laporan awal reg

5/19/2018 Laporan Awal Reg

1/16

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Kalor jenis merupakan nilai yang menunjukkan karakteristik suatu zat

yang dalam menyerap kalor tiap satu satuan derajat kenaikan suhu. Semakin

tinggi nilai kalor jenisnya, maka itu berarti zat tersebut mampu menyerap kalor

lebih banyak tiap satu satuan derajat kenaikan suhu yang sama dibanding dengan

zat lain.

Terdapat dua jenis kapasitas kalor jenis yaitu cvkapasitas kalor jenis pada saat

volume tetap dan cpkapasitas kalor jenis pada saat tekanan tetap.Yang pertama

adalah kalor jenis dalam keadaan tekanan P konstan atau disebut Cp dan kalor

jenis dalam keadaan volume konstan atau biasa disebut Cv. Untuk suatu

keperluan tertentu, kita dapat menentukan nilai rasio antara Cp dan Cv pada suatu

gas dengan melihat proses resonansi pada gas.

1.2Identifikasi Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan resonasi?

2. Apa yang dimaksud dengan kalor jenis?

3. Apa perbedaan antara Cp dan Cv dan bagaimana cara menentukannya?

1.3

Tujuan

1. Menentukan perbandingan panas jenis Cp dan Cv gas (Konstanta )


2/16

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Resonansi

Resonansi merupakan suatu peristiwa dimana ikut bergetarnya suatu benda

terhadap benda lain. Pada suatu sistem yang kita buat pada percobaan ini resonansi

ditunjukkan pada piston dan gas yang berada di dalam tabung, piston magnetik

digerakkan periodik oleh medan magnet sehingga gas dapat ditekan secara adiabatis

oleh piston, dimana proses ini dapat diartikan tidak ada kalor yang masuk atau yang

keluar dari sistem.

2.2Hukum Gas Ideal

Definisi mikroskopik gas ideal, antara lain:

1. Suatu gas yang terdiri dari partikel-partikel yang dinamakan molekul.

2.

Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum

gerak Newton.

3. Jumlah seluruh molekul adalah besar.

4. Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang ditempati

oleh gas tersebut.

5. Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul tersebut kecuali

selama tumbukan.

6.

Tumbukannya elastik (sempurna) dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat.[3]


3/16

Gambar 1. Gas Ideal [2]

Apabila jumlah gas dinyatakan dalam mol (n), maka suatu bentuk persamaan

umum mengenai sifat-sifat gas dapat diformasikan. Sebenarnya hukum Avogadro

menyatakan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai volume yang sama apabila suhu dan

tekanannya sama. Dengan menggabungkan persamaan Boyle, Charles dan persamaan

Avogadro akan didapat sebuah persamaan umum yang dikenal sebagai persamaan gas

ideal.

TV n

P atau

TV Rn

P atau PV nRT

R adalah konstanta kesebandingan dan mempunyai suatu nilai tunggal yang

berlaku untuk semua gas yang bersifat ideal. Persamaan di atas akan sangat berguna

dalam perhitungan-perhitungan volume gas.

2.3 Panas Jenis (Cp)

Satuan panas Q adalah perubahan panas yang dihasilkan suatu badan selama

proses tertentu. Satuan kilo kalori (kkal) adalah panas yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur air dari 14,5 C menjadi 15,5 C, sedangkan satu kalori (kal)

sama dengan 10-3

. Dalam teknik sering dijumpai satuan British thermal unit (Btu)

yaitu panas untuk menaikkan temperatur air dari 63 F menjadi 64 F, dimana 1 kkal

= 1000 kal = 3,968 Btu. Dalam proses kimia atau fisika dijumpai satuan Joule (J) atau

kalori (kal) dimana 1 J = 0,2389 kal.[1]


4/16

Setiap senyawa mempunyai perbedaan jumlah panas yang digunakan untuk

menaikkan temperatur dalam jumlah massa tertentu. Rasio jumlah energi panas Q

yang diberikan pada suatu badan untuk menaikkan temperatur T disebut kapasitas

panas (C) yang formulasinya adalah sebagai berikut.

(11)

Kapasitas panas tersebut tidak bermakna sama sekali kecuali jumlah panas

yang diserap oleh suatu badan sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur sebesar satu derajat. Untuk lebih berarti, kapasitas panastersebut dikorelasikan dengan massa yaitu kapasitas panas per satuan massa, yang

disebut panas jenis (specific heat capacity), yaitu jumlah panas untuk menaikkan

temperatur satu derajat dari suatu bahan sebanyak satu satuan massa (g) yang

formulasinya untuk tekanan tetap adalah sebagai berikut.

