Download - Laporan Praktikum Kalori Work
LAPORAN PRAKTIKUM
Nama : Irfan Nur Fathur Rahman
NPM : 1406529052
Fakultas : MIPA
Departemen : Fisika
Group : 8
Fathiya Rahmani
Irfan Nur Fathur Rahman
Luthfan Togar Harahap
Maya Apriliani
Muhammad Imam Fajar
Pijar Sukma Adiluhung
Reza Sugiarto
Kode Praktikum : KR02
Pekan : Pekan ke -8
Nama Percobaan : Calori Work
Tanggal Praktikum : Senin, 20 April 2015
Laboratorium Fisika Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
CALORI WORK
I. Tujuan Percobaan :
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 Ampmeter 5. Adjustable power supply 6. Camcorder 7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Landasan Teori.
Energi merupakan kata yang sudah sering kita dengar dalam kehidupan sehari-hari.
Bila seorang tampak bersemangat dan cekatan maka orang tersebut dikatakan energik atau
mempunyai energi yang besar. Demikian pula hal nya jika seseorang terlihat letih atau lesu
maka orang tersebut dikatakan kurang energik.
Konsep energi hanya digunakan untuk benda yang jatuh bebas, tetapi kemudian
berkembang hingga muncul konsep energi dalam medan listrik dan medan magnet. Dengan
berkembangnya hal-hal yang berkaitan dengan energi, sampai saat ini belum diperoleh
definisi energi yang memuaskan. Tetapi secara sederhana orang masih tetap mendefinisikan
energi sebagai kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Sedangkan
dalam skala mikroskopik, energi sering pula didefinisikan sebagai kemampuan untuk
menghasilkan kalor. Pada dasarnya kedua definisi ini sama, mengingat kalor pada
hakekatnya adalah usaha atau kerja dalam skala mikroskopik yang tidak berhasil
diperhitungkan pada saat menghitung besar kerja secara makroskopik. Hubungan kekekalan
energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Energi hanya
dapat berubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.
Secara umum energi dapat dibedakan atas dua jenis yaitu energi yang berpindah
(transitional energy) dan energi yang tersimpan (stored energy). Energi transisional adalah
energi yang sedang bergerak dan dapat melintasi batas suatu system, contohnya energi kalor.
Sedangkan energi yang tersimpan adalah energi yang berwujud dalam bentuk massa dan
kedudukan dalam medan gaya. Energi tersimpan ini dapat dengan mudah diubah menjadi
energi transisional.
Pemakaian energi listrik dewasa ini sudah sangat luas, bahkan manusia sangat sulit
melepaskan diri dari kebutuhan dengan energi listrik. Semakin lama tidak ada satupun
alat kebutuhan manusia yang tidak membutuhkan listrik. Karena semua ini manusia tiap
hari selalu berfikir bagaimana menciptakan dan menggunakan energi listrik secara efektif
dan efesien.
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang lebih tinggi ke benda yang
suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Hasul percobaan menunjukkan bahwa air
terasa hangat. Hangatnya air dalam botol karena memperoleh kalor (panas) yang berasal dari
perubahan energi kinetik (gerak) air tersebut. Energ kalor dapat ditimbulkan dari berbagai
bentuk energi, seperti energi kimia, energi listrik, energi kinetik, energi nuklir dan sebagainya.
Satuan kalor dalam sistem Internasional (SI) dinyatakan dalam Joule (J). Satuan kalor lainnya
adalah kalori. 1 kilo kalori = 1000 kalori = 10 kubik kalori. Menurut James Prescott Joule: 1
kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori 1 Kkal = 4,2 x 10 joule, angka ini disebut tara kalor
mekanik. Tara kalor mekanik adalah bilangan yang menyatakan kesetaran antara satu kalor dan
satuan energi. “Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk
memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 10 C."
Kalor sebagai suatu ukuran tentunya memiliki satuannya sendiri dan ketika kalor
diberikan kepada suatu benda, maka suhu benda tersebut akan naik. Satu kalori dapat
didedfinisikan sebagai jumlah kalor yang ketika diberikan kepada satu gram air , maka akan
menaikan suhu air tersebut sebesar satu derajat celcius. Secara sistematis kalor dapat ditulis ;
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah banyak energi yang harus diberikan dalam bentuk kalor untuk
menaikkan suhu suatu benda sebesar satu derajat celcius.
mc = Q / (Ta-To)
C = Q / (Ta-To) C = mc
C adalah kapasitas kalor dengan satuan Joule/oC
Perubahan suhu yang positif menunjukan bahwa sistem menerima kalor sehingga
suhunya naik , sedangkan perubahan suhu yang negatif menunjukan suhu menjadi turun
karena sistem melepas kalor ke lingkungan.
