Laporan Praktikum KR 02

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
y = 0.281x + 20.053
Waktu (s)
Temperatur (°C)

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
y = 0.0539x + 20.62
Waktu (S)
Temperatur (°C)

LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA DASAR

NAMA : MUHAMAD RYAN DWI PRAMONO
NPM : 1306407571
FAKULTAS/PROGRAM STUDI : TEKNIK/PERKAPALAN
NAMA - NOMOR PRAKTIKUM : CALORIE WORK – KR02
MINGGU PRAKTIKUM : PEKAN KE-4
TANGGAL PRAKTIKUM : 20 MARET 2014









LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP-IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
CALORIE WORK
Tujuan Praktikum
Menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor.
Alat
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

Landasan Teori
Kalor dapat didefinisikan sebagai energi yang mengalir dari bendayang bersuhu lebih panas ke benda yang bersuhu lebih dingin ketika kedua benda bersentuhan satu sama lain hingga tercapainya keseimbangan termal (suhu yang sama). Kalor bukanlah suatu zat karena suatu zat pasti memiliki massa yang dapat diukur. Sedangkan kalor merupakan energi yang mengalir karena perbedaan suhu. Ketika suhu sebuah benda tinggi maka kalor yang dikandung pun tinggi, dan begitu pula sebaliknya.
Besar kecilnya kalor yangdibutuhkan suatu zat ditentukan oleh 3 faktor yaitu massa zat, jenis zat (kalor jenis), dan perubahan suhu yang dapat dituliskan dalam rumus berikut:
Q = m.c.(T2 - T1)Q = m.c.(T2 - T1)
Q = m.c.(T2 - T1)
Q = m.c.(T2 - T1)
Keterangan:
Q= Jumlah kalor yang diperlukan (joule)
m= massa zat ( kg )
c= kalor jenis zat ( J/kgºK)
T2= suhu akhir zat (ºK)
T1= suhu mula-mula (ºK)

Hukum kekekalan energi untuk kalor memenuhi asas Black. Pada percampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas oleh zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyak kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah. Pengertian ini dapat dituliskan secara matematis dengan:
Qlepas = QterimaQlepas = Qterima
Qlepas = Qterima

Qlepas = Qterima


Dalam hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada percobaan kali ini, energi yang berubah adalah energi listrik menjadi energi panas (kalor). Sesuai dengan hukum kekekalan energi, energi kalor bisa diubah menjadi energi listrik ataupun sebaliknya, yang dapat dirumuskan sebagai berikut:
W = QW = Q
W = Q
W = Q

W = V. I. tW = V. I. tDengan:
W = V. I. t
W = V. I. t


W = energi listrik (joule)
V = tegangan listrik (volt)
I = arus listrik (ampere)
t = waktu (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 (Ta - T)Q = m.c (Ta - T)
Q = m.c (Ta - T)
Q = m.c (Ta - T)

Q = Jumlah kalor yang diperlukan ( kalori )
m = massa zat ( gram )
c = kalor jenis zat ( kal/grºC)
Ta = suhu akhir zat (ºK)
T= suhu mula-mula (ºK)

Sebuah kawat dililitkan pada sebuah sensor temperatur. Kawat tersebut akan dialiri arus listrik sehingga mendisipasikan energi kalor. Perubahan temperatur yang terjadiakan diamati oleh sensor kemudian dicatat oleh sistem instrumentasi. Tegangan yang diberikan ke kawat dapat diubah sehingga perubahan temperatur dapat bervariasi sesuai dengan tegangan yang diberikan.


Cara Kerja
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan melakukan prosedur sebagai berikut:
Melakukan log in terlebih dahulu pada halaman e-Laboratory menggunakan username dan password pribadi.
Meng-klik link percobaan KR-02 pada my courses.
Menuju halaman rLab yang alamatnya tertera di bagian bawah halaman modul percobaan: http://sitrampil3.ui.ac.id/kr02
Mengaktifkan Webcam dengan meng-klik ikon video pada halaman rLab.
Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor dengan meng-klik pilihan drop down pada ikon 'atur supply tegangan'





Menghidupkan Power supply dengan meng-klik radio button disebelahnya
Mengambil data perubahan temperatur, tegangan dan arus listrik pada kawat konduktor tiap 1 detik selama 10 detik dengan meng-klik ikon "ukur"



Memperhatikan temperatur kawat yang terlihat di web cam hingga mendekati temperatur awal saat diberikan V0.
Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3.










