Laporan Praktikum Termometer Gas Volume Konstan
www.hajarfisika.com
I. Latar Belakang
Hukum mengenai termodinamika tidak pernah lepas dari variabel suhu, tekanan, dan volume. Persamaan yang dihasilkan sangatlah unik, lantaran dengan mengubah 2 variabel tertentu dan 1 variabel konstan maka akan didapatkan hasil persamaan yang berbeda-beda. Dari keterkaitan 3 variabel tersebut sanggup diaplikasikan sebagai termometer gas volume tetap. Dimana dengan menjaga volumenya konstan (tetap), ketika temperature (suhu) diubah maka akan terjadi perubahan pula pada tekanannya(Zemansky,1954).
Oleh lantaran itu dilakukanlah percobaan termometer gas volume konstan ini, untuk sanggup memahami lebih dalam mengenai termometer gas volume konstan serta mengaplikasikannya.
II. Tujuan Percobaan
2.1 Untuk menginvestigasi hubungan antara variabel termodinamik suhu dan tekanan suatu gas (udara) pada volume tetap
2.2 Untuk memilih nilai nol mutlak dan dibandingkan dengan nilai referensi
III. Dasar Teori
Termometer gas volume tetap merupakan termometer yang dibuat menurut pada perubahan tekanan gas lantaran adanya perubahan temperatur (suhu) dengan menjaga tetap volumenya. Jadi, pada temperatur gas volume tetap, thermometric propertynya yakni tekanan gas (P), lantaran tekanan gas tidak sanggup terlihat maka yang sanggup terukur dari thermometer ini yakni perubahan panjang kolom air raksa sebagai sesuatu yang berubah jawaban interaksi termal(Moran,2004).
Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu dimana semua tumbukan antara atom atau molekul bersifat lentur tepat dan dimana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul. Sesuatu sanggup memvisualkan sebagai kumpulan bola tepat keras yang bertabrakan tetapi dinyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas ibarat itu, semua energi internal dalam bentuk energi kinetik dan perubahan energi internal diserta dengan perubahan suhu. Gas ideal sanggup dicirikan oleh tiga variabel keadaan yaitu, tekanan mutlak (P), volume (V), dan suhu mutlak (T) dengan persamaan sebagai berikut :
PV = nRT = NKT ..........(1)
Hukum gas ideal sanggup dipandang ketika muncul dari tekanan kinetik molekul gas bertabrakan dengan dinding wadah sesuai dengan Hukum Newton. Tetapi terdapat pola unsur statistik dalam penentuan energi kinetik rata-rata molekul. Suhu diambil secara proporsional dengan energi kinetik rata-rata molekul dan memanggil gagasan perihal temperature-kinetik. Satu mol gas ideal pada keadaan STP menempati 22,4 liter(Jorena,2009).Untuk memperbaiki keadaan gas ideal pada suhu dan tekanan tertentu, pada tahu 1873 fisikawan asal Belanda berjulukan Johaner Diderik Van Der Waals mengusulkan persamaan gas yang dikenal dengan persamaan Van Der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambah faktor koreksi pada volume dan tekanan. Volume memerlukan faktor koreksi lantaran partikel-partikel gas faktual mempunyai volume yang tidak sanggup diabaikan, sehingga Van Der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekul-molekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhatikan ukuran partikel-partikel gas, dengan persamaan :
Videal = Veksternal - nb ..........(2)
Videal merupakan volume gas ideal, Veksternal yakni volume yang terukur pada waktu percobaan, n yaitu jumlah mol, dan b yakni konstanta Van Der Waals. Faktor koreksi yang kedua yaitu tekanan, maka besar jumlah molekul persatuan volume, maki besar jumlah tumbukan yang dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik-menarik yang dialami oleh molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah, lantaran itu faktor koreksi untuk tekanan yakni a(n2/V2) dengan a yakni konstanta, dan n merupakan jumlah mol gas. Dengan memasukan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka diperoleh persamaan Van Der Waals sebagai berikut :
Bila dibandingkan dengan persamaan ideal, persamaan Van Der Waals ini sanggup dipakai pada gas faktual dengan besaran suhu dan tekanan lebih besar. Disamping itu juga, persamaan Van Der Waals sanggup menjelaskan penyimpangan faktual dan gas ideal. Walaupun demikian, persamaan Van Der Waals ini belum sanggup secara tepat menggambarkan sifat-sifat gas sehingga dipakai persamaan lain yang dikenal dengan persamaan Virial(Irwansyah,1997).