Kalor Dapat Mengubah Suhu Benda, kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat
berpindah karena adanya perbedaan suhu. Kalor dapat menyebabkan perubahan suhu suatu bënda.
Dalam Fisika, pengertian kalor berbeda dengan suhu. Kalor sebagai bentuk energi menyatakan
jumlah (kuantitas) panas, sedangkan suhu menyatakan ukuran derajat panas. Secara ilmiah, kalor
berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju benda yang suhunya rendah bila kedua benda
dicampur. Karena kalor sebagai bentuk energi, maka berlaku hukum kekekalan energi untuk
kalor. Menurut Joseph Black, kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas. Pernyataan ini
disebut Asas Black.Azas Black merupakan Azas yang menyatakan prinsip kekekalan energi .
Kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Benda bersuhu yang lebih tinggi melepas
kalor dan dan suhu yang lebih rendah menerima kalor sehingga terjadi keseimbangan suhu dalam
hal ini disebut kekekalan energi.
Azas Black berisi bahwa untuk benda yang dicampur dan disolasi sempurna (tidak ada
pertukaran kalor dengan lingkungan) , banyak kalor yang dilepas benda sama dengan banyak
kalor yang diterima oleh lingkungannya. Dari pernyataan ini maka dapat dirumuskan , azas Black
yang ditemukan oleh Josep Black (1728-1799).
Q lepas = Q terima
Kalor dengan energi listrik memiliki hubungan . Berdasarkan hukum kekekalan energi
maka energi dapat diubah ke bentuk lain salah satunya adalah kalor dan juga energi listrik.
Energi listrik yang diubah atau diserap sama besar dengan jumlah kalor yang dihasilkan seperti
yang disebutkan oleh hukum azas Black.
Berdasarkan hukum kekekalan energi bahwa energi tidak dapat dimusnahkan, maka
suatu energi yang terjadi tidak dapat hilang melainkan diubah dalam bentuk lainnya. Sebagai
contoh energi potensial yang terjadi pada suatu benda meluncur tidak hilang saat benda itu
meluncur , namun diubah dalam bentuk energi lainnya yaitu energi kinetik yang membuat benda
itu bergerak , kalor , dan bunyi. Sama halnya seperti energi yang ada dalam muatan listrik. Ketika
suatu sumber tegangan membuat suatu muatan listrik mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke
potensial yang lebih rendah akibat adanya perbedaan potensial. Secara sistematis ;
W=q V
W= Energi listrik (Joule) q=
muatan listrik(coulumb) V =
tegangan(Volt)
Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik dalam
suatu rangkaian tertutup. Secara sistematis.
W = V I t
W = Usaha atau energi listrik (Joule)
V = Tegangan(volt)
t = Waktu (s)
Pada percobaan yang terjadi kali ini sebuah sumber tegangan dihubungkan dengan kawat konduktor atau filamen. Beberapa lama kemudian suhu kawat akan naik karena kawat
menerima kalor sebesar Q = m c (T akhir – Tawal) dimana m adalah massa kawat , c kalor jenis
kawat , dan (T akhir – T awal) perubahan suhu .
Energi yang memanaskan kawat tersebut / energi kalor berasal dari energi listrik yang
didisipasikan ketika arus listrik sumber tegangan melalui kawat. Energi listrik yang
didisipasikan dirumuskan oleh W = V i t. Kawat yang dialiri listrik pada waktu tertentu
menyebabkan kawat panas dan terjadi fenomena Joule Heating .
Arus listrik yang mengandung muatan yaitu berupa elektron-elektron mengalir dalam logam
konduktor dari kutub bertegangan lebih tinggi ke lebih rendah , terkadang elektron menumbuk ion
positif dalam kawat yang menyebabkan ion positif bergetar yang memunculkan energi kinetik yang
menyebabkan adanya gesekan akibat tumbukan sehingga menimbulkan panas.
Q=m c (T akhir –T awal )
Q = kalor ( Joule )
c = Kalor Jenis ( Joule / Kg oC)
m = massa benda (Kg)
T akhir - Tawal = Perubahan suhu (oC)
IV. Prosedur Percobaan :
Eksperimen rLab ini dapat dialakukan dengan meng – klik tombol rLab di bagian bawah
halaman jadwal.
1. Mengaktifkan Web-Cam (meng-klik icon video pada halaman web rLab).
2. Memberikan tegangan sebesar V0 ke kawat konduktor.
3. Menghidupkan Power Supply dengan meng-klik radio button desebelahnya.
4. Mengambil data perubahan temperatur, tegangan dan arus listrik pada kawat konduktor
setiap 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 diberika tegangan V0.
