I. TUJUAN I. TUJUAN
Menentukan nilai
Menentukan nilai F F pada setiap penambahan pada setiap penambahan volume.volume.
Menentukan faktor yang mempengaruhi panjang renggangan karet gelang. Menentukan faktor yang mempengaruhi panjang renggangan karet gelang. Menentukan faktor yang mempengaruhi sifat regangan karet gelang.
Menentukan faktor yang mempengaruhi sifat regangan karet gelang.
II. PENDAHULUAN II. PENDAHULUAN
Karet adalah polimer alam. Karet yang tervulkanisasi mempunyai sifat elastic Karet adalah polimer alam. Karet yang tervulkanisasi mempunyai sifat elastic yang baik. Karet gelang dapat diregangkan oleh gaya tertentu, tetapi akan mencapai yang baik. Karet gelang dapat diregangkan oleh gaya tertentu, tetapi akan mencapai panjang
panjang awal awal kembali kembali kalau kalau gaya gaya tidak tidak bekerja bekerja lagi. lagi. Ini Ini disebabkab disebabkab adanya adanya ikatanikatan silang yang berada di antara polimer-polimer. Kalau tidak ada gaya yang dikerjakan, silang yang berada di antara polimer-polimer. Kalau tidak ada gaya yang dikerjakan, bentuk
bentuk dari dari molekul molekul polimer polimer menjadi menjadi lebih lebih teratur teratur atau atau entropi entropi dari dari karet karet berkurang.berkurang. Karena itu, sifat elastisitas dari karet tergantung dari suhu dan dapat dianalisa secara Karena itu, sifat elastisitas dari karet tergantung dari suhu dan dapat dianalisa secara termodinamis.
termodinamis.
Gb. 1. Alat ukur regangan karet Gb. 1. Alat ukur regangan karet
Menurut hokum pertama untuk proses diferensial : Menurut hokum pertama untuk proses diferensial :
δU = δQ + δW δU = δQ + δW = TdS.PdV + Fdl = TdS.PdV + Fdl Dimana : Dimana : F
F = gaya = gaya regangregang l
Pada proses regangan dalam praktek, volume boleh dianggap tetap (mengapa?), ini berarti dV = 0. Karena itu untuk regangan pada suhu tetap berlaku :
F=
δU
δ
l
δS
δ
l
……….(1)Suku-suku pada ruas kanan sukar diukur langsung, tetapi dengan menggunakan hubungan Maxwell untuk regangan karet menjadi :
δS
δ
l
=
δF
δ
T
………..…(2)(1) dapat ditulis sebagai : F=
δU
δ
l
δF
δ
T
……….(3)F dan
δF
δ
T
dapat diukur, dari ini
δU
δ
l
δS
δ
l
dapat dihitung.Kalau suhu naik, keadaan dakil zat akan cenderung lebih acak. Karena itu dapat diduga bahwa F yang diperlukan untuk perpanjangan tertentu akan menjadi lebih besar pula.Dengan menggunakan statistik, nilai entropi dapat dihitung sebagai fungsi regangan untuk karet gelang yang dibuat dari zat polimer yang terdiri dari kumparam acak. Dari ini dapat diturunkan bahwa untuk regangan terbatas Hukum Hooke berlaku dan betul bahwa:
F=kΔl, dengan k= pT (p=tetapan)………..….(4) Atau
F = kl + c ………(5a) = pTl + c ………..(5b)
Menurut model ini, F berbanding lurus dengan T untuk regangan tertentu. Dengan pengukuran F pada beberapa variasi suhu, dapat ditentukan sejauh mana model kumparan acak dapat digunakan untuk karet yang tervulkanisasi
III. BAHAN DAN METODA Bahan :
- Kaleng - Neraca
- Kawat pengait - Karet Gelang - Termometer - Termostat - Sumbat karet - Batang kaca - Statif - Penggaris - Air Metoda
1) Dirangkai alat seperti pada gambar
2) Ditimbang kaleng, dicatat juga suhu ruangan (diukur F sebgai fungsi l pada suhu laboratorium)
3) Diperiksa regangan maksimal yang dapat digunakan pada peralatan.