Termometer gas yang hampir tepat yakni termometer gas volume konstan. Prinsip kerja termometer gas volume konstan yaitu volume gas dijaga semoga selalu tetap atau tidak berubah, ketika suhu bertambah, tekanan gas juga bertambah
Didalam pipa 1 dan pipa 2 terdapat air raksa. Volume gas dijaga semoga selalu tetap dengan cara menaikkan atau menurunkan pipa 2 sehingga permukaan air raksa dalam pipa 1 selalu berada pada tanda acuan. Jika suhu meningka tekanan gas dalam tabung juga meningkat. Dikarenakan pipa 2 harus diangkat lebih tinggi semoga volume gas selalu konstan. Tekanan gas sanggup diketahui dengan membaca tinggi kolom air raksa (h) dalam pipa 2(Vienik,1991).
Nol mutlak atau nol diktatorial yakni suhu dimana molekul tidak bergerak (relatif terhadap molekul lain secara keseluruuhan). Berada pada temperature (suhu) yang rendah mempunyai konsekuensi termodinamika, misalnya pada nol diktatorial semua gerakan molekular tidak berhenti tetapi tidak mempunyai energi yang cukup untuk berpindah ke sistem lain. Oleh lantaran itu sanggup dikatakan bahwa pada temperatur nol kelvin energi molekular bernilai minimal. Dengan melaksanakan ekstrapolasi sanggup ditentukan bahwa pada suhu -273,15°C tekanan mutlak gas sama dengan nol, ini berlaku untuk sembarang gas. Hasil ekstrapolasi suhu pada tekanan nol ini selanjutnya dipakai sebagai dasar skala suhu dengan nilai nol pada suhu tersebut. Hal ini dikenal dengan skala suhu kelvin(Holman,2006)
0 K = -273,15°C dan 273,15°C = 0°C ..........(4)
TK = TC + 273,15 ..........(5)
Regresi linier atau metode kuadrat terkecil yakni salah satu metode untuk memilih garis lurus terbalik dari sebaran data yang mempunyai atau dibuat mempunyai kecenderungan mendekati garis lurus atau persamaan linear. Metode ini dianggap sebagai metode terbaik dengan penyimpangan terkecil jikalau dibandingkan dengan metode-metode lainnya, lantaran metode kuadrat terkecil mermperhitungkan aspek penyimpangan atau kesalahan secara persamaan statistika dengan persamaan sebagai berikut :
y = a + bx ..........(6)
dengan x dan y merupakan variabel bebas, sedangkan a dan b merupakan parameter(Cromer,2006).
Dalam matematika, ekstrapolasi yakni proses memperikarkan nilai suatu variabel melampaui interval pengamatan aslinya menurut hubungannya dengan variabel lainnya. Ekstrapolasi ibarat dengan interpolasi yaitu menghasilkan asumsi diantara hasil pengamatan yang diketahui, namu ekstrapolasi rentan terhadap ketidakpastian yang lebih tinggi dan terhadap resiko yang lebih tinggi dalam menghasilkan yang tidak bermakna. Ekstrapolasi sanggup diartikan memperluas metode, yaitu mengasumsikan metode yang ibarat dan sanggup diaplikasian(Petrucci,2006).
