PENGUKURAN KESETARAAN KALOR LISTRIK.pdf PDF

Preview

Summary

PENGUKURAN KESETARAAN KALOR LISTRIK Elinda Prima F.D1, Ulfa Sa’datul U2, dan Galih Setyawan, M.Sc3 Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia Sekip Utara PO BOX BLS. 21 Yogyakarta 55281, Indonesia Email : [email protected] 1 , ulf...

Description

PENGUKURAN KESETARAAN KALOR LISTRIK Elinda Prima F.D1, Ulfa Sa’datul U2, dan Galih Setyawan, M.Sc3

Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia Sekip Utara PO BOX BLS. 21 Yogyakarta 55281, Indonesia Email : [email protected] 1 , [email protected] 2 , [email protected] 3 Abstrak. Telah dilakukan praktikum pengukuran kesetaraan kalor listrik. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengukur kesetaraan kalor listrik dengan cara menaikkan suhu air dengan kalor listrik. Hukum kekalan energi kalor (azas black) menyatakan bahwa “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat bersuhu rendah.” Maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan calorimeter. Dalam praktikum ini praktikan mengukur suhu ruang yang digunakan untuk melaksanakan praktikum. Setelah mengukur suhu ruangan,pada percobaan pertama calorimeter diberi air yang suhunya beberapa derajat dibawah temperature kamar, pastikan menimbang calorimeter dalam keadaan kosong dan dalam keadaan terisi air kemudian ukur tegangan yang terjadi pada setiap kenaikan suhu yang konstan misal 0.5o C sampai didapatkan Sembilan data pengukuran. Gunakan stopwatch selama pengukuran berlangsung yang mana waktu selama pengukuran berlangsung digunakan untuk mengetahui perubahan waktu yang terjadi pada setiap perubahan suhu dan nantinya digunakan dalam perhitungan kesetaraan kalor listrik. Lakukan percobaan kedua dengan massa air yang digunakan lebih rendah dari massa air pada pengukuran pertama, dan jangan lupa untuk menimbang massa air pada praktikum kedua. Setelah dilakukan pengukuran dan diperoleh data hasil pengukuran, kemudian praktikan menghitung besarnya kesetaraan kalor listrik beserta ralat . Pada praktikum ini didapatkan hasil pengukuran kesetaraan kalor listrik dari perhitungan dengan menggunakan persamaan a ± ∆a, pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1 ± ∆a1 yaitu

( -35960 ± 20211 ), dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil

perhitungan a2 ± ∆a2 yaitu (- 7579 ±20.211). Pada praktikum ini perhitungan kesetaraan kalor listrik juga dihitung dengan menggunakan metode grafik. Pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1±∆ a1 yaitu (1864± 49) dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil perhitungan a2±∆ a2 yaitu (2526,7 ± 2,5). Kata kunci : kesetaraan kalor listrik

1. Pendahuluan Kalor adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah ketika benda itu saling berhubungan. Benda yang menerima kalor, suhunya akan naik sedangkan benda yang melepas kalor, suhunya akan turun. Hukum kekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan dan diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk energi kebentuk 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. Kesetaraan panas-energi mekanik pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadi panas dengan cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada dalam kalorimeter.

Hukum kekalan energi kalor (azas black) menyatakan bahwa “Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat bersuhu rendah.” Maka energi listrik yang dilepaskan akan diterima oleh air dalam kalorimeter dan kalorimeter itu sendiri, sehingga akan terjadi perubahan panas pada air dan kalorimeter. Adapun besarnya nilai kesetaraan kalor listrik dapat dinyatakan dengan

γ =(

.

..

.