Susunan sistem Calorie Work



Tugas & Evaluasi
Berdasarkan data yang di dapat , Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan antara temperatur dan waktu untuk setiap tegangan yang diberikan ke kawat konduktor.
Untuk tegangan V1 , V2 dan V3 , hitunglah nilai kapasitas panas ( c ) dari kawat konduktor yang digunakan.
Berdasarkan nilai c yang saudara peroleh, tentukan jenis kawat konduktor yang digunakan.
Berilah analisis dari hasil percobaan ini.







Hasil dan Evaluasi
Data Pengamatan
Pada V0
Waktu (s)
I(Ampere)
V(Volt)
Temp (°C)
3
23.84
0.00
20.6
6
23.84
0.00
20.6
9
23.84
0.00
20.6
12
23.84
0.00
20.7
15
23.84
0.00
20.7
18
23.84
0.00
20.7
21
23.84
0.00
20.7
24
23.84
0.00
20.7
27
23.84
0.00
20.8
30
23.84
0.00
20.8

Pada V1
Waktu (s)
I(Ampere)
V(Volt)
Temp (°C)
3
35.36
0.66
20.8
6
35.36
0.66
20.9
9
35.36
0.66
21.1
12
35.36
0.66
21.3
15
35.36
0.66
21.4
18
35.36
0.66
21.6
21
35.36
0.66
21.8
24
35.36
0.66
21.9
27
35.36
0.66
22.1
30
35.36
0.66
22.2

Pada V2
Waktu (s)
I(Ampere)
V(Volt)
Temp (°C)
3
51.45
1.59
21.1
6
51.56
1.59
21.4
9
51.56
1.59
22.4
12
51.56
1.59
23.4
15
51.56
1.59
24.4
18
51.56
1.59
25.3
21
51.56
1.59
26.2
24
51.56
1.59
26.9
27
51.56
1.59
27.6
30
51.56
1.59
28.2

Pada V3
Waktu (s)
I(Ampere)
V(Volt)
Temp (°C)
3
42.32
1.07
23.3
6
42.32
1.07
23.3
9
42.32
1.07
23.5
12
42.32
1.07
23.9
15
42.32
1.07
24.2
18
42.32
1.07
24.6
21
42.32
1.07
24.9
24
42.32
1.07
25.1
27
42.32
1.07
25.3
30
42.32
1.07
25.5















Pengolahan Data
Grafik Hubungan Antara Temperatur dan Waktu
Pada V0
Waktu (s)
Temp (°C)
3
20.6
6
20.6
9
20.6
12
20.7
15
20.7
18
20.7
21
20.7
24
20.7
27
20.8
30
20.8




Pada V1
Waktu (s)
Temp (°C)
3
20.8
6
20.9
9
21.1
12
21.3
15
21.4
18
21.6
21
21.8
24
21.9
27
22.1
30
22.2


Pada V2
Waktu (s)
Temp (°C)
3
21.1
6
21.4
9
22.4
12
23.4
15
24.4
18
25.3
21
26.2
24
26.9
27
27.6
30
28.2




Pada V3
Waktu (s)
Temp (°C)
3
23.3
6
23.3
9
23.5
12
23.9
15
24.2
18
24.6
21
24.9
24
25.1
27
25.3
30
25.5




Menghitung Kapasitas Panas Kawat Konduktor
Kapasitas panas kawat konduktor dapat dicari dengan data yang telah diperoleh. Untuk mencari nilai tersebut digunakan rumus W = Q yang dapat dijabarkan menjadi:
V . I. t = m . c. ΔT
ΔT = V . I. tm . c
Nilai kapasitas panas dapat dicari dengan menggunakan persamaan garis pada grafik hubungan temperatur terhadap waktu. Persamaan tersebut merupakan fungsi linear dengan y = bx + a dimana y adalah temperatur dan x adalah waktu. Perhitungan kapasitas panas ini menggunakan least square.

