Lporan KR02 - Marita Fitriyanti - 1206204576

LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Marita Fitriyanti/1206204576

Fakultas/Program Studi : Teknik/Arsitektur Interior

Group : B2

No & Nama Percobaan : KR02 & Calorie Work

Minggu Percobaan : Pekan 3

Tanggal Percobaan : 4 Oktober 2013

Nama Asisten :

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD (Unit Pelaksanan Pendidikan – Ilmu Pengetahuan Dasar)

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

KR02 – Calorie Work

I. Tujuan Praktikum

Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.

II. Peralatan

Sumber tegangan yang dapat divariasikan

Kawat konduktor ( bermassa 2 gr )

Termometer

Voltmeter dan Ampmeter

Adjustable power supply

Camcorder

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Menurut hukum kekekalan energi, “Energi tak dapat dimusnahkan atau dihilangkan, tetapi

energi hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.” Energi listrik dapat diubah

menjadi energi kalor dan juga sebaliknya. 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=V . I .t

Dimana :

W = Energi listrik ( J )

V = Tegangan listrik ( volt)

I = Arus listrik ( A )

t = waktu / lama aliran listrik ( s )

Energi kalor yang dihasilkan oleh kawat konduktor dinyatakan dalam bentuk kenaikan

temperatur. Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu zat dinyatakan dengan

persamaan :

Q=m.c .∆T

Dimana :

Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori atau joule )

m = Massa zat ( gram atau kg )

c = Kalor jenis zat ( kal/gr0C atau J/kg0C)

ΔT = Perubahan suhu ( 0C )

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.

Dibawah ini adalah tabel nilai kapasitas kalor dari beberapa benda:

Tabel 1. Nilai Cp ( Kalor Jenis) untuk beberapa benda padat

IV. Prosedur Percobaan

1. Mengaktifkan web cam (meng-klik icon video pada halaman web r-Lab).

2. Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor.

3. Menghidupkan power supply dengan meng’klik’ radio button di sebelahnya.

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 web cam, menunggu hingga

mendekati temperatur awal saat diberikan V0.

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

V. Pengolahan Data dan Evaluasi

A. Pengolahan Data

Percobaan ini dilakukan pada empat nilai tegangan yang berbeda, yaitu 0 V; 0.67 V;

1.63 V; 1.09 V. Pada setiap tegangan dilakukan 10 kali pengukuran dengan selang

waktu setiap pengukukuran 3 detik, sehingga didapatkan total data tiap tegangan

adalah 10 buah data. Suhu awal yang dimaksud adalah suhu pertama sesaat

sebelum percobaan dimulai, yaitu 24,60C sehingga setiap perubahan suhu, suhu

awalnya suhu tersebut. Sebenarnya karena keterbatasan waktu dalam mengambil

data di r-lab, maka pada saat tegangannya 1.09 V, suhu awal adalah 24,80C. Karena

hanya selisih 0.20C, maka hal ini dapat diabaikan.

Untuk membuat grafik data hasil pengamatan, persamaan yang ada di landasan teori

dihubungkan dengan persamaan garis lurus:

W = Q

V.I.t = m.c.(t2 - t1);

dengan H (Kapasitas Kalor) = m.c ; c = kalor jenis (J/goC)

Maka ∆T=V . Im .c

t

Y = a . x ±b

Persamaan di atas dapat dipandang sebagai sebuah persamaan linear y = a x b, dengan y

mengagantikan posisi ΔT,dan V . Im. c

menggantikan posisi a dan b menggantikan posisi b.

Dari persamaan di atas, didapatkan persamaan baru, yaitu:

a=V . Im. c

Maka nilai c (kalor jenis kawat) dapat diketahui setelah kita mendapatkan nilai a (gradient).