)(

)

………[ 3 ]

keterangan: γ = kesetaraan kalor ma = massa air dalam calorimeter (gram) ca = kalor jenis air (kal/gr oC) mk = massa calorimeter (gram) ck = kalor jenis calorimeter (kal/gr oC) ta = suhu akhir (oC) t = suhu awal (oC)

2. Tinjauan Pustaka Pada jurnal yang berjudul . Modelling Nonlinear Thermoacoustic Instability in an Electrically Heated Rijke tube. Oleh Sathesh Mariappan dan R. I. Sujith. Jurnal ini berisi percobaan mengenai Sebuah analisis ketidakstabilan thermoacoustic dilakukan untuk tabung Rijke horisontal dengan resistansi pemanas listrik sebagai sumber panas. Dalam analisis ini, kopling antara bidang akustik dan pelepasan panas goyah tingkat dari pemanas muncul dari analisis asimtotik. Selain itu, non-sepele Istilah tambahan, disebut sebagai istilah-percepatan global, muncul dalam momentum persamaan zona hidrodinamik, yang memiliki konsekuensi serius bagi stabilitas dari sistem. Istilah ini dapat diartikan sebagai gradien tekanan diterapkan dari akustik ke zona hidrodinamik. Stabilitas asimtotik dari sistem dengan variasi parameter sistem disajikan dengan menggunakan diagram bifurkasi. menurut angka simulasi dilakukan dengan menggunakan teknik Galerkin untuk zona akustik dan teknik CFD untuk zona hidrodinamik. Hasil mengkonfirmasi pentingnya istilah-percepatan global. …….[ 1 ] Pada jurnal yang berjudul Effects of Heat Reservoir Temperatures on the Performance of Thermoelectric Heat Pump Driven by Thermoelectric Generator oleh Fankai Meng, Lingen Chen dan Fengrui Sun. Dalam jurnal ini menganalisis efek dari suhu sumber pembangkit panas dan panas memompa suhu pemanasan pada kinerja yang optimal dan variabel optimal dari sistem gabungan untuk properti elemen thermoelectric khas menggunakan kombinasi termodinamika waktu yang terbatas dan non-ekuilibrium termodinamika oleh contoh numerik rinci. Total jumlah tetap elemen thermoelectric dan tetap Total konduktansi termal penukar panas, alokasi dari elemen thermoelectric antara generator thermoelectric dan pompa panas termoelektrik, dan konduktansi termal antara empat penukar panas, yang dioptimalkan untuk beban pemanasan maksimum dan koefisien kinerja (COP), masing-masing. Fitur perubahan variabel desain yang optimal diperoleh. Hasil simulasi numerik menunjukkan optimasi yang diperlukan dan efektif. Oleh karena itu optimasi, beban pemanasan, COP dan suhu pemanasan ekstrim ditingkatkan. …… [ 2 ] Sedangkan praktikan dalam praktikum ini melakukan praktikum tentang pengukuran kesetaraan kalor listrik.

3. Metode Penelitian 1. Alat dan Bahan -

DC Voltmeter, 6V, fsd DC Ampermeter, 5A, fsd Thermometer Sumber Daya 12 V, 5 A Pemanas Pengaduk Stopwatch Air Kran

2. Skema Percobaan Gambar 1.1 Skema Percobaan

air

pemanas

3. Langkah Percobaan a. Kalori meter kosong ( bejana dalam ) ditimbang. Kemudian didisi air sampai kira – kira kawat pemanas tercelup. Calorimeter yang sudah terisi air kemudian di timbang. Massa air adalah selisih dari penimbangan ini. b. Temperature kamar ( T0 ) dicatat. Kalorimeter didinginkan didalam lemari es atau tambahkan air dingin sampai beberapa derajat di bawah temperatur kamar. Jangan terlalu dingin. c. Kalorimeter dipasang.

d.

Rangkaian dipasang sesuai dengan skema percobaan. Jangan dihubungkan dengan sumber sebelum di periksa asisten. Setelah diperiksa hubungkan dengan sumber.arus diatur kira – kira 2 ampere. Diaduk pelan – pelan kemudian temperature mula – mula dicatat (Tm ). Dihitung berapa beda temperature mula – mula ini terhadap temperature kamar. Beda temperature ini ditambahkan dengan temperature kamar untuk menentukan temperature akhir. Tegangan diamati setiap kenaikan suhu 0.5o C hingga didapatkan 10 data percobaan. Ulangi percobaan tersebut dengan massa air kurang dari massa air pada percobaan pertama.

e. f.

g. h.

