Laporan Fisika Kalorimeter.docx

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter juga dapat digunakan untuk mengukur kalor. Kalor adalah perpindahan energi dari sistem satu ke sistem yang lain karena disebabkan adanya perbedaan temperatur. Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Benda yang menerima kalor akan mengalami perubahan wujud benda. Sedangkan benda yang melepas kalor akan mengalami penurunan suhu atau wujud benda berubah. Kalorimeter juga dapat digunakan untuk menentukan kalor lebur zat. Kalor lebur adalah kalor yang dipakai suatu zat untuk melebur seluruhnya pada zat leburnya. Kalor dapat ditimbulkan dari energi listik, energi kinetik, energi kimia dan lain-lain. Pada kehidupan sehari-hari sering ditemui beberapa kejadian yang melibatkan perpindahan kalor. Misalnya satu gelas air dingin dicampur dengan satu gelas air panas, maka air panas akan melepas kalor sedangkan air dingin akan menerima kalor. Sehingga akan didapatkan suhu campuran yang seimbang. Oleh karena itu begitu banyaknya kejadian dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan kejadian perpindahan kalor maka percobaan ini penting untuk dipahami oleh semua orang sehingga dapat mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada percobaan kalorimeter bertujuan untuk menentukan kalor jenis bahan dan kalor lebur es. Alat yang digunakan dalam percobaan adalah pemanas, kalorimeter listrik, kubus lubang, air, es dan penakar panas. Dalam percobaan ini terlebih dahulu dilakukan yaitu menentukan suhu dan usahakan agar masing-masing percaksi ini memiliki suhu yang sama, lalu larutan tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter sambil diaduk agar zat-zat bereaksi dengan baik sehingga kita dapat menentukan besarnya kapasitas kalorimeter dan dapat pula menentukan kalor jenis bahan serta kalor lebur es dengan menggunakan kalorimeter.

1.2. Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud tara kalor mekanik statis ? 2. Bagaimana kesalahan relatif dan hasil pengukuran yang didapat dari percobaan tara kalor mekanik statis ? 3. Bagaimana grafik regresi linier dari W dengan H ? 4. Bagaimana hubungan antara W dengan H ?

Praktikum Fisika Terapan 1

1

BAB I TARA KALOR MEKANIK STATIS (L1)

1.1 Tanggal Percobaan: Percobaan dilaksanakan pada : Hari / tanggal : Jumat/ 5 Januari 2018 Tempat : Ruang Lab. Fisika Terapan Jurusan Teknik Elektro 1.2 Nama Percobaan: TARA KALOR MEKANIK STATIS (L1) 1.3 Tujuan Percobaan: Percobaan Tara Kalori Mekanik Statis ini bertujuan untuk dapat menentukan tara kalor mekanik statis.. 1.4 Alat-Alat yang Dipergunakan 1. Kalorimeter yang terdiri dari kumparan pemanas, kutub-kutub kumparan pemanas, dinding yang berlapis dua.

Praktikum Fisika Terapan 1

2

2. Multitester (min 10 A, 50 V) dan Termometer.

3. Timbangan digital /Gelas ukur

4. Stopwatch/jam

Praktikum Fisika Terapan 1

3

5. Saklar, Penjepit, Kabel

6.

Accu

7

Ah 12 V

7. Termometer

Praktikum Fisika Terapan 1

4

1.5 Teori Dasar Tenaga muncul dalam berbagai bentuk dan diukur dalam satuan yang berbeda-beda. Tetapi ada dua macam tenaga yang sering dipakai, yaitu tenaga yang timbul dari peristiwa panas dan mekanisme. Salah satu persoalan penting yang dihadapi oleh para ahli fisika adalah menyesuaikan secara percobaan perbandingan yang timbul pada kedua peristiwa tersebut. Nilai perbandingan ini dikenal sebagai tara kalor mekanis yang diawali oleh huruf J sebagai penghormatan kepada ahli fisika Inggris James Joule. Jadi Jika W adalah satuan kerja dalam system mekanis diubah kedalam satuan H satuan panas, maka : W = JH …………………………… (1) Nilai numeric J tergantung kepada satuan yang menyatakan W dan dalam system cgs, J dinyatakan dalam erg atau Joule per kalori : sedangkan dalam system Inggris dinyatakan dalam

foot

pound per b.t.u. Salah satu cara untuk menentukan adalah

J

dengan

menggunakan azas hukum black , dimana panas yang diberikan oleh kumparan listrik ( V dan I dalam waktu t ) saat dicelupkan dalam air tersebut diterima oleh masa air (m) dan Praktikum Fisika Terapan 1