6. Mengulangi langkah 2 hingga 5 untuk tegangan V1, V2 dan V3
DATA PENGAMATAN
1. Hubungan waktu dengan Perubahan temperatur pada saat tegangan 0 V
Waktu I V Temp3 23.84 0.00 21.86 23.84 0.00 21.89 23.84 0.00 21.812 23.84 0.00 21.815 23.84 0.00 21.818 23.84 0.00 21.821 23.84 0.00 21.824 23.84 0.00 21.827 23.84 0.00 21.830 23.84 0.00 21.8
2. Hubungan waktu pada temperature pada saat tegangan 0.65 V
Waktu I V Temp3 35.25 0.65 21.86 35.25 0.65 21.9
9 35.25 0.65 21.112 35.25 0.65 21.315 35.25 0.65 21.418 35.25 0.65 21.621 35.25 0.65 21.724 35.25 0.65 22.927 35.25 0.65 22.030 35.25 0.65 22.1
3. Hubungan waktu dengan Perubahan temperatur pada saat tegangan 1.57 V
Waktu I V Temp3 51.10 1.56 21.86 51.10 1.56 23.19 51.10 1.57 23.912 51.10 1.57 24.915 51.10 1.57 25.818 51.10 1.57 26.621 51.10 1.57 27.324 51.10 1.57 28.1
1
27 51.10 1.57 28.130 51.10 1.57 29.3
4. Hubungan waktu dengan Perubahan temperatur pada saat tegangan 1.05 V
Waktu I V Temp3 42.09 1.05 28.3
6 42.09 1.05 28.09 42.09 1.05 27.912 42.09 1.05 27.915 42.09 1.05 27.918 42.09 1.05 28.021 42.09 1.05 28.124 42.09 1.05 28.127 42.09 1.05 28.230 42.09 1.05 28.3
GRAFIK
Grafik pada saat Vo = 0 V
Grafik pada saat V1 = 0,65 V
0 5 10 15 20 25 30 350
5
10
15
20
25
Hubungan Waktu dengan Perubahan suhu V0
Waktu
Tem
pera
tur
0 5 10 15 20 25 30 3521
21.5
22
22.5
23
23.5
Hubungan Waktu dengan Perubahan suhu V1
Waktu
Tem
pera
tur
Grafik pada saat V2 = 1,57 V
Grafik pada saat V3 = 1,05 V
0 5 10 15 20 25 30 350
5
10
1520
25
30
35
Hubungan Waktu dengan Perubahan suhu V2
Waktu
Tem
pera
tur
0 5 10 15 20 25 30 3527.627.727.827.9
2828.128.228.328.4
Hubungan Waktu dengan Perubahan suhu V3
Waktu
Tem
pera
tur
Pengolahan Data
Tegangan V 0
Diketahui : i = 23.84 A v = 0 v t = 30s - 3s = 27s
Tegangan V 1
Diketahui : i = 35.16 A v = 0.65 v t = 30s - 3s = 27s
Tegangan V 2
Diketahui : i = 51.10 A v = 1.57 v t = 30s - 3s = 27s
Tegangan V 3
Diketahui : i = 42.09 A v = 1.05 v t = 30s - 3s
C= v i ∆t∆T
= 3977.5
J/Kg0C
C= v i ∆t∆T
= 338.02
J/Kg0C
C= v i ∆t∆T
= 474.741 J/Kg0C
C= v i ∆t∆T
= 0 J/Kg0C
2. Jenis kawat konduktor yang digunakan
c=13∑i=1
3
Ci=414.225+338.45+3977.53
=1596.7J /Kg0C
S=√∑(C−c)2
N (N−1)=√ (1197.55−474.255)2+(1197.55−338.45)2+(1197.55−3977.5)
6
¿1318.04 J /Kg0C
Jadi kapasitas kalor dari kawat konduktor yang dipakai pada percobaan kali ini yaitu
(1318,04 ± 1596,7) J/KgºC. Diperoleh literature kapasitas kalor yang paling mendekati
untuk hasil perhitungan yang praktikan lakukan yaitu kayu sebesar 1700 J/KgºC
Jika kawat konduktor itu adalah kayu yang memiliki kapasitas kalor 1700 J/Kg0C, maka
dapat dihitung nilai kesalahan literaturnya :
|nilai literatur−nilai eksperimennilai literatur |X 100 %
|1700−1596.71700 |X 100 %=6.07
Analisa
a. Percobaan
Pada percobaan KR02 tentang calori work ini dilakukan secara online melalui RLab
dengan tujuan menghitung nilai kapasitas kalor suatu kawat konduktor. Percobaan ini
dilakukan dengan pengaliran listrik pada sebuah kawat tertentu. Lalu terjadi perubahan
temperature pada kawat yang dialiri listrik. Sehingga terbukti 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,
karenya adanya perubahan temperature tersebut.
Pengukuran ini dilakukan dalam 30 detik setiap tegangannya dan di lakukan pencatatan
tiap 3 detik. Data diambil sebanyak 10 kali dengan tujuan, data yang didapatkan memiliki
grafik dengan nilai yang diharapkan mendekati kebenaran. Data yang diambilpun diharapkan
bisa mewakili keseluruhan data yang dibutuhkan.
