LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM MODUL-2 TARA MEKANIK-PANAS Nama : Enang Saepuloh NPM : 140310090006 Partner 1 : Luki M. Aziz NPM : 140310090016 Partner 2 M. Khawirizmi NPM : 140310090051 Hari : Senin Waktu : 15.00-17.30 WIB Asisten : Astuti LABOLATORIUM FISIKA MENENGAH PRAKTIKUM EKSPERIMEN I A
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM
MODUL-2
TARA MEKANIK-PANAS
Nama : Enang Saepuloh
NPM : 140310090006
Partner 1 : Luki M. Aziz
NPM : 140310090016
Partner 2 M. Khawirizmi
NPM : 140310090051
Hari : Senin
Waktu : 15.00-17.30 WIB
Asisten : Astuti
LABOLATORIUM FISIKA MENENGAH
PRAKTIKUM EKSPERIMEN I A
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2010
LEMBAR PENGESAHAN
MODUL-2
TARA MEKANIK-PANAS
Nama : Enang Saepuloh
Hari : Senin
Waktu : 15.00-17.30 WIB
Asisten : Astuti
Lap. Awal Speaken Lap. Akhir
Jatinanor, 8 November 2010
Asisten
Astuti
Enang Saepuloh ( 140310090006)
Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran
8 November 2010
ABSTRAK
Sesuatu yang kita amati adalah sistem yang langsung sifatnya dipengaruhi
oleh lingkungan (environment). Jika benda A dan B masing-masing dalam
keadaan kesetimbangan termal dengan sebuah benda c (thermometer) maka benda
A dan B berada dalam kesetimbangan termal terhadap satu sama lainya. Suatu
konsatanta perbandingan antara banyaknya kalor yang diberikan kepada sebuah
benda untuk menaikan temperaturnya adalah kapasitas kalor C (heat capacity).
Kapasitas kalor persatuan massa sebuah benda, yang dinamakan kalor jenis
(specific heat) adalah cirri karakteristik panas dari bahan yang diberikan benda
tersebut. Sesuai perktaan Rumford bahwa kalor mempunyai suatu aspek mekanis,
maka ada hubungan antara kerja dan kalor tersebut, yang berprinsipkan bahwa
kalor dan kerja masing-masing merupakan bentuk tenaga dan harus ada suatu
hubungan yang dinamakan ekivalen mekanis dari kalor (mechanical equivalent of
heat).
Kata kuci: ekivalen mekanis kalor, kapasitas panas, kalor jenis
I. PENDAHULUAN
Panas adalah energi yang ditransfer dari benda satu ke benda lain., karena
perbedaan temperatur. Pada abad ke tujug belas Galileo, Newton dan ilmuwan
lainnya mendukung teori ahli atom yunani kuno, yang menganggap panas
merupakan wujud gerakan molekuler.
Menurut Helmholtz, semua tenaga adalah ekuivalen, dan suatu bentuk
tenaga tidak akan lenyap tanpa sejumlah bentuk tenaga yang sama dalam bentuk
yang lain. Hal ini dipertegas dengan adanya hokum kekelan energy, bahwa
energy tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dirubah
dari bentuk satu ke bentuk yang lain.
Ketika kita memhami konsep transfer energi dari suatu system kesistem
lain, sebagai contoh perbahan energy yang terjadi pada pesawat schurholtz. Alat
ini mempunyai prinsip mekanik, yaitu terjadi gesekan antara tali dengan
kalorimeter. Kita bisa mengidentifikasikan dari gesekan tersebut bisa
menghasilkan panas. Panas yang ditumbulkan oleh suatu gaya mekanik, aka
tetapi secara kualitatif belum bisa disetarakan secara matematis Dalam hal
penyetaraan secara matematis kita memerlukan suatu konstanta pembanding.
Sehingga secara kualitatif bisa kita bisa pecahkan persamaan matematisnya.