5

menyebabkan kenaikan suhu air (∆T), dengan cara ini seperti yang ditunjukkan oleh gambar (Gambar L1), Energi W dalam Joule yang dihasilkan oleh pemanas dalam waktu t detik adalah : W = I.V.t ……………………….. (2) Dimana: I=Arus listrik yang mengalir dalam kumparan pemanas (ampere) V=Beda tegangan antara kutub-kutub kumparan pemanas (volt) t=Waktu (detik)

Gambar L1 :

Keterangan : T : Thermometer V : Voltmeter E : Kumparan Pemanas A : Amperemeter D : Sumber Daya (Accu) S : Saklar

Energi W itu menaikkan suhu air (dalam kalorimeter) dari T1 ke T2 panas yang diberikan ke kalorimeter adalah : H = (Ma . Ca + Mk . Ck)

Praktikum Fisika Terapan 1

(T2 – T1)

6

Dimana : Ma

= Massa air

Ca = kalor jenis air (1 kalori/gram oC) = (4.2 joule/gr oC) Mk

= massa kalorimeter

Ck = kalor jenis kalorimeter (0,22 kkal/kg oC) = (0.9 joule/gr oC) Dengan menganggap bahwa semua energi listrik berubah menjadi energi panas akan diperoleh kesetaraan : J = W/H J = tara kalor mekanik statis Pada prinsipnya kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan, melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Pada percobaan kalorimeter ini prinsipnya sama, yaitu mengubah energi listrik menjadi energi kalor. Energi akan diterima oleh air dan kalorimeter ketika energi listrik dilepaskan. Percobaan ini berdasarkan asas Black bahwa kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Besarnya kalor yng dilepas atau diterima oleh suatu zat berbanding lurus dengan massa zat, kalor jenis zat, dan perubahan suhu. Alat dan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini antara lain kalorimeter 1 buah yang digunakan untuk mengetahui besar kalor yang diterima dan untuk mengukur panas reaksi. Termometer 1 buah untuk mengukur suhu air dalam kalorimeter sebelum dan saat listrik dialirkan. Neraca 1 buah yag digunakan untuk menimbang kalorimeter saat kosong dan yang telah diisi air. Catu daya listrik DC 1 buah yang digunakan sebagai sumber energi listrik. Amperemeter 1 buah yang digunakan untuk mengukur kuat arus yang mengalir. Voltmeter 1 buah yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik. Kabel penghubung 1 set yang digunakan untuk menghubungkan kalorimeter, amperermeter, dan voltmeter ke sumber tegangan atau sumber energi listrik. Pengaduk 1 buah berfungsi untuk mengaduk air dalam kalorimeter. Stopwatch 1 buah digunakan untuk menghitung waktu secara periodik. Sedangkan bahannya adalah air secukupnya yang digunakan sebagai bahan atau media penerima panas. Kegunaan dari kalorimeter ini dapat digunakan untuk mengukur perubahan panas reaksi yang terjadi di dalam alat kalor. Aplikasi dari kalorimeter dapat ditemukan di dalam alat rumah tangga seperti setrika untuk merapikan pakaian, rice cooker untuk memasak nasi, oven untuk memanggang roti atau kue. Praktikum Fisika Terapan 1

7

Percobaan kalorimeter ini dimulai dengan menimbang kalorimeter kosong dan pengaduk di dalamnya dengan neraca, kemudian mencatat massa kalorimeter kosong. Setelah itu mengisi kalorimeter dengan air secukupnya (sampai kumparan tercelup, jika tidak aliran listrik tidak mengenai air) dan menimbang kembali. Dilakukan penimbangan kalorimeter kosong lebih dulu baru kemudian diisi dengan air dimaksudkan agar dapat mengetahui massa air yang diisi dalam kalorimeter tersebut. Setelah didapat hasil penimbangan, lalu mencatat massa air tersebut. Kemudian ditutup dengan tutup kalorimeter yang sudah terpasangi termometer dan mancatat suhu awal air dalam kalorimeter. Setelah itu merangkai alat-alat percobaan menggunakan kabel penghubung yaitu untuk menghubungkan sumber tegangan atau sumber energi listrik dengan voltmeter, amperemeter dan kalorimeter. Susunan rangkaian ini yaitu kutub positif (+) catu daya dihubungkan secara seri dengan kutub positif (+) ampemeter, kutub negatif (-) catu daya dihubungkan secara seri dengan kutub negatif (-) voltmeter. Kemudian kutub negatif (-) amperemeter dihubungkan dengan kutub positif (+) voltmeter secara paralel. Kutub positif (+) kalorimeter kemudian dihubungkan dengan pertemuan kabel kutub negatif (-) amperemeter dan kutub positif (+) voltmeter. Pada sisi lain, kutub negatif (-) catu daya dihubungkan dengan kutub negatif (-) voltmeter secara paralel untuk kemudian keduanya dihubungkan dengan kutub negatif (-) kalorimeter. Voltmeter disusun paralel bertujuan agar semua alat yang lain dapat terbagi tegangan secara rata, dikarenakan tegangan atau voltmeter bersifat menyeluruh. Sedangkan amperemeter disusun seri karena amperemeter bersifat tidak menyeluruh. Setelah alat terangkai, menghidupkan sumber tegangan. Bila jarum penunjuk skala pada voltmeter dan amperemeter bisa bergerak maka rangkaian sudah terangkai secara tepat. Saat catu daya dinyalakan stopwatch juga dinyalakan secara bersamaan. Sambil air kalorimeter diaduk menggunakan pengaduk agar panas pada kalorimeter menyebar rata dan diamati tegangan listriknya pada voltmeter dan arus listrik pada amperemeter setiap 1-2 menit secara periodic. Semakin lama air yang berada dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri akan semakin panas, ditunjukan dengan naiknya suhu pada termometer. Dilakukan pengambilan data sebanyak 10 data. Setelah didapat 10 data, catu daya dan stopwatch dimatikan. Untuk lengkapnya lihat gambar percobaan, alat dan bahan serta langkah-langkah kerja percobaan.

Praktikum Fisika Terapan 1

8

1.6 Gambar Rangkaian Percobaan

1.7 Data Hasil Percobaan.

No

Massa Air (gr)

V (Volt)

I (Ampere)

T1 (Awal) (oC)

T2 (Akhir) (oC)

Waktu (Menit)

1

68.2

10.98

8.78

30

47.5

1

2

78.2

10.93

8.83

29

45.9

1

3

88.2

10.90

8.65

28.9

42

1

4

98.2

10.79

8.53

29

42.5

1

5

108.2

10.47

7.97

29.2

38

1

6

118.2

10.82

7.85

29.1

37.4

1

7

128.2

10.73

8.11

29.1

37.2

1

8

138.2

10.66

8.26

29.1

36.8

1

9

148.2

10.61

7.80

29.1

36

1

10

158.2

10.51

8.13

29

36.3

1

1.8 Analisa Data Praktikum Fisika Terapan 1

9

Berdasarkan hasil data percobaan di atas, untuk menentukan nilai Tara Kalor Mekanis Statis doat dicari dengan menggunakan rumus: H = (Ma.Ca + Mk.Ck) (T2-T1) W = V.I.t J = W/H  Mencari Nilai H Contoh mencari nilai H dengan menggunakan rumus H = (Ma.Ca + Mk.Ck) (T2-T1) (data yang digunakan adalah data pertama): Diketahui:

Mk Ma Ca Ck T1 T2 V I t

= 198,1 gram = 68,2 gram = 4,2 joule/gram oC = 0,9 joule/gram oC = 30 oC = 47,5 oC = 10,98 volt = 8,78 = 1 menit = 60 sekon

Pembahasan nilai H pada data pertama: H = (Ma.Ca + Mk.Ck) (T2-T1) H = (68,2 . 4,2 + 198,1 . 0,9) (47,5 – 30) H = (286.44 + 178,29) (17,5) H = (464.73) (17,5) H = 8132.775 Begitu juga dengan data lain yang dihitung sampai data ke-10 dan dicari nilai H dengan menggunakan rumus H = (Ma.Ca + Mk.Ck) (T2-T1), sehingga didapatkan hasil seperti tabel di bawah ini. Data No. 1 2 3 4 5 6 7

MaCa

MkCk

MaCa + MkCk

T2-T1

H = (MaCa + MkCk) (T2-T1)

286.44 328.44 370.44 412.44 454.44 496.44 538.44

178.29 178.29 178.29 178.29 178.29 178.29 178.29

464.73 506.73 548.73 590.73 632.73 674.73 716.73

17.5 16.9 13.1 13.5 8.8 8.3 8.1

8132.775 8563.737 7188.363 7974.855 5568.024 5600.259 5805.513

Praktikum Fisika Terapan 1

10

8 9 10

580.44 622.44 664.44

178.29 178.29 178.29

758.73 800.73 842.73

7.7 6.9 7.3

5842.221 5525.037 6151.929

 Mencari Nilai W Contoh mencari nilai W dengan menggunakan rumus W = V.I.t (data yang digunakan adalah data pertama): W = V .I .t Pembahasan nilai W pada data pertama: W

=V.I.t = 10,98 x 8,78 x 60 = 5784,264 Joule

Begitu juga dengan data lain yang dihitung sampai data ke-10 dan dicari nilai W dengan menggunakan rumus W = V.I.t, sehingga didapatkan hasil seperti tabel di bawah ini. No

V (Volt)

I (Ampere)

Waktu (Sekon)

W = V.I.t (Watt)

1

10.98

8.78

60

5784.264

2

10.93

8.83

60

5790.714

3

10.90

8.65

60

5657.1

4

10.79

8.53

60

5522.322

5

10.47

7.97

60

5006.754

6

10.82

7.85

60

5096.22

7

10.73

8.11

60

5221.218

8

10.66

8.26

60

5283.096

9

10.61

7.80

60

4965.48

10

10.51

8.13

60

5126.778

Setelah mendapatkan nilai H dan W masing-masing dari 10 data percobaan, nilai tara kalor mekanik statis (J) pada percobaan ini dapat dicari dengan menggunakan rumus J =

𝑊 𝐻

(data yang digunakan adalah data yang pertama):

Praktikum Fisika Terapan 1

11

J= J=

𝑊 𝐻

5784,264 8132,775

J = 0.711228824 Begitu juga dengan data lain yang dihitung sampai data ke-10 dan dicari nilai J dengan =

𝑊 𝐻

menggunakan rumus J ,

didapatkan hasil seperti

sehingga

tabel di bawah ini. No

H = (Maca + MkCk)(T2-T1)

W = Vit

J = W/H

1

8132.775

5784.264

0.711228824

2

8563.737

5790.714

0.676190079

3

7188.363

5657.1

0.78698029

4

7974.855

5522.322

0.69246676

5

5568.024

5006.754

0.899197633

6

5600.259

5096.22

0.909997198

7

5805.513

5221.218

0.899355147

8

5842.221

5283.096

0.904295815

9

5525.037

4965.48

0.898723393

10

6151.929

5126.778

0.833361048

Kesalahan Relatif Untuk menentukan nilai kesalahan relatif pada data hasil pengukuran Tara Kalor Mekanik, dapat dicari dengan menggunakan rumus: Hasil pengukuran = Hasil rata-rata  Standar Deviasi.

Standar Deviasi (S) atau dikenal dengan nama (Simpangan Baku) secara statistik dapat dicari dengan rumus :

Praktikum Fisika Terapan 1

12

Kesalahan Relatif =

𝑆

X

x 100%

 Nilai Kesalahan Relatif pada Pengukuran Tara Kalor Mekanik: No

J = W/H

(Xrata-Xi)

(Xrata-Xi)2

1

0.711228824

0.109950795

0.012089177

2

0.676190079

0.14498954

0.021021967

3

0.78698029

0.034199329

0.001169594

4

0.69246676

0.128712859

0.016567

5

0.899197633

-0.078018014

0.006086811

6

0.909997198

-0.08881758

0.007888562

7

0.899355147

-0.078175529

0.006111413

8

0.904295815

-0.083116196

0.006908302

9

0.898723393

-0.077543774

0.006013037

10

0.833361048

-0.012181429

0.000148387

Jumlah

8.211796188

0.08400425 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐷𝑎𝑡𝑎

X

𝐵𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘 𝐷𝑎𝑡𝑎

√ KV =

𝑆

x 100%

X

=

0.08400425 9

0.096611623

0.821179619

=

8.211796188 10

= 0.821179619

= √0.009333806 = 0.096611623

x 100 = 11.76 % 1.9

Grafik Untuk membuat grafik regresi linier, digunakan rumus Y = a + bX Dimana, a dan b dapat dicari dengan rumus : a= b=

(∑ 𝑌𝑖)(∑ 𝑋𝑖 2 )−(∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖) 𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2 𝑛(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖)− (∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑌𝑖) 𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2