(12)

2.4 Proses isokhorik

Proses ini berlangsung pada keadaan volume yang sama. Gas yang mengalami

proses isokhorik memenuhi :

dQ =dU + p.dV = dU + 0 = dU(13)

Yaitu kalor yang masuk dalam suatu system menjelam sebagai penambahan

energi dalam system tersebut. Dengan besaran kapasitas kalor pada volum tetap

yaitu:

Dari grafik terlihat bahwa tekanan berubah sedangkan volumenya tetap.


5/16

Gambar 3.Grafik PV proses Isokhorik [2]

2.5 Proses isobaric

Proses ini berlangsung pada tekanan yang konstan, usaha yang terjadi pada

proses ini yaitu W = p(VuVc), sehingga:

dQ =dU + p.dV = dU + p(VuVc)(14)

Dengan besaran kapasitas kalor pada volum tetap yaitu:

...(15)

Gambar 4Grafik PV proses Isobaric [2]

2.6 Proses adiabatic


6/16

Proses yang terjadi dimana tidak ada kalor yang keluar atau masuk system.

Sehingga Q = 0, maka untuk proses demikian persamaannya menjadi

: 0 = W + U

Jika selama proses berlangsung, keadaan sistem tidak berbeda jauh dari suatu

kesetimbangan, proses itu dinamakan proses adiabatik kuasi-statik.

Gambar 5. Grafik PV proses Adiabatic [2]

2.7 Proses adiabatik Kuasi-statik

Suatu proses dimana tidak ada aliran panas yang masuk dan keluar dari

system disebut dengan proses adiabatic. Berdasarkan adiabatic kuasi static, pemuaian

gas dimana gas tersebut terisolasi dalam suatu wadah terisolasi memuai dengan

lambat mengangkat piston, dan melakukan kerja padanya. Saat tidak ada panas yang

masuk dan keluar dari gas (system), maka kerja yang dilakukan oleh system sama

dengan pengurangan energi internal dari gas dan penurunan temperature dari gas.

Kurva yang menggambarkan proses ini,


7/16

Gambar 6Grafik PV proses Adiabatic kuasi-statik [2]

Persamaan dari kurva adiabatic untuk gas ideal menggunakan persamaan yang

telah ditetapkan dan hukum pertama termodinamika,

dQ = dU + dW = Cvd + PdV = 0.(16)

Pada gas ideal seperti telah disebutkan sebelumnya proses adiabatiknya

merupakan kuasistatik, maka tekanan, volume dan temperaturnya berubah dengan

cara yang diberikan oleh hubungan antara P dan V, T dan V, atau P dan T.

dQ = Cp dT- V dP .(17)

dQ = CvdT + P (18)

Karena dalam proses adiabatis dQ = 0, maka

V dP = Cv T dan P dV = -Cv dT(19)

Dengan membagi persamaan pertama dengan yang kedua, didapatkan

(20)

dan dengan menyatakan nisbah kapasitas kalor dengan lambang g, maka


8/16

(21)

Persamaan ini tidak dapat diintregasikan sebelum kita tahu sifat dari . Dapat

dilihat bahwa untuk tetap yaitu untuk gas monoatomik sedangkan untuk gas

diatomic dan poliatomik dapat berubah menurut temperatur, tetapi untuk merubah

diperlukan temperature yang sangat besar. Sehingga, untuk proses yang menyangkut

perubahan temperatur yang tidak begitu besar, kita bisa mengabaikan perubahan kecil

dalam g. Jadi dengan menganggap g tetap, kemudian melakukan integrasi ,

didapatkan:

ln P =g ln V + ln tetapan Atau P Vg= tetap(22)

Persamaan ini berlaku untuk semua keadaan setimbang yang dilalui oleh gas

selama proses adiabatic kuasistatik tetapi tidak dapat berlaku untuk proses adiabatic

biasa atau yang terjadi pada gas sejati.