Nilai a dan b dapat didapat dengan menggunakan rumus sebagai berikut,

a=n¿¿

y = mx +b

b=(∑ xi¿¿2)¿¿¿

Dengan Kesalahan relative sebesar,

Berikut hasil data perubahan temperature terhadap waktu dengan tegangan yang

berbeda:

1.` Pada tegangan 0 (V0) terhadap waktu

Waktu I V Temp

3 23.84 0 24.6

6 23.84 0 24.6

9 23.84 0 24.6

12 23.84 0 24.6

15 23.84 0 24.6

18 23.84 0 24.6

21 23.84 0 24.6

3 6 9 12 15 18 21 24 27 3005

1015202530

Grafik Temperatur terhadap Waktu saat Vo

Vo

Waktu

Tem

pera

tur (

0C)

24 23.84 0 24.6

27 23.84 0 24.6

30 23.84 0 24.6

2. Pada tegangan 1 (V1) terhadap waktu:

3 6 9 12 15 18 21 24 27 3023.5

2424.5

2525.5

2626.5

Grafik Temperatur terhadap Waktu saat V1

V1

Waktu

Tem

pera

tur

(0C)

Waktu I V Temp

3 35.48 0.67 24.6

6 35.48 0.67 24.6

9 35.48 0.67 24.8

12 35.48 0.67 25

15 35.48 0.67 25.2

18 35.48 0.67 25.3

21 35.48 0.67 25.5

24 35.48 0.67 25.6

27 35.48 0.67 25.8

30 35.48 0.67 25.9

3. Pada tegangan 2 (V2) terhadap

waktu:

4. Pada tegangan 3 (V3) terhadap waktu:

3 6 9 12 15 18 21 24 27 3005

101520253035


V2

Waktu

Tem

pera

tur

(0C)

3 6 9 12 15 18 21 24 27 3005

101520253035


V3

Waktu

Tem

pera

tur

(0C)

Waktu I V Temp

3 52.02 1.63 24.6

6 52.02 1.63 25.1

9 52.02 1.63 26.1

12 52.02 1.63 27.1

15 52.02 1.63 28.2

18 52.02 1.63 29.1

21 52.02 1.63 30.0

24 52.02 1.63 30.8

27 52.02 1.63 31.5

30 52.02 1.63 32.1

Waktu I V Temp

3 42.55 1.09 24.8

6 42.55 1.09 25.0

9 42.55 1.09 25.4

12 42.55 1.09 25.9

15 42.55 1.09 26.4

18 42.55 1.09 26.9

21 42.55 1.09 27.3

24 42.55 1.09 27.6

27 42.55 1.09 27.9

30 42.55 1.09 28.2

Mencari Nilai Kapasitas Panas pada tiap Tegangan :

Mencari nilai Kapasitas panas ( c ) dapat dilakukan dengan menggunakan rumus

a=V . Im. c

Diawali dengan mencari nilai a terlebih dahulu. Untuk memudahkan pencarian digunakan

metode Least Square.

. Pada saat tegangan 0, nilai kapasitas panas tidak bisa ditentukan / c= 0

Suhu awal T0 = 24 ,6℃

Tabel Pengolahan data pada tegangan V1:

No. Xi Yi Xi² Yi² XiYi1 3 0.1 9 0.01 0.32 6 0.1 36 0.01 0.63 9 0.2 81 0.04 1.84 12 0.4 144 0.16 4.85 15 0.6 225 0.36 96 18 0.7 324 0.49 12.67 21 0.9 441 0.81 18.98 24 1 576 1 249 27 1.2 729 1.44 32.4

10 30 1.3 900 1.69 39∑ 165 6.5 3465 6.01 143.4

a=∑X i2∑Yi−∑Xi∑ (XiYi )

n∑X i2−(∑Xi )2

a=3465.6,5−165 .143.410.3465 .277225

a=¿-1.5333

Maka nilai kapasitansi panasnya adalah :

a=V . Im.c

c=V . Im .a

=0,67 .35,48 x10−3

2 gr .−1.5333=0,077


No. Xi Yi Xi² Yi² XiYi1 3 0.1 9 0.01 0.32 6 0.5 36 0.25 33 9 1.5 81 2.25 13.54 12 2.5 144 6.25 305 15 3.6 225 12.96 546 18 4.5 324 20.25 817 21 5.4 441 29.16 113.48 24 6.2 576 38.44 148.89 27 6.9 729 47.61 186.3

10 30 7.5 900 56.25 225∑ 165 42.2 3465 213.43 897.3


n∑X i2 . (∑ Xi)2

a=3465. 42,2−165 .897,310 .3465 .277225

a = -0.94667

Maka nilai kapasitansinya adalah

a=V . Im. c

c=V . Im .a

=1,63 .52,02x 10−3

2gr .−0,94667=0.447


No. Xi Yi Xi² Yi² XiYi1 3 0.2 9 0.04 0.62 6 0.4 36 0.16 2.43 9 0.8 81 0.64 7.24 12 1.3 144 1.69 15.65 15 1.8 225 3.24 276 18 2.3 324 5.29 41.47 21 2.7 441 7.29 56.78 24 3 576 9 729 27 3.3 729 10.89 89.1