Tegangan yang dipakai dalam percobaan kali ini menggunakan empat tegangan, yaitu
V0=0v, V1=0.65v, V2=1.57v, V3=1.05v. Tegangan yang divariasikan ini bertujuan agar kita
dapat mengetahui besarnya pengaruh tegangan tersebut terhadap kenaikan suhu disetiap
waktunya. Selain itu, pada grafik kita bisa melihat perbandingan kenaikan suhu dari setiap
tegangan yang berbeda-beda ini.
b. Hasil Percobaan
Dengan melihat data yang praktikan peroleh, dapat disimpulkan bahwa semakin besar
tegangan yang di uji cobakan maka semakin besar juga temperatur yang dihasilkan, walaupun
dimulai pada suhu awal yang sama. Kenaikan temperatur juga berbanding lurus dengan
besarnya arus kawat konduktor.
Sesuai dengan tujuan praktikum KR02 ini yaitu menghitung kapasitas kalor suatu kawat
konduktor maka pada pengolahan data diperoleh rumus mencari kapasitas kalor yaitu mengalikan
antara tegangan,arus dan selisih waktu kemudian membaginya dengan selisih suhu. Persamaan ini
diperoleh dengan mengolah dan menggabungkan dua rumus yaitu energi listrik (w
= vit) dan energi kalor (Q = mcΔT ). Hasil perhitungan kapasitas kalor dari masing-masing
tegangan menunjukan bahwa bahwa kapasitas kalor yang dikeluarkan kawat konduktor
berbanding lurus dengan perubahan tegangan dan arus.
Diperoleh suatu hasil perhitungan olah data kapasitas kalor untuk percobaan kali ini
adalah 1596,7 J/Kg0C dengan ketidakpastian sekitar 1318,04 J/KgºC. Berkenaan dengan jenis
kawat konduktor yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah kayu dengan melakukan
pendekatan yang paling memungkinkan. Sebesar 6,02 % merupakan kesalahan literatur yang
terjadi di percobaan kali ini.
c. Kesalahan
Kemungkinan kesalahan yang terjadi dalam percobaan kali ini adalah bersifat teknis,
yaitu dalam hal keadaan suhu. Hal ini mungkin dikarenakan temperatur lingkungan yang ikut
terukur atau bisa juga karena kelambatan koneksi internet praktikan sehingga menyebabkan
kelambatan pengukuran. Untuk nilai kesalahan literature, didapatkan 6,02%. Hal ini mungkin
disebabkan adanya kekeliuran asumsi yang menganggap energi listrik diubah 100% menjadi
energi kalor.
d. Grafik
Dari grafik pertama dapat dilihat karena perubahan suhu tidak terjadi maka grafik yang
digambarkan adalah linier hanya garis lurus saja.Sementara itu dari grafik kedua dapat
digambarkan dengan grafik yang naik secara konstan dengan perubahan yang cukup signifikan.
Hal ini terjadi karena penaikan suhu cukup besar. Pada percobaan ketiga grafik mengalami
inkonsistensi karena perubahan suhu yang berbeda beda hal ini membuat grafik turun di awal
kemudian naik lagi. Untuk percobaan yang terakhir dapat kita lihat grafik yang ada
menunjukkan naik secara konstan tapi kenaikannya tidak signifikan karena perubahan suhunya
sangat kecil. Gambar dari grafik ini menunjukkan hubungan antar nilai dengan waktu (t) yang
menunjukkan yang mengalami perubahan seiring dengan lamanya waktu. Nilai yaitu
merepresentasikan sumbu y dan nilai t mereprentasikan sumbu x.
Kesimpulan
Semakin besar arus listrik yang mengalir maka temperatur kawat konduktor akan semakin
besar.
Semakin besar tegangan yang diberikan maka semakin lama listrik dialirkan,
semakin meningkat pula temperaturnya.
Sesuai dengan hukum kekekalan energi yaitu energi dapat berubah bentuk dari energi listrik
menjadi energi kalor dengan persamaan W=Q walaupun tidak semuanya berubah, sebagian
kecil lainnya dibuang ke lingkungan.
Perkiraan jenis kawat konduktor yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah tembaga
dengan memperhatikan nilai C sebesar 1596,7 J/Kg0C dan memiliki kesalahan relatif sebesar
6,02%
Kawat ketika dialiri listrik akan menjadi lebih panas atau suhu naik
Semakin tinggi arus listrik yang mengalir maka temperatur kawat akan semakin besar.
Benda yang memiliki kalor jenis besar menandakan bahwa konduktivitasnya rendah,
karena berarti benda tersebut membutuhkan energi yang besar untuk menaikkan suhunya
Referensi
1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.
2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.