2.8Percobaan Resonansi Elastis Gas

Ini merupakan percobaan yang dilakukan berdasarkan hukum Hooke. Dimanasifat kemolekulan zat tidak akan berguna apabila hanya mensyaratkan bahwa sifat

molekul suatu zat sama dengan sifat yang dimiliki zat tersebut. Teori kemolekulan zat

membuktikan bahwa sifat sifat kompleks zat dalam jumlah besar merupakan

konsekuensi sifat sifat sederhana yang dimiliki molekulnya. Dalam keadaan

tekanan tetap, gas memiliki harga kapasitas panas. Kapasitas panas (heat capacity)

merupakan banyaknya energi kalor yang diperlukan untuk menaikan satu derajat

satuan suhu pada suatu benda. Kapasitas panas mempunyai harga tertentu hanya

untuk proses tertentu. Dalam hal system hidrostatik, hasil bagi dQ/dT memiliki harga

yang unik bila tekanan dijaga tetap. Dalam kondisi ini C disebut kapasitas

panas pada tekanan tetap dan diberi lambang Cp,


9/16

.(23)

Cpdisebut kapasitas panas pada tekanan tetap

Demikian juga kapasitas panas pada volum tetap dan diberi lambang Cvialah:

.(24)

Cv disebut kapasitas panas pada volume tetap. Sehingga dapat diketahui

harga-harga kapasitas panas (Cp dan Cv) ataupun

= Cp/Cv(25)

System ini analog dengan proses osilasi massa m pada suatu pegas elastic.

Apabila frekuensi medan magnet sama dengan frekuensi alamiah dari osilasi pegas

gas tersebut, maka akan terjadi osilasi harmonis kontinu yang akan memberikan

amplitude maksimum. Periode osilasi ini memenuhi persamaan:

.(26)

Dengan:

T = periode osilasi

A = luas penampang kolom gas

M = massa piston

P = tekanan gas

= Cp/Cv.

V = volume gas


10/16

Sehingga dapat diketahui harga-harga kapasitas panas (Cp dan Cv) ataupun

= Cp/Cv.

Untuk mengukur nilai , digunakan metoda Riichardt yang dikembangkan

dengan mekanika dasar. Gas ditempatkan dalam bejana besar bervolume V. Pada

bejana itu dipasang tabung gelas dengan berpenampang sama dengan luas A.

Kedalam lubang itu dimasukkan bola logam bermassa m yang menutupi lubang tapi

masih dapat bergerak bebas sehingga berlaku seperti piston. Karena gas agak tertekan

oleh bola baja yang ada dalam kedudukan kesetimbangan, tekanan gas sedikit lebih

besar daripada tekanan atmosfer Po. Jadi dengan mengabaikan gesekan, didapat :

P = Po + mg/A

Andaikan simpangan bola dari kedudukan setimbang pada setiap saatadalah y,

Simpangan positif kecil yang terjadi jika bola berada diatas kedudukan setimbang,

akan menyebabkan pertambahan volume yang sangat kecil dibandingkan dengan

volume setimbang V, sehingga dapat dinyatakan sebagai dV, dengan :

dV = yA

Simpangan positif kecil ini menimbulkan penurunan tekanan yang sangat

kecil dibandingkan dengan tekanan setimbang P, sehingga dapat dinyatakan sebagai


11/16

dP, dengan dP merupakan kuantitas yang negatif. Gaya resultan F yang bereaksi pada

bola sama dengan A dP jika mengabaikan gesekan, atau :

dP = F/A

Karena bola bergetar cukup cepat, perubahan P danV berlangsung secara

adiabatik. Persamaan yang menyatakan lengkung adiabatic diantara tekanan beserta

volume awal (p1,V1) dan tekanan beserta volume akhir (p2,V2) adalah :

p1V1= p2V2

P V

-1

dV + V

dP = 0.

V

dVPdP

PdV

dpV

Kita ketahui gaya pemulih dari benda magnetik yang berosilasi adalah

AdPF dan perubahan volume sekecil-kecilnya dapat dinyatakan dalam simpangan

dV = y A.

Pada percobaan ini kolom gas dapat kita analogikan sebagai pegas.

a) Metode bukatutup

F=ma ;2a y ;

2PAk

V

2

2

2

2

2

2

d ym F

dtd y

m AdP dt

d y dV m P A

dt V

2 2

2

2

2

2 2

2

d y yAm P

dt Vd y P yA

dt l V

d y PAy

dt mV


12/16

Persamaan gerak harmonik gas, metode buka-tutup:

02

2

2

ymV

PA

dt

yd

dengan mV

PA2

2

, kita ketahui bahwa T

2

, maka:

P

mV

A

2T

atau

VPA

m4T

2

22

karena A = r2, maka :

TPr

mV4

2

1

4

b) Metode tutuptutup

k;)k(k

m4T

ymk2)y(k1

maF

2

21

22

2

2

V

PA

Persamaan gerak harmonic gas, metode tutuptutup

02

2

1

12

2

2

y

V

P

V

P

m

A

dt

yd

..