10 30 3.6 900 12.96 108∑ 165 19.4 3465 51.2 420


n∑X i2 . (∑ Xi)2

a=3465.19.4−165 .42010 .3465 .277225

a = -0.28

a=V . Im. c

c=V . Im .a

=1,09 .42.55 x 10−3

2 gr .−0.28=0.828

Menentukan Jenis Kawat Konduktor Berdasarkan Nilai c Pada tegangan 0.67 V c1 = (0,077)

Pada tegangan 1.63 V c2 = (0 ,4 47 )

Pada tegangan 1.09 V c3 = (0 ,828)

Sehingga diperoleh kalor jenis ( c ) rata-rata adalah :

c=0 ,077+0 ,447+0 ,8283

=0 .4506 J/g ℃

Berdasarkan nilai kalor jenis yang didapat, praktikan menyimpulkan bahwa kawat konduktor yang

dipakai adalah jenis karbon karena nilai kalor jenisnya mendekati karbon (0,4506 J/g Co). Data bisa

dilihat pada table 1 pada subbab Prinsip Dasar.

VI. Analisis

a) Analisis Percobaan

Percobaan bertujuan untuk mengetahui besar dari nilai kapasitas kalor dari kawat

konduktor. Besaran ini didapatkan dengan mengkonversikan energi listrik menjadi energi

panas. Pada awal percobaan, praktikan terlebih dahulu diharuskan untuk mengaktifkan

webcam yang akan memantau nilai dari perubahan arus listrik dan temperatur. Percobaan R-

lab mengenai calori work dilakukan dengan memberikan tegangan yang berbeda pada alat

laboratorium fisika dengan mengklik tombol power supply sehingga tegangan langsung

diberikan secara otomatis, hal ini dilakukan agar diperoleh data yang bervariasi sehingga hasil

perhitungan menjadi lebih akurat.

Hubungan kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan atau

diciptakan tetapi energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Oleh karena itu,

energi listrik yang timbul setelah tegangan listrik diberikan pada kawat konduktor, akan

didisipasikan oleh kawat menjadi energi panas. Hal ini terjadi akibat adanya nilai resistansi

(hambatan) yang dimiliki oleh kawat, sehingga energi yang timbul sepenuhnya adalah energi

listrik. Energi panas ini akan mengakibatkan perubahan temperatur pada kawat konduktor.

Energi listrik dihasilkan oleh suatu catu daya pada suatu konduktor yang mempunyai resistansi,

dinyatakan dengan persamaan: 𝑾=𝑽×𝒊×𝒕di mana,

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 kenaikan

temperatur. Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat dinyatakan dengan

persamaan: 𝑸=𝒎×𝒄×(𝑻2−𝑻1)

di mana

Q = jumlah kalor yang diperlukan (kal)

m = massa zat (gram)

c = kalor jenis air (kal/gr°C)

T2 = suhu akhir zat (C)

T1 = suhu mula-mula zat (C)

Pada kenyataan dilapangan, energi panas yang muncul tidak akan sama besarnya

dengan energi listrik yang terjadi akibat aliran arus dan pemberian tegangan pada kawat

konduktor. Energi panas hanya hasil sampingan dari energi listrik atau dengan kata lain, tidak

terjadi pengkonversian keseluruhan dari energi listrik ke energi panas. Besar energi panas yang

timbul hanya akan sepersekian saja dari energi listrik.

Dari data pengamatan tersebut, dapat diperoleh beberapa hal berikut. Pada saat arus

sudah dialirkan, namun belum diberikan tegangan, kawat konduktor tidak mengalami

perubahan temperatur. Maka, nilai kapasitas kalor belum bisa dicari dari data tersebut. Ketika

tegangan mulai diberikan, baru terjadi perubahan temperatur. Hubungan antara temperatur

mutlak dan waktu, seperti juga terlihat dalam grafik T vs t yang disajikan dalam Bab Pengolahan

Data, adalah berbanding lurus. Seiring dengan kenaikan waktu, maka temperature juga akan

mengalami peningkatan. Hal ini terjadi karena seiring dengan pertambahan waktu, kalor yang

dihasilkan ke lingkungan juga akan bertambah besar, yang berpengaruh terhadap kenaikan

temperatur .