4. Hasil dan Pembahasan a. Data Hasil 1.

Hasil pengamatan pertama Pengukuran pertama percobaan yakni pada saat peralatan percobaan disusun seperti pada gambar skema 1 tetapi pada pengamatan pertama praktikan menggunakan massa air terbesar yang digunakan sebagai m1. Berikut ini merupakan data yang diperoleh saat melakukan pengamatan pertama: Tegangan Trafo V = 10,78 V Arus I = 0,5 A Suhu Ruangan T = 26°C Massa kalorimeter kosong(tanpa pengaduk) = 85 gram = 0,085 kg Massa kalorimeter+air = 403 gram = 0,403 kg Massa air (m1) = 318 gram = 0,318 kg Interval suhu kamar = Δ T1 = 2°C Suhu awal Tm = T- Δ T1 = 24°C Suhu akhir = Ta= T+ Δ T1 = 28°C Waktu saat Tm ke Ta= t1 = 1184detik H =508 gram = 0,508 kg

Berikut ini adalah hasil data yang diperoleh dan disajikan dalam bentuk tabel 2.1 Tabel 2.1 Hasil Data Percobaan Kesetaraan Kalor Listrik Pengamatan Pertama

No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

t (detik) 0 185 189 193 405 439 501 588 1184

2. Hasil Pengamatan Kedua

T (°C) 24 24,5 25 25,5 26 26,5 27 27,5 28

Δ T (°C) 0 0,5 1,0 1,5 0,2 2,5 3,0 3,5 4,0

V (volt) 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 10,7 10,8 10,8

Pengukuran pertama percobaan yakni pada saat peralatan percobaan disusun seperti pada gambar skema1 tetapi pada pengamatan pertama praktikan menggunakan massa air terkecil yang digunakan sebagai m2. Berikut ini merupakan data yang diperoleh saat melakukan pengamatan pertama: Tegangan Trafo V = 2,272 V Arus I = 0,5 A Suhu Ruangan T = 24°C Massa kalorimeter kosong(tanpa pengaduk) = 86 gram = 0,086 kg Massa kalorimeter+air = 296 gram = 0,296 kg Massa air (m2) = 210 gram = 0,21 kg Interval suhu kamar = Δ T1 = 2°C Suhu awal Tm = T- Δ T1 = 22°C Suhu akhir = Ta= T+ Δ T1 = 26°C Waktu saat Tm ke Ta= t2 = 2625 detik H = 406 gram = 0,406 kg

Berikut ini adalah hasil data yang diperoleh dan disajikan dalam bentuk tabel 2.2 Tabel 2.2 Hasil Data Percobaan Kesetaraan Kalor Listrik Pengamatan Kedua No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

t(detik) 0 375 645 1055 1230 1495 1795 2085 2625

T (°C) 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 25,5 26

Δ T (°C) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4

V (volt) 2,29 2,30 2,30 2,30 2,28 2,30 2,24 2,22 2,22

Dari data yang diperoleh, selanjutnya praktikan melakukan perhitungan konstanta kesetaraan kalor listrik dengan menggunakan 2 cara yaitu: 1. menggunakan persamaan a ± Δ a a. Perhitungan pada pengamatan pertama a=

(

a=

( ,

a=

,

(

)

,

,

,

(

,

) )

( )

)

a = 49,91 (-720,5) a = -35960,155 = - 35960,16 Δ a=

((

Δ a=

((

Δ a=

((

Δ a=

(14772,59259) + (13793,40278)

Δ a=

218229491,9 + 190257960,3

Δ a=

408487452,2 = 20.211,07251 = 20.211

)( ,

,

,

2)

)( )

+ ((

2)

)( )

,

,

,

1)

)

+ ((

+ ((

,

,

,

)( ,

,

2)

)

2)

)( )

,

2)

)( )

Jadi nilai a1± Δ a1 pada perhitungan menggunakan persamaan pertama adalah = - 35960 ± 20211 b. Perhitungan pada pengamatan kedua a=

