Laporan Praktikum Rlab Kr02 - Inne Puspita Sari

LAPORAN R LAB

CALORI WORK

NAMA / NPM : Inne Puspita Sari / 1406608076

FAKULTAS / PRODI : Fakultas Teknik / Teknik Kimia

GRUP & KAWAN KERJA : Grup B 11

1. Inne Puspita Sari

2. Farisa Nurizky

3. Isnania Nurlintang Aqmaria

4. Fadel Muhammad Ali

5. Indira Prianda

6. Prilly Putri Adinda

7. Octavianus Jonathan S.

NOMOR & NAMA PERCOBAAN : KR 02 Calori Work

MINGGU PERCOBAAN : Pekan 1

TANGGAL PERCOBAAN : Jumat, 27 Februari 2015

NAMA ASISTEN : Leonardo Airell Craig

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP PDD

UNIVERSITAS INDONESIA

I. TUJUAN

1. Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.

II. ALAT

1. Sumber tegangan yang dapat divariasikan

2. Kawat konduktor (bermassa 2gr)

3. Termometer

4. Voltmeter dan Ampmeter

5. Adjustable power supply

6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. TEORI

Pengertian Energi

Energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda dapat melakukan

usaha. Energi dapat hadir dalam berbagai bentuk. Lima bentuk utama energy adalah:

energi mekanik, energi kalor, energi kimia, energi elektromagnetik dan energi nuklir.

Energi dapat berubah bentuk. Misalnya pada bola lampu listrik, energi listrik diubah

menjadi energi cahaya dan energi kalor. Energi dapat timbul dari berbagai sumber yaitu

matahari, air , dan makhluk hidup. Peristiwa perubahan bentuk energy disebut konversi

energi. Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan dan

dimusnahkan. Perubahan bentuk energi, seperti yang telah disebutkan diatas disebut

konversi energi. Berikut pada percobaan ini dijelaskan tentang pengkonversian energi

dari energi listrik menjadi energi panas (kalor).

Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep

yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara sederhana, energi

merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang

tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi

cahaya tidak dapat melakukan kerja).

Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik

dalam suatu rangkaian listrik tertutup. Energi listrik adalah salah satu bentuk energi yang

yang digunakan untuk menggunakan peralatan listrik ataupun untuk menggerakkan suatu

peralatan mekanik sehingga mengubah energi menjadi bentuk energi lain. Energi listrik

juga diartikan sebagai kemampuan untuk menghasilkan usaha listrik atau kemampuan

untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain.

Kelistrikan merupakan sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.

Listrik merupakan kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton,

yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Biasanya, listrik

mengalir dalam bentuk energi listrik dengan media perantara kabel. Fenomena-fenomena

fisika banyak terjadi berasal dari listrik. Fenomena-fenomena yang terkenal adalah

seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam

aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.

Satuan tegangan listrik disebut Volt (V). Alat untuk mengukur tegangan listrik

adalah Voltmeter. Sedangkan Watt (W) adalah satuan energi listrik setiap detik. Disebut

juga dengan daya listrik. Alat untuk mengukur arus listrik adalah Amperemeter. Satuan

arus listrik disebut Ampere (A). Selain hambatan dan tegangan, energi listrik juga

melibatkan satu komponen lain, yaitu hambatan listrik. Satuan hambatan listrik disebut

Ohm () dan alat untuk mengukur hambatan listrik adalah Ohmmeter. Alat gabungan

untuk mengukur arus listrik, tegangan listrik dan hambatan listrik adalah multimeter.

Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang

mempunyai resistansi dinyatakan dengan persamaan berikut ini.

W = Q.V (1)

Keterangan:

W = Energi Listrik (Joule) V = Beda Potensial (Volt)

Q = Muatan Listrik (Coulomb)

Dari persamaan Q = I . t, persamaan W di atas menjadi

W = V.I.t (2)

Dengan menghubungkan rumus ohm, yaitu V = I . R, maka rumus energi listrik di atas

menjadi

W = I.R.I.t (3)

Satuan energi listrik lain yang umum digunakan adalah kalori di mana 1 kalori

sama dengan 0,24 Joule selain itu juga menggunakan satuan kWh (kilowatt jam).