Dari data percobaan, dapat dilihat pula hubungan antara temperatur dan tegangan.

Pada pemberian tegangan sebesar 0,67 V, temperatur akhir kawat konduktor adalah 25.9 °C

(ΔT = 1.3 C°). Pada pemberian tegangan sebesar 1,63 V, temperatur akhir kawat konduktor

adalah 32.1 °C (ΔT = 7.5 C°). Pada pemberian tegangan sebesar 1,09 V, temperatur akhir kawat

konduktor adalah 28,2 °C (ΔT = 3.6 C°). Suhu mula-mula kawat konduktor adalah 24.6 °C. Hal ini

menunjukkan bahwa temperatur berbanding lurus dengan tegangan listrik. Semakin besar

tegangan listrik yang diberikan, semakin banyak energi kalor yang terdisipasikan, semakin besar

kenaikan temperatur yang dialami oleh kawat konduktor.

Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Misalnya pada

peristiwa gesekan energi mekanik berubah menjadi panas. Pada mesin uap panas diubah

menjadi energi mekanik. Demikian pula energi listrik dapat diubah menjadi panas atau

sebaliknya. Sehingga dikenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi mekanik/listrik,

secara kuantitatif hal ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-energi listrik/mekanik.

Dalam percobaan ini, arus yang mengalir dan tegangan yang diberikan tidak menjadi

energi listrik seluruhnya. Namun, menurut Hukum Kekekalan Energi, energi tidak dapat

diciptakan dan dimusnahkan, namun hanya berubah dari satu bentuk energi ke energi lainnya.

Energi yang hilang (energi disipatif) dari energi listrik menjadi energi kalor/panas. Namun, perlu

dicatat bahwa tidak mungkin pula mengkonversi energi listrik secara total menjadi energi

panas.

Energi panas yang dihasilkan mengakibatkan perubahan temperatur, yaitu menurut

hubungan 𝑸=𝒎×𝒄×Δ𝑻atau 𝑸=𝑪×Δ𝑻dengan C adalah kapasitas kalor kawat konduktor.

Dari hubungan tersebut, kita bisa mendapatkan nilai kapasitas kalor. Untuk tegangan

yang sama, nilai kapasitas kalor meningkat seiring pertambahan waktu dan temperatur. Hal ini

berlaku untuk setiap perlakuan tegangan.

Kapasitas kalor merupakan hasil massa suatu zat dengan kalor jenisnya. Dengan

diketahui kawat bermassa 2 gr dan asumsi bahwa hanya sekitar 25 % saja energi listrik yang

berubah menjadi energi panas, maka akan didapat nilai kalor jenis (c) kawat konduktor sebesar

0 ,4506 J/g ℃ yang mendekati nilai kalor jenis dari karbon (c= 0,4506 J/g°C). Namun, perlu

diperhatikan bahwa asumsi seperti ini hanya merupakan pendekatan saja dan masih

mengandung potensi kesalahan.

VII. Kesimpulan

1. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan, tetapi hanya berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.

2. Energi listrik yang dihasilkan dalam percobaan ini didisipasikan menjadi energi kalor

yang menyebabkan perubahan temperatur pada kawat konduktor.

3. Waktu (s) berbanding lurus terhadap perubahan suhu.

4. Berbagai jenis logam memiliki nilai kalor jenis yang berbeda-beda

5. Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dilepas ke sistem per perubahan temperatur.

Kapasitas kalor suatu zat merupakan hasil kali massa (m) zat dengan kalor jenisnya (c).

6. Dengan asumsi bahwa hanya 25 % energi listrik yang berubah menjadi energi

kalor/panas, maka didapat nilai kalor jenis kawat sebesar 0,1993 J/g°C yang mendekati

nilai kalor jenis kawat (c) perak (c= 0,233 J/g °C).

VIII. Referensi

Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. New York:

Prentice Hall.

Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

Tipler, Paul A. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik (ed. 5). Jakarta: Erlangga.

Documents

Lporan KR02 - Marita Fitriyanti - 1206204576