II. TEORI DASAR
Bila dua system yang temperaturenya berbeda-beda dipersatukan bersama,
maka temperature akhinya yang dicapai oleh kedua system itu berada dalam
duasistem permulaan temperature tersebut. Hal ini merupakan suatu pengamatan
yang lazim, samapai abad kesembilan belas manusia mendalihkan bahwa suatu
zat bahan ( substance material) yakni kalorik (caloric), terdapat dalam setiap
benda. Pada saat itu manusia mempercayai bahwa kalor yang tetingi berada pada
suatu benda yang memunyai temperature tinggi. Akan tetapi teori kalor yang
secara zat tidak bisa dibuktikan secara eksperimen. Pada saat ini orang
mendefinisikan bahwa kalor adalah sesuatu yang dipindahkan dari suatu sistem
dan sekelilingnya sebagai akibat darii perbedaan temperatur. Akhirnya diketahui
bahwa kalor merupakan suatu bentuk tenaga bukan sebah zat. Orang pertamakali
menyampaikan hal ini adalah Benjamin Thompson (1753-1814) orang Amerika
yang kemudian dikenal sebgai count Rumford.
Jolue adalah orang yang memperlihatkan dengan eksperimen bahwa jika
suatu kuantitas tenaga mekanis yang diberikan diubah menjadi kalor yang sama
selalu dikembangkan. Jadi kesetaraan kalor dan kerja mekanis sebagai dua buah
bentuk tenaga telah diperlihatkan secara pasti.
Helmholtz pertama kali menayatakan secara jelas pemikirannya bahwa
bukan hanya kalor dan tenaga meaknis melainkan semua bneruk tenaga tidak
bisa lenyap tanpa munculnya sejumlah tenaga yang sama dalam suatu bentuk
tenaga lain.
Kuantitas Kalor dan Kalor Jenis
Satuan kalor Q bisanya didefinisikan secara kuantitatif. Aklori merupakan
satuan dari kalor. Dalam system teknik mengenal satuan kalor adalah satuan
termal Inggris (British Thermal Unit) yang didefinisikan sebagai kalor yang
diperlukan untuk menaikan temperatur sat upon air dari 63-640 F.
Zat-zat berbeda dalam satu sama lain didalam kuantitas banyaknya kalor
yang diperlukan untuk menghasilkan suatu kenaikan temperature yang diberikan
di dalam sebuah massa yang diberikan. Perbandingan bnyaknya suatu massa
kalor ∆Q yang diberikan terhadap suatu benda untuk menaikan temperaturnya
sebanyak ∆T dinamakan kapasitas kalor C ( heat capacyti C) dari benda tersebut.
Yakni ¿∆ Q∆ T
.
Kapasitas kalor persatuan massa sebuah benda , yang dinamakan kalor
jenis (specific heat) adalah cirri dari bahan yang membentuk dari benda tersebut.
c= ∆ Qm ∆ T
.
Baik kapasitas kalor sebuah bahan maupun kapasitas kalor seuah benda
tidaklah kosntan tetapi tergantung tempat interval temperature tersebut.
Persamaan-persamaan diatas hanya memberikan nilai rata-rata untuk kuantitas-
kuantitas ini didalam jangkauan nilai temperatur sebesar ∆T. Didalam ∆ T lim❑→
0,
kita hanya mengenal kalor jenis pada suatu temperature T yang khas. Kalor yang
diberikan kepada sebuah benda yang massanya m, yang bahanya mempunyai
kapasitas panas c, untuk menaikan temperaturnya dari T i menjadi T f dengan
menganggap ∆ T ≪T i−T f adalah Q=∑ ∆ Q=∑Tf
Ti
mc ∆ T
Di dalam batas differensil maka persamaan ini menjadi ¿m∫Ti
Tf
cdT , dengan
c adalah suatu fungsi dari temperatur. Pada temperature-tempertur biasa, maka
kalor jenis ini dapat dianggap sebagai kosntanta..
Joseph Black dengan percobaan kalorimeter-nya menemukan bahwa
banyknya kalor yang diserap benda yang dingin Q1 sama dengan banyaknya
kalor yang dilepas oleh benda yang panas Q2, Q¿ pas=Qterima . Persamaan ini
dikenal dengan Asas Black atau hukum kekekalan energi kalor yang menyatakan
bahwa kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan.
Tara Mekanik-Kalor
Berdasarkan pengamatan Thompson menyimpulkan bahwa kalor
dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis (misalnya gesekan).
Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menikkan suhu air sebesar 10C. Menindaklanjuti apa yang telah disimpulkan oleh
Thompson, James Prescot Joule melakukan percobaan untuk menghitung jumlah
energi mekanik yang ekivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori. Berdasarkan teori
bahwa energi potensial yang hilang sama dengan energi kalor yang muncul,
diperoleh nilai tara mekanik kalor, yaitu ekivalensi energi mekanik dengan
energi kalor.
