka tekanan semakin besar begitu juga sebaliknya.
Prinsip inilah yang mendasari penelitian ini. Melalui percobaan ini, mengamati perubahan tekanan dilakukan dengan memvariasikan suhunya.
Persamaan untuk menghitung suhu nol mutlak adalah persamaan (2.18) dan persamaan (2.27) dari Hukum Gay Lussac. Pada bagian dasar teori telah dijelaskan cara memperoleh kedua persamaan yang digunakan. Persamaan (2.18) dan persamaan (2.27) tersebut digunakan untuk menyajikan dan membandingkan data dengan nilai yang sesuai dengan teori. Secara teori dinyatakan dalam derajat Kelvin, suhu nol mutlak bernilai -273,15 °C sama dengan dengan 0 K. Dalam percobaan ini diperoleh grafik hubungan suhu gas terhadap waktu dan grafik tekanan gas terhadap waktu. Dari kedua grafik tersebut, dapat diperoleh grafik suhu gas terhadap tekanan gas. Dari grafik ini, nilai suhu nol mutlak dapat dihitung menggunakan persamaan (2.18) dan persamaan (2.27) pada dasar teori. Hal ini dilakukan untuk