LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR PERCOBAAN G3 HUKUM BOYLE
Nama
: Nurul Nur Annisa Annisa
NIM
: 12/331379/PA/14637 12/331379/PA/14637
Fakultas
: MIPA
Prodi
: Geofisika
Partner
: Hernani Indah Lestari
Hari/Tanggal
: Senin/19 November 2012
Asisten
: Eni Astuti
LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS MATEMATIKA dan ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2012
HUKUM BOYLE
I.
PENDAHULUAN Dewasa ini kita semua
tentunya tidak bisa lepas dengan yang namanya
kendaraan pribadi, baik sepeda, sepeda motor, maupun mobil. Dan tentunya suatu saat kita pasti mengalami ban kendaraan kempes kare na sudah sering digunakan. Pada saat seperti ini alat pompa ban merupakan hal yang vital. Penemuan ini membuat kita tidak perlu menggunakan ban langsung yang artinya kita dapat menekan pengeluaran uang. Pemakaian ban langsung sangat tidak efisien karena hanya digunakan sekali. Awal penemuan alat pompa ban memiliki unsur praktis yang dapat digunakan oleh semua kalangan. Unsur praktis yang dimaksudkan adalah kita tidak perlu susah-susah meniup ban dengan mulut, cukup dengan memompa ban baik dengan tangan ataupun kaki. Pada era revolusi mesin, cara ini mulai ditinggalkan karena cara kerja yang menguras tenaga apalagi untuk memompa satu ban mobil. Maka terciptalah alat isi angin ban mobil dan alat pengukur tekanan ban mobil tenaga mesin yang kuat untuk memompa ban mobil. Pada era 20 muncul alat isi angin ban mobil digital. Cara kerja yang didasari dengan perhitungan komputer atau tekanan gauge membuat alat ini memiliki dua fungsi sebagai alat pengukur tekanan ban mobil dan alat pengukur tekanan angin. Prinsip kerja kompresor (seperti alat pemompa ban tersebut) dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil. Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup (pentil). Karena diisi udara mampat terusmenerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi jelas dari contoh tersebut, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume pada udara yaitu yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal.
2
II.
TUJUAN 1. Belajar menerapkan dan mengartikan (menginterpretasikan) grafik 2. Menentukan tekanan atmosfer (Po)
III.
DASAR TEORI Hukum Boyle adalah hukum atau ketentuan yang dirumuskan oleh seorang kimiawan dan fisikawan asal Inggris, yaitu Robert Boyle (1627-1691). Nama Boyle diambil dari nama penemunya. Hukum Boyle ini berhubungan dengan besaran – besaran seperti volume, suhu, dan tekanan. Sehingga hukum Boyle ini dimasukkan dalam pembahasan kinetik gas.
Robert Boyle menyatakan tentang sifat gas bahwa apabila massa gas (jumlah mol) dan temperatur suatu gas ternyata tekanan yang antara tekanan
dijaga konstan, sementara volume gas diubah
dikeluarkan gas juga berubah sedemikian sehingga perkalian
(P) dan volume (V), selalu mendekati konstan. Dengan demikian
adalah suatu kondisi
bahwa gas tersebut gas sempurna (ideal). Kemudian hukum ini
dikenal dengan Hukum Boyle Boyle dengan persamaan :
RUMUS:
P1V1 = selalu konstan
Atau jika P1 dan V1 adalah tekanan awal dan volume awal, sedangkan P 2 dan V2 adalah tekanan dan volume akhir, maka :
RUMUS :
P1V1 = P2V2 = konstan
Dimana : P1, V1, dan T1 adalah tekanan,volume, dan temperatur pada keadaan awal dan P 2 , V 2 , dan T 2 adalah tekanan, volume, dan temperatur pada gas dimana sistem s istem pada keadaan akhir. Syarat berlakunya hukum Boyle adalah bila gas berada dalam keadaan ideal (gas sempurna), yaitu gas yang t erdiri dari satu atau lebih atom-atom dan dianggap identik satu sama lain. Setiap molekul tersebut
3
bergerak secara acak, bebas, dan merata serta memenuhi persamaan gerak Newton. Yang dimaksud gas sempurna (ideal) dapat didefinisikan bahwa gas yang perbandingannya PV/nt nya dapat didefinisikan sama dengan R pada setiap besar tekanan. Dengan kata lain, gas sempurna pada tiap besar tekanan bertabiat sama seperti gas sejati pada tekanan rendah. Persamaan gas sempurna : PV = nRT Keterangan : P: tekanan gas V: volume gas n : jumlah mol gas T : temperatur mutlak ( Kelvin ) -1
-1
R : konstanta gas universal ( 0,082 liter.atm.mol K )
Untuk menunjukkan hukum Boyle dipergunakan manometer yang berfungsi mengukur tekanan tolak. Manometer tersebut terdiri dari sebuah tabung berbentuk seperti huruf ‘U’ yang berisi cairan, dimana yang satu terbuka (terhubung dengan atmosfer) dan ujung lainnya lainnya dihubungkan dihubungkan dengan sebuah sistem
(tangki) yang
tekanannya akan diukur. Perumusannya adalah sebagai berikut : P-P0 = ρgh ρgh Keterangan : P : tekanan tolak P0 : tekanan atmosfer ρ : massa jenis cairan g : percepatan gravitasi h : perbedaan perbedaan tinggi tinggi cairan di kedua kedua kaki tabung
Sebagai catatan hendaknya dikondisikan tabung dalam keadaan rapat, tidak terjadi celah/ kebocoran udara. Pada praktikum ini, dipergunakan manometer sederhana guna menjelaskan Hukum Boyle. Ujung t abung yang seharusnya terhubung dengan sistem , dihubungkan dengan keran, sedangkan ujung lainnya terhubung dengan atmosfer.