Energi listrik dapat berubah menjadi berbagai bentuk energi lainnya. Energi listrik

menjadi energi kalor, alat yang digunakan yaitu setrika listrik, kompor listrik, microwave,

dan sebagainya. Energi listrik menjadi energi cahaya, alat yang digunakan, yaitu lampu

pijar, lampu neon, dan sebagainya. Energi listrik menjadi energi gerak, alat yang

digunakan yaitu kipas angin, penghisap debu, dan sebagainya.

Energi Kalor

Energi yang berpindah disebut energi kalor. Dengan demikian dapatlah kita

mendefinisikan kalor sebagai energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tnggi

ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan.

Kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad

kedelapan belas, istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph black pada tahun

1760 merupakan orang pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu

adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda yang diukur oleh thermometer, sedang

kalor adalah sesuatu yang mengalir dari benda panas ke benda lebih dingin untuk

menyamakan suhunya. Sekarang telah anda ketahui bahwa suhu sesungguhnya adalah

ukuran energy kinetic rata-rata partikel (berkaitan dengan gerak partikel-partikel) dlaam

suatu benda. Sedangkan dalam fisika, istilah kalor selalu menngacu pada energy yang

berpindah dari suatu benda lainnya karena perbedaan suhu. Begitu proses perpindahan

energy ini berhenti maka kalor tidak lagi memiliki arti. Jadi, kalor bukanlah jumlah

energy yang dikandung dalam suatu benda.

Kapasitas kalor

Kalor jenis merupakan cirri suatu zat, seperti halnya massa jenis. Kadang-kadang

untuk benda tertentu, seperti bejana (contoh :calorimeter), lebih memudahkan jika factor

m c dipandang sebagai satu kesatuan. Faktor ini diberi nama kapasitas kalor. Kata

kapasitas dapat memberikan pengertian menyesatkan karena kata tersebut menyatakan

banyak kalor yang dapat dimiliki oleh sebuah benda yang dalam fisika tidak memiliki

arti. Yang sebenarnya diartikan oleh kata tersebut adalah banyak energy yang harus

diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar satu derajat.

Kapasitas kalor diberi lambang C, maka :

Hubungan Energi Listrik dan Kalor

Apa yang terjadi ketika kabel penghubung dari sebuah teko listrik yang berisi air

kita hubungkan ke sumber tegangan (stop kontak)? Beberapa lama kemudian suhu air

naik karena air menerima energy kalor Q = mcT, dengan m adalah massa air, c adalah

kalor jenis air, dan T adalah kenaikan suhu. Darimana energy kalor berasal ? Tentu saja

energy kalor berasal dari energy listrik yang didisipasikan ketika arus listrik dari sumber

tegangan melalui elemen pemanas dalam teko listrik. Telah anda ketahui bahwa energy

listrik yang didisipasikan ini dirumuskan oleh

Perhatikan, yang berperan sebagai masukan untuk teko listrik adalah energy

listrik W, dan sebagi keluarannya adalah energy kalor Q, yang digunakan untuk

menaikkan suhu air. Jika di dalam soal tidak ditentukan, maka efesiensi alat (misalnya

teko listrik) diaggap seratus persen sehingga berlaku :

Output = Input

Q = W

m.c.T = P.t

m.c.T = V.I.t

m.c.T = I2.R.t

m.c.T = V2.t/R

m.c.(Ta-T)=V2.t/R

Dimana

W = energi listrik ( joule ) v = Tegangan listrik ( volt )

i = Arus listrik ( Ampere ) t = waktu / lama aliran listrik (sekon)

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)

Selain dari contoh teko di atas , kita bisa melihat dari kawat konduktor. Energi kalor

yang dihasilkan oleh kawat konduktor dinyatakan dalam untuk kenaikan temperatur.

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.

Berikut adalah tabel panas jenis dan kapasitas panas molar beberapa bahan.