(

a=

( ,

a=

(

) ,

, ,

,

,

) )

(

(

)

)

a = 10,52 (-720,5) a = - 7578,59 = - 7578,6 Δ a=

((

Δ a=

((

Δ a=

((

Δ a=

(14772,59259) + (13793,40278)

Δ a=

218229491,9 + 190257960,3

Δ a=

408487452,2 = 20.211,07251 = 20.211

)( ,

,

,

,

,

,

)( )

)

)( )

2)

1)

+ ((

2) + ((

+ ((

,

,

,

)( ,

,

)( )

,

)( )

2)

2)

)

2)

Jadi nilai a2 ± Δ a2 pada perhitungan menggunakan persamaan pertama adalah = - 7579 ±20.211

2.

Perhitungan dengan metode grafik a=

a=

( 1+ )

( 1+ )

m

a. Pada Perhitungan Pengamatan Pertama Berdasarkan pada tabel 2.1 Data disajikan dalam bentuk grafik analisa untuk nilai gradien serta tabel . Berikut tabel dan grafik yang disajikan dalam gambar 1.2 Grafik 1.2 Grafik Hubungan Antara Suhu dan Waktu

2

m= m=

2

1

m1 =

1

2 1,5

403 263

m= m=

|

=

,

140

= 0,0035

1 |+ |

2|

2

|0,0035 0,001|+ |0,0035 0,005| 2

m1 =

2 2

1

m2 =

1

3 2,5

500 450

=

0,5 50

= 0,01

m2 =

2 2

1

1

1 0,5

195 185

=

0,5 10

= 0,05

m= a= a=

|0,0065|+ |0,0463 | 2

= 0,0265

( 1+ ) 10,78

0,5

(0,318+0,508)0,0035

a= a= a=

=

10,78

0,5

(0,318+0,508)0,0035 5,39

= 1864,4

m

( 1+ )

0,002891

5,39

0,002891

0,0265

0,0265= 49,4

Jadi nilai (a ± a) yang dihitung dengan menggunakan metode grafik adalah = (1864± 49) b. Perhitungan pengamatan kedua Grafik 1.3 Grafik Hubungan Antara Suhu dan Waktu

2

m= m=

1

2

m1 =

1

,

2085 1205

m=

|

=

1 |+ | 2

0,5

880

= 0,00056

2|

m1 =

2 2

1

m2 =

1

3 2,5

1795 1495

=

0,5

300

= 0,0016

m2 =

2 2

1

1

1,5 0,5

1055 410

=

1

645

= 0,0015

m= m= a= a=

2

|0,00104|+ |0,00094 | 2

=0,00099

( 2+ ) 2,272

0,5

(0,21+0,406)0,00056

a= a=

|0,00056 0,0016|+ |0,00056 0,0015 |

( 2+ ) 2,272

1,136

0,0004496

1,136

0,0004496

= 2526,69

m 0,5

(0,21+0,406)0,00056

a=

=

0,00099

0,00099= 2,50

Jadi nilai (a2 ± a2) yang dihitung dengan menggunakan metode grafik adalah = (2526,7 ± 2,5) b.