4) Ditentukan berapa volume air yang harus dimasukkan dalam kaleng untuk mencapai regangan maksimum.
5) Dibagi volume air menjadi lima untuk mengukur l sebagai fungsi F ( ada 6 kali pengukuran dengan volume yang berbeda )
6) Ditunggu sampai kesetimbangan tercapai pada setiap pengukurandicatat l , F ,dan T
7) Dibuat 4 seri pengukuran, pertama dari regangan maksimal ke regangan minimal dan yang kedua sebaliknya
8) Diulang kedua seri pengukuran, dengan dibalik urutannya. (volume air yang digunakan untuk setiap seri pengukuran diusahakan selalu sama sehingga memudahkan perhitungan)
9) Dibuat 4 seri pengukuran seperti langkah sebelumnya untuk T2 dengan mengalirkan air panas kedalam thermostat.
10) Ditunggu sampai kesetimbangan termal tercapai pada setiap pengukuran l, F dan T (T2) dicatat.
11) Diusahakan volume air yang digunakan selalu sama sehingga memudahkan perhitungan
IV. HASIL
Massa kaleng = 60,49 gram Suhu ruang = 20˚C a. Pengukuran pada T1= 20˚C Minimal-Maksimal V air (ml) 20 40 60 80 100 120 L1 (cm) 9,3 9,8 10,2 10,5 10,9 11,1 L2 (cm) 9,5 9,8 10,2 10,6 10,9 11,1 Rata-rata 9,4 9,8 10,2 10,55 10,9 11,1 Maksimal-Minimal V air (ml) 120 100 80 60 40 20 L1 (cm) 11,7 11,2 10,8 10,4 10,2 9,8 L2 (cm) 11,8 11,4 10,8 10,4 10,1 9,8 Rata-rata 11,75 11,3 10,8 10,4 10,15 9,8 b. Pengukuran pada T2= 54˚C Minimal-Maksimal
V air (ml) 20 40 60 80 100 120 L1 (cm) 9,8 10,1 10,3 10,7 11,1 11,6 L2 (cm) 9,8 10,1 10,4 10,7 11,2 11,8 Rata-rata 9,8 10,1 10,35 10,7 11,15 11,7 Maksimal-Minimal V air (ml) 120 100 80 60 40 20 L1 (cm) 11,7 11,4 11,3 10,9 10,5 9,8 L2 (cm) 11,7 11,5 11,1 10,9 10,4 9,8 Rata-rata 11,7 11,45 11,2 10,9 11,45 9,8 V. JAWAB PERTANYAAN
1. Nilai rata-rata untuk hasil percobaan : a.1 Nilai rata-rata 1
Pengukuran pada T1= 20˚C Minimal-Maksimal V air (ml) 20 40 60 80 100 120 L1 (cm) 9,3 9,8 10,2 10,5 10,9 11,1 L2 (cm) 9,5 9,8 10,2 10,6 10,9 11,1 Rata-rata 9,4 9,8 10,2 10,55 10,9 11,1 Maksimal-Minimal V air (ml) 120 100 80 60 40 20 L1 (cm) 11,7 11,2 10,8 10,4 10,2 9,8 L2 (cm) 11,8 11,4 10,8 10,4 10,1 9,8 Rata-rata 11,75 11,3 10,8 10,4 10,15 9,8
Pengukuran pada T2= 54˚C Minimal-maksimal V air (ml) 20 40 60 80 100 120 L1 (cm) 9,8 10,1 10,3 10,7 11,1 11,6 L2 (cm) 9,8 10,1 10,4 10,7 11,2 11,8 Rata-rata 9,8 10,1 10,35 10,7 11,15 11,7 Maksimal-minimal V air (ml) 120 100 80 60 40 20 L1 (cm) 11,7 11,4 11,3 10,9 10,5 9,8 L2 (cm) 11,7 11,5 11,1 10,9 10,4 9,8 Rata-rata 11,7 11,45 11,2 10,9 11,45 9,8