Zat Kalor Jenis

(kkal/kgoC)

Kalor Jenis

(J/kgoC)

Berat

Molekul

g/mol

Kapasitas

kalor molar

(kal/moloC)

Kapasitas

kalor molar

(J/moloC)

Aluminium 0,215 900 27,0 5,82 24,4

Tembaga 0,0923 386 63,5 5,85 24,5

Karbon 0,121 507 12,0 1,46 6,11

Timbal 0,0305 128 207 6,32 26,5

Perak 0,0564 233 108 6,09 25,5

Tabel 1. Nilai-nilai Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Molar untuk beberapa benda padat (pada temperatur kamar dan

p = 1,0 atm)

IV. PROSEDUR KERJA

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, tunggulah hingga

mendekati temperatur awal saat diberikan V0 .

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

V. PENGAMATAN DATA

Percobaan Calri Work ini dilakukan sebanyak empat kali dengan tegangan yang

berbeda. Pengukuran dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk setiap masing-masing tegangan,

dengan selang waktu setiap tiga detik sehingga nantinya akan didapat sepuluh data untuk

setiap tegangan. Pada percobaan pertama, praktikan memasang tegangan V0 sebesar 0 Volt

sehingga temperatur yang didapat adalah temperatur mula-mula (T0) dan berikut adalah tabel

data pengamatannya :

Waktu I V Temp

3 23.84 0.00 21.9

6 23.84 0.00 21.9

9 23.84 0.00 21.9

12 23.84 0.00 21.9

15 23.84 0.00 21.9

18 23.84 0.00 21.9

21 23.84 0.00 21.9

24 23.84 0.00 21.9

27 23.84 0.00 21.9

30 23.84 0.00 21.9

Selanjutnya, praktikan memasang tegangan V1 sebesar 0.65 Volt sehingga

didapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :

Waktu I V Temp

3 35.13 0.65 21.9

6 35.13 0.65 22.0

9 35.13 0.65 22.1

12 35.13 0.65 22.3

15 35.13 0.65 22.5

18 35.13 0.65 22.7

21 35.13 0.65 22.8

24 35.13 0.65 22.9

27 35.13 0.65 23.1

30 35.13 0.65 23.1

Kemudian, praktikan memasang tegangan V2 sebesar 1.57 Volt sehingga

praktikan mendapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :

Waktu I V Temp

3 51.10 1.57 23.1

6 50.99 1.57 23.4

9 51.10 1.57 24.3

12 51.10 1.57 25.2

15 51.10 1.57 26.1

18 51.10 1.57 26.9

21 51.10 1.57 27.6

24 51.10 1.57 28.3

27 51.10 1.57 28.9

30 51.10 1.57 29.4

Tahap terakhir, praktikan memasang tegangan V3 sebesar 1.05 Volt sehingga

praktikan mendapatkan data temperatur kawat sebagai berikut :

Waktu I V Temp

3 41.98 1.05 26.1

6 41.98 1.05 26.0

9 41.98 1.05 26.2

12 41.98 1.05 26.3

15 41.98 1.05 26.6

18 41.98 1.05 26.7

21 41.98 1.05 26.9

24 42.09 1.05 27.1

27 42.09 1.05 27.2

30 41.98 1.05 27.3

V. PENGOLAHANN DATA

Pada percobaan Calori Work, energi listrik yang mengalir pada kawat akan diubah

menjadi energi kalor. Energi kalor sangat bergantung pada besar tegangan yang diberikan

pada kawat. Semakin besar tegangan yang diberikan pada kawat, maka semakin besar juga

energi kalor yang dihasilkan pada kawat. Energi kalor yang dihasilkan tersebut bertujuan

agar praktikan dapat menghitung kapasitas kalor dari kawat yang digunakan tersebut.