Pembahasan

Telah dilakukan praktikum pengukuran kesetaraan kalor listrik pada tanggal 15 April 2016, tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengukur kesetaraan kalor listrik. Pada praktikum ini praktikan mengukur waktu dan suhu. Dalam praktikum ini praktikan mengukur tegangan yang terbaca pada multimeter dengan memvariasikan suhu dengan kenaikan suhu tetap selama pengukuran praktikan harus mengukur waktu yang dibutuhkan untuk menaikan suhu air. Dalam praktikum ini setelah didapatkan data pengukuran, praktikan mencari nilai kesetaran kalor listrik dengan menggunakan rumus yang telah ditentukan. Dalam melakukan perhitungan kesetaraan kalor listrik dapat menggunakan dua cara yaitu dengan menggunakan persamaan a ± ∆a dan dengan menggunakan metode grafik. Dari perhitungan dengan menggunakan persamaan a ± ∆a, pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1 ± ∆a1 yaitu ( -35960 ± 20211 ), dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil perhitungan a2 ± ∆a2 yaitu (- 7579 ±20.211) swdangkan dari perhitungan dengan menggunakan metode grafik. Pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1±∆ a1 yaitu (1864± 49) dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil perhitungan a2±∆ a2 yaitu (2526,7 ± 2,5). Dalam praktikum ini terdapat banyak factor yang menyebabkan hasil pengukuran kurang akurat yaitu ruangan yang dipakai untuk praktikum berAC sehingga mempengaruhi proses berlangsungnya praktikum dan memperlambat proses kenaikan suhu. Calorimeter yang digunakan dalam pengukuran tidak dapat tertutup dengan rapat sehingga proses kenaikan suhu berlangsung sangat lama dan dipengaruhi oleh suhu ruanga yang ber AC. Dalam praktikum sebaiknya hal – hal yang dapat mempengaruhi proses berlangsungnya pengukuran dapat diminimalisir, sehingga data pengukuran yang dihasilkan lebih akurat.

5. Kesimpulan Pada praktikum ini didapatkan hasil pengukuran kesetaraan kalor listrik dari perhitungan dengan menggunakan persamaan a ± ∆a, pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1 ± ∆a1 yaitu ( 35960 ± 20211 ), dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil perhitungan a2 ± ∆a2 yaitu (- 7579 ±20.211) . Pada praktikum ini perhitungan kesetaraan kalor listrik juga dihitung dengan menggunakan metode grafik. Pada pengukuran pertama didapatkan hasil perhitungan a1±∆ a1 yaitu (1864± 49) dan pada pengukuran kedua didapatkan hasil perhitungan a2±∆ a2 yaitu (2526,7 ± 2,5).

6. Daftar Pustaka [1]

Mariappan Sathesh dan R. I. Sujith.2011. J. Fluid Mech. (2011), vol. 680, pp. 511–533. c_ Cambridge University Press 2011 doi:10.1017/jfm.2011.176. Modelling Nonlinear Thermoacoustic Instability in an Electrically Heated Rijke tube. Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Technology Madras, Chennai 600036, India.

[2]

Meng Fankai, Lingen Chen dan Fengrui Sun.2011. International Journal of Low-Carbon Technologies 2010, 5, 273–282 # The Author 2010. Published by Oxford University Press. Effects of Heat Reservoir Temperatures on the Performance of Thermoelectric Heat Pump Driven by Thermoelectric Generator. Postgraduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, People’s Republic of China.

[3]

Serway Raymond A, dan Jewett John W. 2010. Physics for Scientist and Engineers with Modern Physics. Eight edition. United of America : Brooks / Cole

LAMPIRAN

1. Pengertian Kesetaraan Kalor Listrik Istilah panas dalam pengertian sehari hari sedikit berbeda dengan istilah panas dalam pengertian fisika. Pada kehidupan sehari hari panas tertuju pada benda yang mempunyai suhu yang tinggi. Pengertian panas dalam bidang fisika merupakan identifikasi dari energi ke energi lain karena adanya perubahan suhu. Perpindahan energi inilah yang di sebut kalor. Kalor adalah energi yang terjadi dari suatu zat yang bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah ketika benda tersebut saling bersentuhan.Kemampuan setiap benda atau zat untuk menyerap kalor berbeda beda, hal ini terjadi karena perbedaan kalor jenisnya yang menyatakan jumlah kalor yang bias di terima setiap kilogram benda dan kenaikan suhunya.Untuk menghitung jumlah perpindahan energi kalor ke energi lisrik dan sebaliknya, Hal ini di sebut dengan tara kalor listrik. Sehingga di ketahui beberapa jumlah energi produk yang di hasilkan.Teori yang melandasi tentang tara kalor listrik adalah hukum joule dan azas black, di mana suatu energi dapat berubah bentuk mejadi energi yang lain. Sehingga di kenal adanya kesetaraan antara pana...