Pada V1
Grafik hubungan temperatur terhadap waktu pada V1:




Tabel pengolahan data least square untuk V1:

Berdasarkan tabel tersebut dapat diketahui persamaan garis linear y = bx + a pada grafik:
y= 0.0539x + 20.62
Diketahui bahwa nilai gradien (m) adalah b = 0.0539. Sebelumnya telah diketahui bahwa
b = v. im.c
Nilai kapasitas panas pada kawat dapat dihitung menjadi:
0.0539 = (0.66)(35.36× 10ˉ³)2×10ˉ³× c
Sehingga nilai kapasitas panas konduktor kawat tersebut adalah 216.489 J/kg°C


Pada V2
Grafik hubungan temperatur terhadap waktu pada V2:

Tabel data least square untuk V2:


Berdasarkan tabel tersebut dapat diketahui persamaan garis linear y = bx + a pada grafik:
y= 0.281x + 20.053
Diketahui bahwa nilai gradien (m) adalah b = 0.281. Sebelumnya telah diketahui bahwa
b = v. im.c
Nilai kapasitas panas pada kawat dapat dihitung menjadi:
0.281 = (1.59)(51.56 × 10ˉ³)2×10ˉ³× c
Sehingga nilai kapasitas panas konduktor kawat tersebut adalah 146.132 J/kg°C

Pada V3
Grafik hubungan temperatur terhadap waktu pada V3:








Tabel data least square untuk V3:

Berdasarkan tabel tersebut dapat diketahui persamaan garis linear y = bx + a pada grafik:
y= 0.0913x + 22.853
Diketahui bahwa nilai gradien (m) adalah b = 0.0913. Sebelumnya telah diketahui bahwa
b = v. im.c
Nilai kapasitas panas pada kawat dapat dihitung menjadi:
0.0913 = (1.07)(42.32× 10ˉ³)2×10ˉ³× c
Sehingga nilai kapasitas panas konduktor kawat tersebut adalah 247.986 J/kg°C








Analisis
Analisis Percobaan
Pada percobaan KR02 tentang Calorie Work ini dilakukan secara online melalui rLab dengan tujuan menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor. Alat-alat yang diperlukan untuk praktikum ini, seperti pada KR-01, tidak perlu kita persiapkan secara langsung. Yang perlu kita sediakan hanya seperangkat komputer yang terhubung dalam jaringan koneksi internet.
Percobaan ini dilakukan dengan pengaliran listrik pada sebuah kawat tertentu. Lalu terjadi perubahan temperatur pada kawat yang dialiri listrik sehingga dapat membuktikan bahwa hukum kekekalan energi berlaku dimana energi tidak akan pernah hilang dan hanya akan berubah bentuk. Pada percobaan kali ini perubahan bentuk tersebut adalah dari energi listrik menjadi energi kalor karena adanya perubahan temperatur tersebut.
Pengukuran ini dilakukan dalam 30 detik untuk setiap tegangan dan dilakukan pencatatan tiap selang 3 detik. Data diambil sebanyak 10 kali dengan tujuan data yang didapatkan memiliki grafik dengan nilai yang diharapkan mendekati kebenaran (representatif). Data yang diambil juga diharapkan bisa mewakili keseluruhan data yang dibutuhkan. Tegangan yang digunakan kali ini dibedakan menjadi empat variasi untuk tiap V0, V1, V2, dan V3. Tegangan ini divariasikan agar kita dapat mengetahui besarnya pengaruh tegangan tersebut terhadap kenaikan suhu di setiap waktunya. Selain itu, akan diketahui perbandingan besar kenaikan suhu dengan besar kenaikan tegangan dari grafik yang ditampilkan.
Rentang waktu tiga detik pada percobaan diatas adalah agar ada perubahan suhu yang nyata perubahan yang terjadi tidak terlalu kecil.
Kelebihan dari praktikum rLab adalah, seperti pada percobaan KR01, kita dapat melakukan praktikum dimanapun kita berada selama perangkat komputer masih terhubung pada koneksi internet dan kita tidak perlu menyiapkan peralatan yang dibutuhkan. Selain itu karena dilakukan dengan rLab maka data yang dihasilkan juga representatif.
Namun kekurangannya adalah kita tidak bisa mengakses situs rLab jika ada orang lain sedang mengakses situs tersebut untuk mengambil data dan jika terjadi kesalahan tidak diketahui secara pasti.
Analisis Hasil
Berdasarkan percobaan KR02 ini, didapatkan hasil bahwa semakin besar tegangan yang diberikan, maka perubahan suhu yang terjadi pada kawat konduktor pun bertambah besar. Hal ini sesuai dengan hukum kekekalan energi. Dalam percobaan ini energi yang terjadi adalah energi panas dan energi listrik.