1 kalori = 4,184 joule
Untuk menunjukkan terjadinya fenomena pertukaran energi, dalam
percobaan ini digunakan pesawat schurholtz. Pesawat Schurholtz didasarkan
Katrol, pada engkolnya diisi termometer,
beban
Pegas
pada asas Black yang menyatakan bahwa kalor yang diberikan akan sama dengan
kalor yang diterima jika sistem tersebut dalam kondisi adiabatik prinsip kerja alat
ini adalah merubah energi mekanik hasil perputaran menjadi energi kalor yang
ditimbulkan oleh efek gesekan selama terjadinya perputaran.
Dari gambar di atas kita dapat melihat bahwa pada lilitan pita tembaga
yang diberi beban diperoleh usaha sebesar :
W =F . s =m .g .π . D .n
Karena satuan usaha dinyatakan dalam joule (J) untuk energi mekanik, dan
kalori (kal) untuk energi panas, maka diperlukan penyetara antara kedua besaran
energi tersebut yaitu tara mekanik kalor e (kal/J), sehingga untuk energi panas
yang dilepaskan menjadi :
Q≃e .W =e .m . g . π . D . n
kalor yang diterima oleh air :
Q1=(ma . ca ) . ΔT
kalor yang diterima oleh pita tembaga dan kalori meter :
Q2=mkal .c t . ΔT
Menurut asas black kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima
sehingga :
Q=Q1+Q2
e . m . g .π . D .n=(ma . ca ) . ΔT +(mkal .c t ) . ΔT
e . m . g .π . D .n=[ (ma . ca )+(mkal .c t ) ]. ΔT
e=[ (ma .ca )+(mkal . ct ) ]. ΔT
m . g . π . D . n
Jadi tara antara energi mekanik dan energi panas dapat diketahui dengan
persamaan :
e=(ma ca+(mp+mkal )c t ) ΔT
nM g πD kal
Dimana :
W = usaha (joule)
F = gaya (newton)
s = jarak (meter)
e = tara mekanik panas (kal/j)
ma = massa air (kg)
ca = kalor jenis air (kal/kg.C)
mkal= massa kalorimeter tembaga (kg)
T = perbedaan waktu selama n putaran (sekon)
n = banyak putaran
M = massa beban (kg)
g = percepatan grafitasi (m/s)
D = diameter kalori tembaga (m)
Karena adanya perputaran pada pesawat tersebut maka pita nilon akan
memberikan gesekan pada kalorimeter yang dipasang sehingga akan timbul kalor
pada kalorimeter tersebut yang diakibatkan gesekan tadi.
Oleh karena aksi = reaksi, maka dinding kalorimeter itu bekerja gaya yang
jumlahnya sama dengan berat beban G. Usaha yang dilakukan untuk satu putaran
sama dengan hasil kali berat G dengan keliling kalorimeter itu. Usaha mekanik ini
berubah menjadi panas yang akan menaikkan temperatur pita dan kalorimeter.
III. PERCOBAAN
III.1. Alat dan Bahan
Dalam praktikum menetukan tara mekanik kalor ini diperlukan alat dan
bahan sebagai berikut:
Katrol, pada engkolnya diisi termometer,
beban
Pegas
1. Pesawat Schurholz, terdiri dari bagian : Beban, engkol pemutar, pita
nilon, kalorimeter dan pegas pengait.
2. Thermometer
3. Neraca timbangan
.
III.2. Metode Eksperimen
Pada Praktikum tara mekanik kalor ini, dengan menggunakan pesawat
schurhorltz, dengan melilitkan pita nilon terhubung pada pegas, lalu digantungkan
beban seberat 5 kg, dan calorimeter diputar di engkol, sehingga terjadi gesekan
yang menimbulkan panas.