a.2 Ralat dalam l l = ± 0,1 cm
=
,
×100%
= 10%Notasi ralat : (1 ± 0,1) cm = (1 ± 10%) a.3. Gaya regang F
massa kaleng = 60,49 g
=
1
⁄
g = 9,8
⁄
F = [massa kaleng + (massa air x
)] x g- Volume = 20 ml
F = [60,49 g + (20 x1
⁄
)] x 10-3 x 9,8
⁄
= 0,7888 N - Volume = 40 ml- Volume = 60 ml F = [60,49 g + (60 x 1
⁄
)] x 10-3 x 9,8
⁄
= 1,1808 N - Volume = 80 ml F = [60,49 g + (80 x1
⁄
)] x 10-3 x 9,8
⁄
= 1,3768 N - Volume = 100 ml F = [60,49 g + (100x1
⁄
)] x 10-3 x 9,8
⁄
= 1,5728 N - Volume = 120 ml F = [60,49 g + (120 x1
⁄
)] x 10-3 x 9,8
⁄
= 1,7688 N a.4. Ralat dalam FRalat dalam F tergantung pada ralat volume =
±
1 ml Ralat F =
x 100% = 0,1%Notasi ralat F = (1
±
0,001) = 1(1±
0,1%)b. Gambarkan sebuah grafik dari F sebagai fungsi l pada masing
–
masing T1 dan T2 (termasuk persegi panjang ralat)
2. Dari grafik-grafik ini hitunglah (kalau perlu gunakan bagian grafik yang linier saj a) : a. Nilai dari k (persamaan 5a), pada T1 dan T2
9.6 9.975 10.3 10.675 11.1 11.425 9.8 10.29 10.625 10.95 11.3 11.7 0 5 10 15 0.7888 0.9848 1.1808 1.3768 1.5728 1.7688 F ( N ) l (cm)
Grafik Gabungan
Suhu 20 C Suhu 54 Ci. Pada T1= 20 °C = 293,15 K Grafik curam =
=
(,−,)×
,−,
=
,×
,
= 57,6470 N Grafik landai =
=
(,−,)×
,−,
=
,×
,
= 50,2564 N K rata-rata =,+,
= 53,9517 N ii. Pada T2 = 54 °C = 327,15 K Grafik curam =
=
(,−,)×
,−,
=
,×
,
= 51,5789 N Grafik landai =
=
(,−,)×
,−,
=
,×
,
= 51,5789 N K rata-rata =,+,
= 51,5759 Nb. Nilai dari F sebagai fungsi panjang l pada T1 (=F1) dan T2 (=F2),
persamaan (5a) i. Pada T1 = 20 °C = 293,15 K Grafik curam K T1 = 53,9517 Misal : F = 1,7688 l = 11,1 cm = 0,111 m F = k l + c ; c = F – k l = 1,7688 – (53,9517 x 0,111) = -4,2198 Grafik landai K T1= 53,9517 Misal : F = 0,7888 l = 9,8 cm = 0,098 m F = k l + c ; c = F – k l = 0,7888 – (53,9517 x 0,098) = -4,4984 ii. Pada T1 = 54 °C = 327,15 K Grafik curam K T1 = 51,5759 Misal : F = 1,7688 l = 11,7 cm = 0,117 m F = k l + c ; c = F – k l = 1,7688 – (51,5759 x 0,117) = -4,2655 Grafik landai K T1 = 51,5759
Misal : F = 0,7888
l = 9,8 cm = 0,098 m
F = k l + c ; c = F – k l = 0,7888 – (51,5759 x 0,098 = -4,2656
c. Nilai dari
=
−
−
sebagai fungsi panjang l[
]
= [
] = 51,57594,265553,9517 4,2198
327,15293,15
=
−, + ,
= (-0,0698 l + 0,2495) N/K = 0,1797 N/K 3. Hitung nilai dari
dan
pada suhu T1 !