W = Q
ʋ. I. t = m. c. ΔT

Dari persamaan di atas, hasil yang didapat dalam percobaan ini berkesesuaian. Tegangan (ʋ) yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan suhu (ΔT) yang terjadi.
Berdasarkan penghitungan data, maka nilai kapasitas kalor pada V1, V2, dan V3 dapat diketahui. Hasil yang diadapatkan sebagai berikut:
Pada V1 kapasitas panas kawat konduktor adalah 216.489 J/kg°C
Pada V2 kapasitas panas kawat konduktor adalah 146.132 J/kg°C
Pada V3 kapasitas panas kawat konduktor adalah 247.983 J/kg°C
Berdasarkan hasil tersebut, diketahui bahwa rata-rata kapasitas panasnya adalah 203.535 J/kg°C. Perbandingan literatur dengan hasil percobaan menunjukkan bahwa kawat konduktor yang paling dekat dengan hasil percobaan yang digunakan dalam percobaan ini adalah
perak dengan kapasitas panas 230 J/kg°C. Dengan perhitungan kesalahan relatif sebagai berikut:
Krel = Cperc-ClitClit ×100%

Krel = 203.535-230230×100%

Krel = 11.5 %


Analisis Grafik
Dari data tersebut, dapat diketahui pendekatan fungsi linear dari data percobaan dengan menggunakan metode least square. Pada grafik dari hasil percobaan dapat dilihat beberapa hal. Perubahan temperatur yang terjadi berbanding lurus dengan lamanya tegangan yang diberikan dalam percobaan ini. Semakin lama tegangan yang diberikan maka perubahan suhu yang terjadi semakin besar. Dalam grafik tersebut dapat dilihat perbandingan besarnya perubahan suhu setiap 3 detik.
Pada V0 dapat dilihat bahwa V0 memiliki fungsi tetap disekitar y = 20.7 namun ada sedikit perubahan suhu yang dimungkinkan ada kesalahan pada bahan konduktor yang mungkin masih mengandung sedikit aliran listrik. Pada V1 dapat dilihat bahwa semakin lama kawat diberikan tegangan maka suhu akan relatif naik dengan fungsi linear y= 0.0539x + 20.62.
Pada V2 dan V3 juga berlaku hal yang sama seperti pada grafik percobaan untuk V1 dengan masing-masing memiliki fungsi linear yaitu V2 : y= 0.281x + 20.053 dan V3: y= 0.0913x + 22.853.

Kesimpulan
Kawat yang dialiri listrik suhu akan berubah karena perubahan energi listrik terkonversi menjadi energi kalor dan menyebabkan perubahan suhu sehingga sesuai dengan hukum kekekalan energi. Hal tersebut sesuai dengan persamaan W = Q.
Semakin besar tegangan yang diberikan maka semakin besar pula aliran arus listrik yang terjadi yang sehingga semakin tinggi pula perubahan suhu yang terjadi.
Semakin lama tegangan, semakin tinggi juga temperatur.
Kapasitas kawat konduktor dapat diketahui melalui percobaan ini. Kawat yang diperkirakan digunakan untuk percobaan kali ini adalah kawat perak (c = 230 J/kgCº) dengan kesalahan relatif 11.5 %.

Referensi
- Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall,NJ, 2000.
- Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
y = 0.0913x + 22.853
Waktu (s)
Temperatur (°C)

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
Waktu (s)
Temperatur (°C)

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
Waktu (s)
Temperatur (°C)

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
Waktu (s)
Temperatur (°C)

Grafik Hubungan Temperatur dan Waktu
Waktu (S)
Temperatur (°C)