Energi listrik yang diterima oleh kawat kemudian berubah menjadi energi kalor :

Apabila praktikan membuat grafik hubungan perubahan suhu kawat dengan

waktu, maka didapati bahwa :

Keterangan : m = gradien

Dan untuk mencari kapasitas kalor kawat, praktikan menggunakan rumus yang

sama seperti diatas :

Keterangan : C = kapasitas kalor

VII. GRAFIK

y = -1E-15x + 21.9

21.9

0 5 10 15 20 25 30 35

Tem

pe

ratu

r (0

c)

Waktu (second)

21.8

22

22.2

22.4

22.6

22.8

23

23.2

23.4

0 5 10 15 20 25 30 35

Tem

pe

ratu

r (

0c)

Waktu (second)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35

Tem

pe

ratu

r (

0c)

Waktu (second)

Pada percobaan ini, terjadi perubahan bentuk energi, yaitu dari energi listrik

menjadi energi kalor. Untuk mencari nilai c pada tegangan V1, V2, dan V3, kita dapat

menggabungkan persamaan antara W dan Q sehingga kita dapat memperoleh persamaan

berikut:

W = Q

V I t = m c

T =

Dari persamaan diatas, kita dapat menggunakan metode least square dengan T

sebagai y, t sebagai x, dan

sebagai b. Berikut adalah penghitungan nilai c untuk

tegangan V1:

i Xi Yi Xi Yi XiYi

1 3 21.9 9 479.61 65.7

2 6 22 36 484 132

3 9 22.1 81 488.41 198.9

4 12 22.3 144 497.29 267.6

25.8

26

26.2

26.4

26.6

26.8

27

27.2

27.4

27.6

0 5 10 15 20 25 30 35

Tem

pe

ratu

r (

0c)

Waktu (second

5 15 22.5 225 506.25 337.5

6 18 22.7 324 515.29 408.6

7 21 22.8 441 519.84 478.8

8 24 22.9 576 524.41 549.6

9 27 23.1 729 533.61 623.7

10 30 23.1 900 533.61 693

165 225.4 3465 5082.32 3755.4

Persamaan least square yang didapat adalah y = 0.05 X + 21.73

Nilai c pada V1 adalah sebagai berikut:

b =

0.05 =

C1 = 228.345

Berikut adalah penghitungan nilai c untuk tegangan V2:

i Xi Yi Xi Yi XiYi

1 3 23.1 9 533.61 69.3

2 6 23.4 36 547.56 140.4

3 9 24.3 81 590.49 218.7

4 12 25.2 144 635.04 302.4

5 15 26.1 225 681.21 391.5

6 18 26.9 324 723.61 484.2

7 21 27.6 441 761.76 579.6

8 24 28.3 576 800.89 679.2

9 27 28.9 729 835.21 780.3

10 30 29.4 900 864.36 882

165 263.2 3465 6973.74 4527.6



b =

0.02 =

C2 = 830.37

Berikut adalah penghitungan nilai c untuk tegangan V3:

i Xi Yi Xi Yi XiYi

1 3 26.1 9 681.21 78.3

2 6 26 36 676 156

3 9 26.2 81 686.44 235.8

4 12 26.3 144 691.69 315.6

5 15 26.6 225 707.56 399

6 18 26.7 324 712.89 480.6

7 21 26.9 441 723.61 564.9

8 24 27.1 576 734.41 650.4

9 27 27.2 729 739.84 734.4

10 30 27.3 900 745.29 819

165 266.4 3465 7098.94 4434



b =

0.05 =

C3 = 440,79

Setelah semua nilai c didapatkan, kita dapat menghitung nilai c rata-rata. Nilai c

rata-rata adalah sebagai berikut:

C =

C =

C = 1.499,5

Dalam percobaan ini, praktikan tidak diberitahu mengenai jenis kawat apa yang

digunakan dalam percobaan. Namun, ketika praktikan mencari data mengenai kalor jenis

logam, praktikan menemukan bahwa kawat alumunium memiliki nilai c yang paling

mendekati dengan hasil perhitungan. Kalor jenis alumunium adalah sebesar 900 J/kg 0C.

Jadi, praktikan mengasumsikan bahwa kawat yang digunakan adalah kawat alumunium.