=
= (-0,0698 l + 0,2495) N/K = 0,1797 N/K[
]
= [
]
= (53,9517 l – 4,2198) – 293,15 (0,2495 + 0,0698 l ) = 53,9517 l – 4,2198 – 73,1409 – 20,4618 l = (33,4899 l – 77,3607) 4.a. Perkirakanlah ralat dalam nilai k dan c persamaan (5a) yang ditentukan dari grafik. Beri penjelasan !
T1 = 20 °C = 293,15 K
Grafik curam : Ralat k =
,
, − ,
(, − ,).
,
x 100% = 5,98%Grafik landai : Ralat k =
,
,−,
(, − ,).
,
x 100% = 5,23%Ralat k rata-rata = 5,605%
Ralat dalam nilai c = ralat F dalam grafik =
±
0,05 N T2 = 54 °C = 327,15 KGrafik curam : Ralat k =
,
, − ,
(, − ,).
,
x 100% = 5,36%Grafik landai : Ralat k =
,
Ralat k rata-rata = 5,36%
Ralat
=
−, + ,
,
, – ,
,
×100%
= ±
0,0698 0,24950,0029%
0,001
Ralat dalam nilai c = ralat F dalam grafik =
±
0,05 NRalat nilai k pada suhu ruang (T1) lebih tinggi dibandingkan ralat k pada suhu
ruang (T2). Hal ini disebabkan oleh perbedaan suhu yang dapat mempengaruhi
ralat.
b. Gunakanlah ralat ini untuk memperkirakan ralat dari perhitungan pertanyaan 6 pada Δl = ½ Δl yang maksimal !
T1 = 20 °C = 293,15 K
[
]
= [
]
Ralat maksimum yang mungkin terjadi :
= ralat F + ralat T + ralat
= 0,1% +
,
×100%
−, + ,
,
0,0029%
= (0,1 + 0,3411 + 0,0029
,
−, + ,
)% =±
0,444
,
−, + ,
%[]
= [
]
Ralat yang mungkin terjadi = ralat
=−, + ,
,
0,0029%
T2 = 54 °C = 327,16 K
Ralat maksimum yang mungkin terjadi : = ralat F + ralat T + ralat
= 0,1% +
= (0,1 + 0,3056 + 0,0029 +
,
−, + ,
)
%=
±
0,4085 +,
−, + ,
%[]
= [
]
Ralat yang mungkin terjadi = ralat
=−, + ,
,
0,0029%
5. Dalam perhitungan dianggap bahwa nilai dari
T l U
dan T l S
tidak tergantung dari T . Rencana percobaan untuk meneliti apakah anggapan ini berlaku:Rencana percobaan :
Peralatan yang digunakan sama namun dengan perlakuan yang berbada yaitu dengan menjaga panjang karet agar sama pada setiap seri pengukuran.
Penambahan gaya F dengan penambahan/pengurangan volume air pada kaleng diganti dengan menaikkan atau menurunkkan suhu secara teratur.
Dibuat grafik F sebagai fungsi T, jika grafik linier, maka
T l S
= -l T F
tidak tergantung oleh T.
Kemudian dihitung T l U
= F – T l T F
, bila nilai yang didapat sama
maka T l U
tidak tergantung pada P.
6. a. Periksalah apakah k = a T berlaku !
=
1
2
=
53,9517
293,15
51,5759
327,15
= 0,1840
0,1576 =1,1675
Ralat yang mungkin terjadi pada nilai
=
,
,
× 100% = ± 0,64%
Ralat nyata
Tidak dapat dibuktikan bahwa k = aT berlaku walaupun penyimpangan kecil, hal ini karena a1 tidak sama dengan a2 padahal untuk persamaan k = a T maka a dianggap konstan untuk semua keadaan sehingga pada perubahan ini k = a T tidak dapat dibutikan.