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Kontainer gas (1 buah), berfungsi sebagai wadah untuk menampung gas
b. Water Bath (1 buah), berfungsi sebagai wadah untuk menampung air yang nantinya air tersebut ditambah dengan air panas untuk memperhatikan antara kenaikan suhu dengan kenaikan tekanan
c. Pipa U (1 buah), sebagai objek percobaan yang menghubungkan antara kontainer gas dengan sisi terbuka yang bertindak sebagai reservoir
d. Selang (1 buah), sebagai penghubung antara komponen, baik kontainer gas dengan pipa U mapupun pipa U dengan reservoir
e. Alkohol (secukupnya), sebagai indikator perubahan suhu
f. Milimeter blok (secukupnya), untuk menandai perubahan ketinggian air raksa yang menawarkan perubahan suhu
g. Air panas (secukupnya), berfungsi sebagai materi pembanding antara kenaikan suhu dengan kenaikan tekanan
4.2 Gambar Alat dan Rangkaian Alat
4.3 Langkah Kerja
4.4 Metode Grafik
V. Data dan Analisa
5.2 Analisa Data
Prinsip kerja pada percobaan ini yakni dengan cara menjaga volume gas semoga selalu konstan atau tidak berubah, yaitu melalui menaikan atau menurunkan pipa 2 (yang terhubung dengan reservoir) sehingga permukaan alkohol dalam pipa 1 (yang terhubung dengan kontainer gas) selalu berada pada tanda atau garis acuan, alasannya ketika suhu gas bertambah, tekanan gas juga bertambah. Tekanan gas sanggup diketahui dengan membaca selisih tinggi kolom alkohol antara pipa 2 dengan tanda pola pada pipa 1, kemudian selisih ketinggian ini (Δh) disubstitusi ke dalam persamaan tekanan gas, dan suhu gas didapatkan melalui pengukuran gas dalam kontainer memakai termometer.
Pada persamaan tekanan gas :
P = P0 + ρ.g.h ..........(1)
dengan ρ yakni massa jenis alkohol atau air raksa tergantung nilai dari P0, g yakni percepatan gravitasi, P0 adalah tekanan gas pada atmosfir dan h yakni ketinggian. P0 bernilai 76 cmHg (air raksa) setara dengan tekanan gas 1 atm, atau sanggup dimanipulasi menjadi 1290 cmC2H5OH (alkohol), yang berarti ketinggian maksimum yang sanggup dicapai alkohol yakni sebesar 1290 cm. Persamaan (1) diatas sanggup disederhanakan menjadi :
P = P0 + Δh ..........(2)
persamaan (2) dipakai untuk mempermudah perhitungan.
Percobaan ini memakai persamaan gas ideal (pada grafik) daripada gas van der waals (gas nyata), semoga perhitungan yang dilakukan lebih mudah. Walaupun bahwasanya gas ideal tidak pernah ada pada kehidupan nyata. Gas pada percobaan ini tidaklah ideal, hal ini disebabkan oleh terpancarnya panas yang keluar jawaban kontainer gas yang tertutup kurang rapat, keluarnya panas melalui rambatan pada permukaan kontainer gas, selang, dan pipa U.
Alkohol dipakai pada percobaan ini lantaran alkohol sanggup mengukur suhu yang sangat rendah, alasannya alkohol mempunyai titik beku -144 °C. Menggunakan alkohol akan jauh lebih teliti dibandingkan dengan air raksa, lantaran kenaikkan suhu yang sangat kecil menyebabkan alkohol mengalami perubahan volume yang besar sehingga pengukuran ketinggian pada termometer sanggup teramati dengan jelas.
Grafik dibuat dengan hubungan P(cmHg) dengan T(°C) dimana dari grafik dan perhitungan manual diperoleh nilai nol mutlak. Temperatur nol multak yakni temperatur pada ketika molekul berhenti bergerak (relatif terhadap molekul lain secara keseluruhan) yaitu pada suhu 0 K = -273,15 °C. Dianggap sebagai nol mutlak dalam skala kelvin lantaran biasanya pengukuran temperatur bekerja pada temperatur dimana molekul masih bergerak dan selau positif terhadap nol mutlak. Dari perhitungan grafik manual diperoleh gradien sebesar (0,007 ± 0,002) dengan kesalahan relatif sebesar 28,6% dan ketelitian sebesar 71,4% . Hasil yang diperoleh berbeda jauh dengan literatur dimana suhu yang didapatkan pada perhitungan grafik manual yaitu 10907°C yang mana nilai literatur sebesar -273,15°C. Adanya perbedaan yang sangat jauh ini disebabkan oleh kesalahan yang dilakukan dalam pembuatan grafik dan dalam pengambilan titik ketika melaksanakan pem-plotan garis grafik.