Nilai kesalahan literature pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

Kesalahan literature =

Kesalahan literature =

Kesalahan literature = 66,6 %

VII. ANALISIS

Analisis Percobaan

Pada percobaan ini, praktikan mencoba menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat

konduktor dengan menggunakan prinsip hukum kekekalan energi. Hal yang dilakukan

praktikan pertama kali adalah memberi tegangan pada kawat konduktor dengan

menyalakan power supply. Tegangan yang diberikan bervariasi, mulai dari 0 volt, 0,65

volt, 1,57 volt, dan 1,05 volt. Praktikan mengamati perubahan temperatur yang terjadi

selama 30 detik dengan pencatatan setiap 3 detik. Hal ini bertujuan agar data yang

didapat representatif. Setelah itu, diperoleh data berupa waktu, besar arus listrik, besar

tegangan listrik, dan temperatur.

Dari data yang didapatkan, dapat disimpulkan bahwa seiring berjalannya waktu

terjadi perubahan temperatur. Pada tegangan V0, tidak terjadi perubahan temperatur.

Sedangkan pada tegangan V1 dan V2, terajdi kenaikan fluktuatif temperatur seiring

berjalannya waktu dan pada tegangan V3 temperatur naik seiring berjalannya waktu.

Arus listrik cenderung konstan setiap saat.

Analisis Hasil Percobaan

Dari data yang telah didapatkan, nilai c dihitung dengan menggunakan metode

least square. Untuk mendapatkan persamaan dasar least square, pertama, kita melakukan

penyederhanaan persamaan dengan mengacu pada hukum kekekalan energi.

Energi listrik akan berubah menjadi energi kalor. Maka, dapat dikatakan bahwa.

W = Q

V I t = m c

T =

Setelah mendapatkan bentuk persamaan yang dicetak tebal, kita dapat

mendapatkan persamaan dasar least square dengang T sebagai y, t sebagai x, dan

sebagai b

Setelah dilakukan perhitungan, diperoleh nilai c sebesar 1499,5J/kg 0C. Dengan

mengasumsikan kawat yang digunakan merupakan kawat alumunium, nilai kesalahan

literatur yang diperoleh adalah sebesar 66,6%. Angka kesalahan yang diperoleh cukup

tinggi. Namun, hasil yang diperoleh masih bisa digunakan.

Analisis Grafik

Ada empat grafik yang dibuat dalam percobaan ini. Keempat grafik tersebut

menunjukan hubungan antara temperatur dan waktu pada setiap tegangan yang diberikan.

Pada grafik pertama (grafik V0), tidak terjadi perubahan antara temperatur dengan

waktu.. Pada grafik kedua, V1 dan keempat V3, terjadi fluktuatif kenaikan temperatur

seiring dengan bertambahnya waktu. Pada grafik ketiga V2 terjadi kenaikan temperature

seiring berjalannya waktu. Perubahan temperatur ( ) menjadi lebih besar seiring

dengan bertambahnya besar tegangan yang diberikan.

Analisis Kesalahan

Data yang diperoleh belum tentu 100% benar karena pada percobaan, mungkin

terjadi kesalahan-kesalahan. Kesalahan-kesalahan tersebut dapat berupa energi yang tidak

terkonversi 100% (energi terbuang dari sistem), suhu ruangan yang dapat mempengaruhi

data, ketelitian alat ukur, dsb. Oleh karena itu, praktikan melakukan penghitungan

kesalahan dengan membandingkan hasil percobaan dengan nilai literatur yang ada. Besar

angka kesalahan literatur adalah sebesar 66,6%, sebuah angka yang cukup besar namun

masih membuat hasil yang diperoleh bisa digunakan.

VIII. KESIMPULAN

1. Energi dapat berubah bentuk menjadi energi dalam bentuk lain. Namun, energi

belum tentu terkonversi sepenuhnya, melainkan dapat dilepas dari sistem menjadi energi

seperti energi bunyi, energi thermal, dsb.

2. Besar perubahan temperatur menjadi semakin besar seiring dengan bertambahnya

besar tegangan listrik yang diberikan.

3. Energi yang dibuang dari sistem dapat menyebabkan kesalahan dalam pengolahan

data.

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.

Tipler, P.A.,1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid I. Jakarta : Erlangga.

Young, Hugh D. & Roger A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Jilid I Edisi

Kesepuluh. Jakarta : Erlangga.

Documents

Laporan Praktikum Rlab Kr02 - Inne Puspita Sari