13/16

dengan

2

2

1

12

2

V

P

V

P

m

A

, karena sistem dalam keadaan adiabatik kuasi-

statik maka, P1= P2 , sehingga :

21

212

2

VV

VVP

m

A

, kita ketahui T

2

, maka:

2 2

2

2

2 2

4 1 2

1 2

2 1 2

1 2

4 1 2

1 2

A P V V

T m V V

m V VT

A P V V

m V V

T A P V V

[4]


14/16

BAB III

PROSEDUR PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

1. Tabung gelas berskala dilengkapi pemegang tabung, kran pembuka/

penutup tabung dan statif sebagai sistem dalam percobaan dimana gas

ditempatkan di dalam tabung dan akan diamati peristiwa resonansinya.

2. Piston magnetic sebagai alat untuk memberikan tekanan atau pemapatan

terhadap gas di dalam tabung gelas.

3.

Kumparan dan pemegangnya sebagai alat untuk memberikan pegaruh

medan magnetik pada sistem sehingga piston magnetik dapat bekerja.

4. Osiloskop RC untuk menentukan frekuensi resonansi gas.

5. Amperemeter dan kabel-kabel penghubung untuk mengukur arus listrik yang

diberikan pada piston magnetik olehdankabelpenghubunguntuk

menghubungkan osiloskop amperemeter dan piston magnetik.

6. Pembersih tabung dan piston magnetic untuk membersihkan

tabung dan piston

7. Beberapa jenis gas dan peralatan untuk memasukan gas ke dalam tabung

sebagai objek penelitian yang akan diamati prilaku resonansinya.

3.2 Prosedur Percobaan

1.Persiapan

a. Membersihkan tabung gelas dan piston magnetic menggunakan peralatan

yang tersedia.

b.

Membersihkan kran pembuka/penutup tabung dan olesi dengan silicon gel

sehingga mudah diputar.

c. Merangkai peralatan percobaan sesuai dengan gambar

2.Pengamatan dan Pengukuran


15/16

TabungVertikal

a. Memasukkan satu buah piston magnetic kedalam tabung dengan hati-hati

(posisi kedua kran pembuka/penutup tabung dalam kondisi terbuka).

b. Memposisikan piston magnetic pada skala 70, menggunakan alat

pendorong, kemudian menutup kedua kran tersebut.

c. Meletakkan kumparan sedemikian hingga ujung bawah piston bersesuaian

dengan ujung atas kumparan.

d. Menghidupkan osilator RC, dan mengatur frekuensinya sehingga

diperoleh osilasi dengan amplitudo yang maksimum. Mencatat harga

frekuensi tersebut.

e. Melakukan langkah a, b, c, dan d untuk variasi posisi piston yang berbeda

(paling sedikit 6 variasi).

f. Melakukan paling tidak 3 kali percobaan untuk masing-masing volume.

g. Melakukan percobaan b s/d f dengan jumlah piston yang berbeda.

Tabung Hori zontal

Melakukan tahapan-tahapan seperti pada tabung vertical tetapi kali ini tabung

diletakkan secara horizontal.


16/16

DAFTAR PUSTAKA

[1] Zemansky, Mark W. dan Dittman, Richard H. 1986. Kalor dan Termodinamika.Bandung : Penerbit ITB.

[2] Mustikasari, tresna. Resonansi elastis gas. http: //blogs.unpad.ac.id/ tresna09/

2013/ 06/15/ resonansi-elastik-gas/ diakses pada 31 maret 2014 Pukul 11.00

[3] Situs Kimia Indonesia. Hukum gas ideal. http://www.chem-is-

try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-

ideal/ diunduh pada tanggal 31 Maret 2014 Pukul 11.00
http://blogs.unpad.ac.id/tresna09/2013/06/15/resonansi-elastik-gas/http://blogs.unpad.ac.id/tresna09/2013/06/15/resonansi-elastik-gas/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/hukum-keadaan-standar-dan-hukum-gas-ideal/http://blogs.unpad.ac.id/tresna09/2013/06/15/resonansi-elastik-gas/http://blogs.unpad.ac.id/tresna09/2013/06/15/resonansi-elastik-gas/

laporan awal reg

Documents