Pada percobaan ini yang bertindak sebagai variabel bebas yakni suhu (T) alasannya terjadi variasi tinggi kolom alkohol pada pipa U, sedangkan yang bertindak sebagai variabel terikatnya yaitu tekanan (P). Selain variabel bebas dan variabel terikat didapatkan juga variabel terkontrol, yaitu volume air pada water bath (V).
Dalam percobaan ini dipakai perhitungan sebanyaak 3 metode. Metode-metode tersebut antara lain, metode kuadrat terkecil, metode origin, dan metode grafik. Digunakannya metode kuadrat terkecil semoga didapaktan nilai-nilai nol mutlak dari persamaan linier atau persamaan garis lurus. Metode grafik dipakai untuk membandingkan nilai yang diperoleh dari metode kuadrat kecil dengan metode grafik untuk mengetahui adanya perbedaan atau samanya nilai yang diperoleh, yang mendekati atau menjauhi dari nilai literatur.
Berdasarkan metode grafik dan metode kuadrat terkecil terkecil diperoleh nilai x sebesar -493°C dan -538,4°C. Nilai gradien memakai metode grafik origin sebesar 0,1449 dengan ketelitian sebesar 99,4%. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi nilai simpulan dari metode grafik dan metode kuadrat terkecil antara lain ibarat mengabaikan nilai 'ρg' pada persamaan tekanan gas, menganggap gas tersebut yakni ideal, terjadinya hambatan ketika pengamatan data lantaran perubahan ketinggian yang terjadi tidak cukup signifikan, suhu ruangan yang rendah dan kelembapan yang tinggi sanggup memepengaruhi tekanan yang diberikan pada kontainer gas.
Nilai nol mutlak pada metode kuadrat terkecil memakai persamaan sebagai berikut :
y = a + bx ..........(3)
dengan y yakni tekanan (P), x yakni nilai dari suhu (T), a yakni koefisien dari x, dan b yakni konstanta (perpotong garis dengan sb y). Nilai y atau tekanan pada ketika suhu nol kelvin yakni nol, lantaran molekul berhenti bergerak pada keadaan ini sehingga tidak terdapat tekanan apapun ketika ini. Oleh lantaran itu persamaan mencari nilai nol mutlak menjadi :
x = -a /b ..........(4)
dengan x sebagai nilai nol mutlak.
1 Pada persamaan gas ideal PV = nRT, pada volume konstan maka hubungan tekanan (P) dan suhu (T) berbanding lurus, jikalau suhu (T) naik maka nilai tekanan (P) juga ikut naik
2 Nilai suhu nol mutlak
a. Literatur = - 273,15°C
b. Metode kuadrat terkecil = - 538,4°C
c. Metode Grafik = 10907°C
d. Metode Origin = - 493°C
VII. Daftar Pustaka
Cromer.2006. Pemanasan Benda. Bandung : Cipta Karya.2 Nilai suhu nol mutlak
a. Literatur = - 273,15°C
b. Metode kuadrat terkecil = - 538,4°C
c. Metode Grafik = 10907°C
d. Metode Origin = - 493°C
VII. Daftar Pustaka
Holman.2006. Penerapan Ilmu Fisika. Jakarta : Tiga Serangkai.
Irwinsyah, H.1997. Gas dan Sifatnya. Jakarta : Erlangga.
Jorena.2009. Pengaruh suhu terhadap gap energi bahan. Jurnal Utan. Vol 3(2) : 456.
Moran, M.2004. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga.
Petrucci.2006. Fisika Dasar Mekanika. Jakarta : Salemba Teknik.
Vienik, A.1991. Thermodynamics Of Real Processes. Minsk : Nauka Tehnika.
Zemansky, Sears.1954. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta : Bina Cipta.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
Belum ada Komentar untuk "Laporan Praktikum Termometer Gas Volume Konstan"
Posting Komentar