Praktikum Fisika Terapan 1

13

Untuk menentukan grafik regresi linear antara H terhadap W, maka diperlukan datadata sebagai berikut. No

Xi (H)

Yi (W)

Xi2

Yi2

XiYi

1

8132.775

5784.264

66142029.2

33457710.02

47042117.65

2

8563.737

5790.714

73337591.41

33532368.63

49590151.74

3

7188.363

5657.1

51672562.62

32002780.41

40665288.33

4

7974.855

5522.322

63598312.27

30496040.27

44039717.21

5

5568.024

5006.754

31002891.26

25067585.62

27877726.43

6

5600.259

5096.22

31362900.87

25971458.29

28540151.92

7

5805.513

5221.218

33703981.19

27261117.4

30311848.97

8

5842.221

5283.096

34131546.21

27911103.35

30865014.4

9

5525.037

4965.48

30526033.85

24655991.63

27434460.72

10

6151.929

5126.778

37846230.42

26283852.66

31539574.25

Nilai a : a= a=

a=

(∑ 𝑌𝑖)(∑ 𝑋𝑖 2 )−(∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖) 𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2 (53453.946)(453324079.3) − (66352.713)(357906051.6) 10(453324079.3) −(4402682522) 483923330652.81 130558270.61

a = 3706.6 n

10

∑Xi (∑Xi)2 ∑Yi

66352.713

Nilai b : b=

4402682522 53453.946

(∑Yi)2

2857324343

∑XiYi

357906051.6

∑Xi2

453324079.3

2

∑Yi

286640008.3

∑Xi . ∑Yi

3546814338

Praktikum Fisika Terapan 1

𝑛(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖)− (∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑌𝑖) 𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2

b

=

10(357906051.6) − (66352.713)(53453.946) 10(453324079.3) − (4402682522)

b=

32246178.70 130558270.61

b = 0.247 14

Sehingga persamaan Regresi Liniernya (Y) = a +bX Y = 3706.6 + 0.247X.

Nilai Koefisien korelasinya dicari dengan rumus : R=

𝑛(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖)− (∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑌𝑖) √[𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2 ] [𝑛 ∑ 𝑌𝑖 2 − (∑ 𝑌𝑖)2 ]

Sehingga, R= R= R= R=

𝑛(∑ 𝑋𝑖𝑌𝑖)− (∑ 𝑋𝑖)(∑ 𝑌𝑖) √[𝑛 ∑ 𝑋𝑖 2 −(∑ 𝑋𝑖)2 ] [𝑛 ∑ 𝑌𝑖 2 − (∑ 𝑌𝑖)2 ] 10(357906051.6) − (66352.713)(53453.946) √[10(453324079.3) − (4402682522)] [10(286640008.3) − (2857324343) ] 32246178.70 √1184912894620300 32246178.70 34422563.74

R = 0.936774

Dan nilai Koefisien Determinasinya = (R)2 (R)2 = (0.936774)2 (R)2 = 0.8775

Praktikum Fisika Terapan 1

15

Grafik Regresi Linear yang dihasilkan antara hubungan H terhadap W:

D

dari grafik yang dihasilkan, dapat dianalisa bahwa nilai koefisien korelasi yang didapat yaitu 0.936774 artinya : kedua variabel memiliki koefisien korelasi positif, kedua variabel mempunyai hubungan searah. Artinya, jika nilai variabel X tinggi, maka nilai variabel Y akan tinggi pula. Sedangkan koefisien determinasinya (R2) = 0.8775 artinya : nilai rata-rata Y, 88% ditentukan oleh nilai X melalui persamaan Y = 3706.6 + 0.247X , sedangkan 12% ditentukan oleh faktor yang lai 1.10 Kesimpulan. Terlihat pada grafik bahwa data yang didapat dapat dikatakan bervariasi, serta nilai kesalahan relatif juga cukup tinggi, hal tersebut kemungkinan disebabkan karena kesalahan yang diakibatkan oleh praktikum dan alat atau instrumen lainnya yang mengalami kerusakan maupun disebabkan karena kesalahan dalam proses pembacaan hasil percobaan. 1.11 Saran-saran. 1. Memahami materi praktikum sebelum praktikum dilaksanakan 2. Selalu teiti dan cermat melakukan pengukuran dan perhitungan 3. Memahami dan mentaati peraturan yang berlaku 4. Konsultasi kepada dosen yang mengawasi praktikum Praktikum Fisika Terapan 1

16

Praktikum Fisika Terapan 1

17