Adapun langkahnya sebagai berikut:
1. Menimbang calorimeter
2. Mengukur diameter calorimeter
3. Memasang calorimeter pada engkol
4. Mellitkan pita nilon sebnyak 2 lilitan
5. Memasang beban 5 kg pada pita nilon bagian bawah
6. Memasukan ujung probe thermometer pada calorimeter
7. Mencatat perubahan suhu
8. Memutar calorimeter dengan perioda yang konstan
9. Mencatat kenaikan suhu setiap 20 putaran
10. Mengulang percobaan untuk calorimeter jenis logam lain
Berdasarkan tabel diatas kita bisa menghitung tara nekanik panas dengan rumus:
e= ΣeN
Δ e−
= √ Σ ei2 − N (e )2
N - 1
Tara mekanik-kalor terbaik tembaga dengan 2 lilitan:
e=mc kalorimeter ΔT
nMg πDka lim eter
e=0 . 8493∗92∗25 .320∗5∗10∗3 . 14
e=3 .57550780225
e=0 . 143020312 kal/Jouole
Δ e−
= √ 3 .575507802 − 25 (0 . 143020312 )2
25 - 1=0 .193473689
Dengan cara yang sama, maka didapat:
Tembaga
2 lilitan 3 lilitan
e (kal / J ) Δ e( kal /J ) e (kal / J ) Δ e( kal /J )0.01912
670.002212 0.1430203
120.1934736
89
Alumunium Besar
2 lilitan 3 lilitan
e (kal / J ) Δ e( kal /J ) e (kal / J ) Δ e( kal /J )
0.0158943
0.0046660.202146
20.273457
Alumunium kecil
2 lilitan 3 lilitan
e (kal / J ) Δ e( kal /J ) e (kal / J ) Δ e( kal /J )
0.01917382
0.0016990.094796
30.128238
Membandingkan denga literatur
e literatur = 0,024
KSR = |e literatur−ehitung
eliteratur
| x 100 %
KP=100 %−KSR
Membandingkan Tara mekanik-kalor tembaga
KP=100 %−20 .30532 %=79. 69468 %
Dengan cara yang sama, maka diperoleh:
Tembaga2 liltan 3 lilitan
KSR KP KSR KP20.30532 79.69468 21.30532 78.69468
Aluminium Besar2 liltan 3 lilitan
KSR KP KSR KP15.77243 84.22757 17.789 82.211
Aluminium Kecil2 liltan 3 lilitan
KSR KP KSR KP20.1090757 79.8909243 19.567 80.433
Grafik Kenaikan Suhu terhadap Banyak Putaran
A. 2 Lilitan1. Kalorimeter Tembaga
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (C
elciu
s)
2. Kalorimeter Aluminium Besar
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
0.0005.000
10.00015.00020.00025.00030.00035.000
Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (c
elciu
s)
3. Kalorimeter Aluminium Kecil
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
0.005.00
10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00
Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (C
elci
us)
B. Tiga Lilitan
- Tembaga
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (C
elciu
s)
- Aluminium Besar
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
0.0005.000
10.00015.00020.00025.00030.00035.000
Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (c
elciu
s)
- Aluminuim Kecil
20 60100
140180
220260
300340
380420
460500
05
10152025303540
Grafik Kenaikan Suhu Terhadap Putaran
Banyak Putaran
Kena
ikan
Suh
u (C
elci
us)
Menghitung Tara Mekanik Berdasarkan Grafik
Y = at x + bt
T = e .
M . π . g . DkalMkal . Ckal n + bt
jadi ; at = e .
M .π . g . DkalMkal . Ckal dimana
at=NΣ (n. ΔT )−Σn . ΣΔT
NΣn2−( Σn)2
e=at ( Mkal .Ckal )( M . π . g . Dkal )
at=(24∗20766 )−(6500∗758.7)
(24∗2210000 )−65002
¿¿¿
¿
e=(0.00486∗0.8493∗92 )
(5∗3.14∗10∗0.486 )
e= 1.158875 ka/Joule
Membandingkan dengan hasil no 1.
Tara meknik pana (e) pada percobaan satu 0.0191267 kal/Joule sedangkan e pada grafik 1.158875 kal/Joule
terjadi KSR 598 sangat besar sekali. Jika dibandingkan dengan literature KSR sebesar 382.
Analisa Terhadap Grafik
Berdasarkan Grafik di atas, kenaikan suhu berbanding lurus dengan kenaikan jumlah putaran, sehingga terjadi hubungan linieritas antara perubahan suhu dan banyaknya putaran. Semakin banyak putaran yang diberikan semakin besar suhu yang diperoleh, dengan putaran yang konstan, kenaikan suhunya juga konstan.
Menghitung kalor yang diserap oleh Pita Nilon
W.e = Qkalorimeter + Qpita
Qpita=e( M . g .n . π . D )−(m . c . ΔT )
Kalor yang diserap pita nilon untuk tembaga dengan 2 lilitan: