Diva Pradita - Kr02 - Kalori Work

(1)

Laporan Praktikum R-LAB

Nama

:

Diva Pradita

NPM

:

1406533131

Fakultas

Fakultas /

/ Jurusan

Jurusan

:

Teknik /

Teknik

/ Teknik

Teknik Sipil

Sipil

Kode

Kode Praktikum

Praktikum

:

KR-02

Minggu

Minggu Praktikum

Praktikum

:

Minggu

Minggu ke

ke 2

2 Tanggal

Tanggal Praktikum

Praktikum

:

07 07 November

November 2014

2014

Koordinator

Koordinator Praktikum

Praktikum :

:

I

I Nyoman

Nyoman Krisna

Krisna Adi

Adi Saputra

Saputra

KR 02

KR 02 –

– Calorie Work

Calorie Work

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan

Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

(2)

KR-02

Calor i Work

I. Tujuan

Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor II. Alat

1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan 2. Kawat konduktor (bermassa 2 gr)

3. Termometer

4. Voltmeter dan Amperemeter 5. Adjustable power supply 6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis III. Teori

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 = Vi 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 ∆T

(3)

Dimana,

Q = Jumlah kalor yang diperlukan (kalori) m = massa zat (gram)

c = kalor jenis zat (kal/gr oC) 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 perbuahan temperatur dapat bervariasi sesuai dengan tegangan yang diberikan.

Jenis-jenis Kalor

Kalor ada dua jenis, yaitu:

1. Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

2. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Hubungan Antara Energi Listrik dengan Energi Kalor

Seperti yang sudah dijelaskan di atas mengenai jumlah kalor, banyaknya kalor yang dihasilkan sama dengan banyaknya energi listrik yang digunakan, sehingga dapat dihitung dengan persamaan,

W = Q V I Δt = m c ΔT Keterangan:

I = Kuat arus listrik (A) V = Tegangan (Volt) R = Hambatan (ohm)

t = Waktu yang dibutuhkan (sekon) m = Massa (kg)

c = Kalor jenis (J/kgoC) ΔT = Perubahan Suhu (oC)

(4)

Selain Joule (J), satuan kalori (kal) juga dapat dijadikan satuan untuk menaikkan suhu.

IV. Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah halaman ini.

1. Mengktifkan Webcam (meng-klik icon video pada halaman web r-Lab) 2. Memberikan tegangan sebesar Vo kepada 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 webcam, menunggu hingga

mendekati temperatur awal saat diberikan Vo .

6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3

(5)

V. Tugas & Evaluasi

1. Berdasarkan data yang di dapat, membuat grafik yang menggambarkan hubungan antara temperatur dan waktu untuk setiap tegangan yang diberikan ke kawat konduktor.

2. Untuk tegangan V1, V2 dan V3, menghitung nilai kapasitas panas (c) dari kawat

konduktor yang digunakan.

3. Berdasarkan nilai c yang diperoleh, menentukan jenis kawat konduktor yang digunakan.

4. Memberi analisis dari hasil percobaan yang dilakukan. VI. Hasil dan Pengolahan Data

A. Data

Dari percobaan yang dilakukan melalui Remote Laboratory (rLab), didapatkan hasil data sebagai berikut,

Waktu [s] I [A] V Temperatur [OC] ΔT 3 23.84 0.00 24.6 0.0 6 23.84 0.00 24.6 0.0 9 23.84 0.00 24.6 0.0 12 23.84 0.00 24.6 0.0 15 23.84 0.00 24.6 0.0 18 23.84 0.00 24.6 0.0 21 23.84 0.00 24.6 0.0 24 23.84 0.00 24.6 0.0 27 23.84 0.00 24.6 0.0 30 23.84 0.00 24.6 0.0 Tabel 1. Data Percobaan dengan Menggunakan Tegangan Vo

(6)

Waktu [s] I [A] V Temperatur [OC] ΔT 3 35.25 0.66 24.4 0.0 6 35.25 0.66 24.6 0.2 9 35.36 0.66 24.8 0.4 12 35.25 0.66 24.9 0.5 15 35.25 0.66 25.1 0.7 18 35.25 0.66 25.3 0.9 21 35.25 0.66 25.4 1.0 24 35.25 0.66 25.5 1.1 27 35.25 0.66 25.6 1.2 30 35.25 0.66 25.8 1.4 Tabel 2. Data Percobaan dengan Menggunakan Tegangan V1

Waktu [s] I [A] V Temperatur [ C] ΔT 3 51.56 1.59 25.4 0.0 6 51.56 1.59 25.8 0.4 9 51.56 1.59 26.7 1.3 12 51.56 1.59 27.6 2.2 15 51.45 1.60 28.6 3.2 18 51.56 1.59 29.5 4.1 21 51.56 1.59 30.3 4.9 24 51.45 1.60 30.9 5.5 27 51.45 1.60 31.6 6.2 30 51.45 1.60 32.1 6.7 Tabel 3. Data Percobaan dengan Menggunakan Tegangan V2

Waktu [s] I [A] V Temperatur [ C] ΔT 3 42.32 1.07 30.3 0.0 6 42.32 1.07 30.0 0.3 9 42.32 1.07 30.0 0.3 12 42.32 1.07 30.1 0.2 15 42.32 1.07 30.2 0.1 18 42.32 1.07 30.3 0.0 21 42.32 1.07 30.4 0.1 24 42.32 1.07 30.5 0.2 27 42.32 1.07 30.6 0.3 30 42.32 1.07 30.7 0.4 Tabel 4. Data Percobaan dengan Menggunakan Tegangan V3

(7)

Tegangan Vrata-rata

Vo 0

V1 0.66

V2 1.59

V3 1.07

Tabel 5. Nilai Tiap Tegangan yang Diberikan ke Kawat Konduktor

B. Grafik yang Menggambarkan Hubungan Antara Temperatur dan Waktu untuk setiap Tegangan yang Diberikan ke Kawat Konduktor

Berdasarkan data percobaan yang telah diambil melalui rLab diatas, praktikan dapat menentukan grafik yang menggambarkan hubungan antara temperatur dan waktu untuk setiap tegangan sebagai berikut,

Grafik 1. Grafik Hubungan Temperatur dengan Waktu saat Vo= 0 V

0 5 10 15 20 25 30 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T e m p e r a t u r [ o C ] Waktu [s] Vo

(8)

Grafik 2. Grafik Hubungan Temperatur dengan Waktu saat V1= 0.66 V

23.5 24 24.5 25 25.5 26 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T e m p e r a t u r [ o C ] Waktu [s] V1 0 5 10 15 20 25 30 35 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T e m p e r a t u r [ o C ] Waktu [s] V2

(9)

Grafik 5. Grafik Hubungan Temperatur dengan Waktu

Dari grafik 1 — 5 diatas, dapat ditentukan persamaan garis untuk temperatur terhadap waktu melalui perhitungan yang dapat didefinisikan sebagai berikut :

y = mx ± b

Nilai m dan b dapat ditemukan dengan metode least square dengan variable x merupakan waktu dan variable y merupakan temperatur.

29.6 29.8 30 30.2 30.4 30.6 30.8 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T e m p e r a t u r [ o C ] Waktu [s] V3 0 5 10 15 20 25 30 35 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 T e m p e r a t u r [ o C ] Waktu [s] VO V1 V2 V3

(10)

No Xi Yi Xi2 Yi2 XiYi 1 3 0 9 0 0 2 6 0.2 36 0.04 1.2 3 9 0.4 81 0.16 3.6 4 12 0.5 144 0.25 6 5 15 0.7 225 0.49 10.5 6 18 0.9 324 0.81 16.2 7 21 1 441 1 21 8 24 1.1 576 1.21 26.4 9 27 1.2 729 1.44 32.4 10 30 1.4 900 1.96 42 ∑ 165 7.4 3465 7.36 159.3 Tabel 6. Pengolahan data V1 (least square)



=









–

(





)(





)





2

−

₍





)2



=



10

∗

159.3

 −

(165

∗

7.4)



10

∗

3465

 −

27225



= 0.05010



=





2

_





–

(





)(









)



2

−

₍





)2



=



3465

∗

7.4

 −

(165

∗

159.3)



10

∗

3465

 −

27225



=

−

0.08667

Persamaan garis grafik 2 adalah sebagai berikut,

(11)

No Xi Yi Xi2 Yi2 XiYi 1 3 0.0 9 0 0 2 6 0.4 36 0.16 2.4 3 9 1.3 81 1.69 11.7 4 12 2.2 144 4.84 26.4 5 15 3.2 225 10.24 48 6 18 4.1 324 16.81 73.8 7 21 4.9 441 24.01 102.9 8 24 5.5 576 30.25 132 9 27 6.2 729 38.44 167.4 10 30 6.7 900 44.89 201 ∑ 165 34.5 3465 171.33 765.6 Tabel 7. Pengolahan data V2 (least square)



=









–

(





)(





)





2

−

₍





)2



=



10

∗

765.6

 −

(165

∗

34.5)



10

∗

3465

 −

27225



= 0.26444



=





2

_





–

(





)(









)



2

−

₍





)2



=



3465

∗

34.5

 −

(165

∗

765.6)



10

∗

3465

 −

27225



=

−

0.91333

(12)

No Xi Yi Xi2 Yi2 XiYi 1 3 0.0 9 0 0 2 6 0.3 36 0.09 1.8 3 9 0.3 81 0.09 2.7 4 12 0.2 144 0.04 2.4 5 15 0.1 225 0.01 1.5 6 18 0.0 324 0 0 7 21 0.1 441 0.01 2.1 8 24 0.2 576 0.04 4.8 9 27 0.3 729 0.09 8.1 10 30 0.4 900 0.16 12 ∑ 165 1.9 3465 0.53 35.4 Tabel 8. Pengolahan data V3 (least square)



=









–

(





)(





)





2

−

₍





)2



=



10

∗

35.4

 −

(165

∗

1.9)



10

∗

3465

 −

27225



= 0.00545



=





2

_





–

(





)(









)



2

−

₍





)2



=



3465

∗

1.9

 −

(165

∗

35.4)



10

∗

3465

 −

27225



= 0.1



= 0.00545



+ 0.1

C. Perhitungan Nilai Kapasitas Panas (c) dari Kawat Konduktor yang Digunakan

Setelah mendapatkan data dari rLab, praktikan dapat menentukan harga kapasitas panas melalui data-data tersebut. Hal ini bertujuan untuk mengetahui jenis kawat

konduktor yang digunakan dalam percobaan ini dengan cara sebagai berikut,

(13)



.



.

∆

=



.



.

∆



=



.



.

∆



.

∆

c pada V1 = 0.66 V





1 = 35.26 A ∆t = 30 – 3 = 27 s m = 2 gr ∆T1 = 1.4 °C



=



.



.

∆



.

∆

= 0.66

∗

35.26

∗

27 2

∗

1.4 = 224.405

 



°



c pada V2 = 1.59 V





2 = 51.51 A ∆t = 30 – 3 = 27 s m = 2 gr ∆T2 = 6.7 °C



=



.



.

∆



.

∆

= 1.59

∗

51.51

∗

27 2

∗

6.7 = 165.024

 



°



c pada V3 = 1.07 V





3 = 42.32 A ∆t = 30 – 3 = 27 s m = 2 gr ∆T3 = 0,4 °C



=



.



.

∆



.

∆

= 1.07

∗

42.32

∗

27 2

∗

0.4 = 1528.281

 



°





= 1 3



3



=1 = 224.405 + 165.024 + 1528.281 3 =



.

  



°



(14)

D. Penentuan Jenis Kawat

Berdasarkan nilai c rata-rata yang telah dapatkan, praktikan dapat menentukan jenis kawat apa yang digunakan pada percobaan ini berpacu dari tabel kalor jenis beberapa kawat konduktor di bawah ini,

Kawat Konduktor Kalor Jenis (J⁄(gr°C)) Kawat Konduktor Kalor Jenis (J⁄(gr°C)) Air 4200 Tembaga 390 Es 2500 Kuningan 380 Alkohol 2400 Perak 230 Udara 1000 Minyak tanah 220 Aluminium 900 Air Raksa 140 Kaca 670 Emas 130 Besi 460 Timbah 130 Tabel 6. Daftar harga kalor jenis macam-macam logam

Dari tabel diatas, dapat ditentukan bahwa kawat yang digunakan pada percobaan ini adalah Besi.

E. Kesalahan Literatur

ℎ 

=

 − 

 



× 100%

Kesalahan literatur yang terjadi pada c1 adalah sebagai berikut,

ℎ 

=



224.405

−

460



× 100% = 51.21%

ℎ 

=



165.024

−

460



× 100% = 64.12%

ℎ 

=



1528.281

−

460



× 100% = 232.23%

Kesalahan literatur yang terjadi pada



adalah sebagai berikut,

ℎ 

=



639.236

−

460

(15)

VII. Analisis

A. Analisis Hasil

Dari percobaan remote laboratory calori work yang memiliki tujuan menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor ini didapatkan hasil data yang berhubungan dengan beberapa variabel yaitu: waktu, kuat arus, tegangan, dan temperatur. Variabel -variabel tersebut saling berhubungan sehingga pada akhir percobaan didapatkan suatu inti percobaan yaitu menentukan kapasitas kalor dan jenis kawat yang digunakan pada percobaan. Hasil data telah menunjukkan keterkaitan antara variabel yang satu dengan

variabel yang lain melalui grafik hubungan temperatur dengan waktu.

Berdasarkan percobaan, hasil data menunjukkan bahwa dengan perubahan waktu 27 sekon, tegangan saat Vo adalah 0 volt dan memiliki kuat arus sebesar 23.84 Ampere.

Untuk V1 memiliki tegangan sebesar 0.66 volt dengan kuat arus 35.26 Ampere dan

menghasilkan perubahan suhu sebesar 1.4 oC. Pada tegangan V2 yang memiliki nilai

1.59 volt, besar kuat arus 51.51 Ampere melalui perubahan suhu 24.6 oC. Sedangkan, pada percobaan V3 tegangan rata-rata yag didapat 1.07 volt dengan kuat arus 42.32 A

melalui 0.4 oC perubahan temperatur.

Pada tegangan Vo perubahan temperatur terhadap waktu cenderung mengalami

kenaikan terus, begitu pun untuk tegangan V1 dan V2 juga mengalami kenaikan suhu/

temperatur apabila waktu semakin lama. Hubungan/keterkaitan ini dinilai sudah sesuai dengan teori yang dipelajari yaitu, apabila waktu semakin lama, dengan tegangan tertentu maka temperatur akan berbanding lurus untuk semakin tinggi pula. Teori tersebut didapat dari analisis hubungan antara energi listrik dengan energi kalor. Tetapi, terjadi ketidak sesuaian pada V3. Pada V3 terjadi penurunan suhu dari waktu 3 sekon

menuju 6 sekon. Ketidak sesuaian dengan teori ini mengindikasikan bahwa terjadi kesalahan pada pengambilan data yang menyebabkan suhu tidak naik sebagaimana mestinya.

Setelah menganalisa hasil data-data percobaan tersebut, kita gunakan kembali data-data tersebut untuk mencari nilai kalor jenis kawat konduktor yang kita gunakan agar kita dapat mengetahui kawat konduktor apa yang digunakan didalam percobaan ini. Berdasarkan hasil perhitungan dan pengolahan data, praktikan mendapatkan nilai kalor jenis kawat konduktor pada percobaan calori work ini sebesar 639.236 J/gr oC. Nilai

(16)

logam dapat ditentukan bahwa percobaan yang dilakukan praktikan ini menggunakan besi sebagai kawat konduktor.

B. Analisis Grafik

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan suatu grafik yang menunjukkan hubungan antara perubahan suhu dengan waktu. Pada tegangan Vo, perubahan temperatur terhadap waktu terus mengalami kenaikan. Kemudian untuk

tegangan V1 waktu dan perubahan suhu berbanding lurus, semakin lama waktu

perubahan suhu yang terjadi semakin besar. Untuk tegangan V2 juga mengalami

kenaikan suhu/temperatur apabila waktu semakin lama. Hubungan/keterkaitan ini dinilai sesuai dengan teori yang dipelajari yaitu, apabila waktu semakin lama, dengan tegangan tertentu maka temperatur akan berbanding lurus untuk semakin tinggi pula. Namun, terjadi ketidak sesuaian pada tegangan V3. Pada V3 terjadi penurunan suhu dari

waktu 3 sekon menuju 6 sekon. Ketidak sesuaian dengan teori ini mengindikasikan bahwa terjadi kesalahan pada pengambilan data yang menyebabkan suhu tidak naik

sebagaimana mestinya.

Teori yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu dengan waktu dari persamaan



.



.

∆

=



.



.

∆

, dimana dalam persamaan ini, kita dapat melihat bahwa perubahan waktu berbanding lurus dengan perubahan suhu, sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin bertambahnya waktu maka suhu pun akan semakin meningkat.

C. Analisis Kesalahan

Dalam suatu percobaan, kesalahan data yang melenceng dari literatur merupakan hal yang pasti terjadi. Angka-angka kesalahan pengujian harus disertakan dalam memberikan penilaian yang wajar terhadap hasil percobaan. Kesalhan literatur adalah suatu penilaian seberapa besar data hasil percobaan tersebut presisi terhdap dat literatur yang seharusnya. Kesalahan literatur pengujian menunjukkan nilai kepresisian dalam satu pengujian. Berdasarkan perhitungan, membuktikan bahwa hasil percobaan calori work melalui remote laboratory ini melenceng sebesar 38.96%. Kesalahan literatur sebesar sebesar itu dapat dikatakan relatif kecil, sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa percobaan yang dilakukan praktikan melalui rLab sudah cukup presisi dengan apa yang diharapkan. Namun, jika dianalisa kesalahan sebesar itu terjadi dikarenakan

(17)

hal teknis yang menyangkut koneksi internet, sehingga data yang didapat tidak sesuai dengan apa yang diharapkan sesuai teori.

VIII. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan Calori Work yang telah dilakukan pada rLab, didapatkan kesimpulan sebagai berikut,

1. Perhitungan nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor mendapatkan nilai sebesar 639.236 J/gr oC. Dengan nilai kapasitas kaloor sebesar itu, praktikan dapat menentukan bahwa kawat termasuk ke dalam besi.

2. Hukum kekekalan energi berlaku pada percobaan ini, karena percobaan dilakukan dalam sistem yang tertutup sehingga tidak ada energi non-konservatif yang mempengaruhinya.

3. Perubahan suhu berbanding lurus dengan perbandingan waktu. IX. Referensi

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Universitas Indonesia. 2014. Calori Work . (http://sitrampil3.ui.ac.id/kr02) diakses pada 31 Oktober 2014

Layton, J. 2010. How Caloris Work . ( wlsachievers.tripod.com/HowCalorisWork.pdf) Diakses pada 31 Oktober 2014