b. model kumparan acak dapat digunakan pada karet dengan melihat rumus F = kl + c dimana k = At dan nilai a dianggap sama untuk setiap seri pengukuran sehingga dapat diliaht bahwa seharusnya pada persamaan suhu a1 sama dengan a2 . Namun
ternyata hasil yang terjadi antara perbandingan
menyimpang dari nilaisemestinya. Namun dari grafik yang telah ditemukan bahwa nilai F tetap berbanding lurus dengan nilai T melalui fungsi linier sehingga penyimpangan
tersebut tidak berarti dan model kumparan acak dapat digunakan pada karet. 7. Pada suhu T1 dan l = ½ l yang maksimal.
perubahan energi dalam (U) menentukan sifat regangan karet karena U dapat
terjadi pada suhu yang rendah (T1) . Sedangkan untuk S terjadi pada suhu tinggi (T2).
Maka diperoleh T l U
T l S
dimana keduanya tidak bergantung pada T karena
dianggap konstan, karena suhu disini hanya sebagai tanda saja, yakni T1 untuk suhu
awal dan T2 untuk suhu akhir. Sehingga perubahan
T l U
yang akan menentukan sifat dari regangan karet yang diuji. Jika yang terjadi pada kedua nilai tersebut adalah perubahan, maka perubahan U tetap yang menentukan sifat dari regangan karet itu
sendiri.
VI. PEMBAHASAN
Pada percobaan ini dilakukan pengukuran untuk regangan karet dengan suhu dan gaya yang berbeda beda. Pada pengukuran yang pertama dilakukan pada suhu ruangan yaitu 20
℃
. Pada pengukuran ini dilakukan dengan 2 perlakuan yaitu volume air dari minimal ke maksimal dan maksimal ke minimal. Ternyata hasil yang didapatkan dari 2 perlakuan ini berbeda walaupun tidak terlalu jauh. Secara teori hasil yang didapat seharusnya sama, namun perbedaan ini dapat dipengaruhi oleh ketelitian alat ukur yang digunakan yaitu penggaris, dan perbedaan volume air yang digunakan melalui gelas ukur.Pada pengukuran yang kedua dilakukan pada suhu 54
℃
. Pada pengukuran ini ditemui juga hasil dari perlakuan dari minimal ke maksimal dan maksimal ke minimal berbeda. Hal ini juga dipengaruhi oleh ketelitian alat ukur yaitu penggaris danketelitian pada saat memasukkan air ke dalam kaleng.
Setelah dibandingkan pengukuran pertama dengan kedua, didapati bahwa nilai regangan karet lebih besar pada saat suhu 54
℃
. Hal ini dapat terjadi dikarenakan pada percobaan ke dua suhunya lebih tinggi, walaupun beban yang sama karena suhu yang tinggi maka karet merenggang lebih panjang. Pengukuran panjang karet pada perbedaan suhu ini menunjukkan bahwa bentuk elastisitas karet dipengaruhi oleh suhu. Dimana semakin tinggi suhu maka sifat elastisitas karet akan semakin besar (Manual on PHYWE).Jika dilihat pada setiap pengukuran, semakin besar volume air yang dituang dalam kaleng akan membuat karet menjadi bertambah panjang. Hal ini terjadi karena gaya yang bekerja pada karet pun juga semakin besar pula, sehingga karet gelang yang berada di
dalam mampu meregang. .
VII.KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1) Nilai F pada setiap penambahan volume :
- Volume 20 ml - Volume 80 ml F = 0,7888 N F = 1,3768 N - Volume 40 ml - Volume 100 ml F = 0,9848 N F = 1,5728 N - Volume 60 ml - Volume 120 ml F = 1,1808 F = 1,7688 N
2) Faktor yang mempengaruhi panjang regangan karet adalah suhu dan gaya yang bekerja.
3) Faktor yang mempengaruhi sifat regangan karet adalah energi dalam (δU) dan perubahan entropi (δS).
VIII.DAFTAR PUSTAKA
Manual on PHYWE : Physics Laboratory Experiment. J erman: PHYWE Systeme GmbH & Co. KG · D-37070 Gottingen
IX. LAMPIRAN
- Tugas Awal