4
IV.
METODE EKSPERIMEN A. Alat dan Bahan Manometer terdiri dari : a. Raksa b. Kran c. Tabung karet d. Corong e. Statis f.
Penggaris
B. Skema Percobaan
corong
kran
mistar
Air raksa
5
C. Tata Laksana 1. Peralatan disusun seperti pada skema percobaan dengan posisi kran terbuka dan kedudukan kedudukan tabung seimbang. Dengan Dengan posisi seperti ini kedudukan kedudukan air raksa di kolom kiri seimbang dengan kolom kanan 2. Jarak antara kran dan air raksa diukur dan dicatat sebagai l 0 3. Tabung kolom kanan yang berhadapan langsung dengan atmosfer diubah kedudukannya (dinaikkan) sehingga kedudukan air raksa pada kolom kiri naik 1 cm 4. Jarak antara kran dengan kedudukan air raksa diukur dan dicatat sebagai l dan jarak antara jarak antara kedudukan kedudukan air raksa kolom kiri dengan kedudukan kedudukan air raksa di kolom kanan diukur dan dicatat sebagai h 5. Jarak l divariasikan sebanyak 6 kali dengan selisih 1 cm
D. Metode Analisa Data nRT Persamaan (1) : PV nRT
Persamaan (2) :
PV T
C
Tekanan Hg di pipa sebelah kiri
P P 0 gh ......(3)
Volume udara di bawah kran adalah
V r 2l .....(4)
Dari persamaan (2), (3), (4) diperoleh persamaan
P .V C
( P 0 g h ) r 2l C P 0
r l g h r l C 2
2
1 2
r l
P 0 g h
c 2
r l
6
h
c
gh
2
r
l P 0
c 1 P 0 2 r g l g
y
m
c
x
xi yi xi xi yi 2
c
N xi
2
x
2
i
2 xi yi 2 2 yi Sy N 2
1
xi
c Sy
2
2 2 xi yi xi yi N xi yi 2 2 N xi xi
2
N xi xi 2
2
Grafik yang akan disajikan adalah :
h cm
1 l
c P 0
cm 1
P 0 g
g c
P 0 g c
P 0
P 0
7
Keterangan : P0 = tekanan atmosfer (atm) ρ = massa jenis massa jenis cairan (g/cm3) g = percepatan gravitasi ( cm/s2 ) h = selisih level raksa di kedua kolom (cm) r
= jari – jari – jari tabung tabung U (cm)
l
= jarak antara kran dan air raksa (cm)
c
= perpotongan grafik dengan sumbu y
Δc = ralat perpotongan grafik dengan dengan sumbu y ΔP0= ralat tekanan atmosfer (atm) V = volume (cm3)
V.
HASIL EKSPERIMEN A. Data Untuk l0 = 27,5 cm -
-
l (cm)
1/l (x10 cm )
h (cm)
26,5
3,7
4,5
25,5
3,9
7,5
24,5
4,0
10
23,5
4,2
13
22,5
4,4
16,5
21,5
4,6
18,5
8
B. Grafik
9
C. Perhitungan
l
xi
yi
xi
yi
xi.yi
(cm)
1/l(x10-2cm-1)
h (cm)
(x10 -4cm-1)
(cm)
(x10 -2cm)
26,5
3,7
4,5
13,69 1 3,69
20,25
16,65
25,5
3,9
7,5
15,21 1 5,21
56,25
29,25
24,5
4
10
16
100
40
23,5
4,2
13
17,64
169
54,6
22,5
4,4
16,5
19,36
272,25
72,6
21,5
4,6
18,5
21,16
342,25
85,1
Jumlah
Σxi = 24,8
Σyi = 70
Σxi = 103,06
Σyi = 960
Σxiyi = 298,2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Menghitung x i (x10 -2 cm-1)
1 26,5 1 25,5 1 24,5
1 23,5 1 22,5 1 21,5
Menghitung x i (x10 - cm- )
3,7
3,9
4
4,2 4,4
4,6
Σxi = 3,7 + 3,9 + 4 + 4,2 + 4,4 + 4,6
1.
3,72
13,69
2.
3,92
15,21
3.
42 16
4.
4,22 17,64
5.
4,42 19,36
6.
4,62
21,16
2
Σxi = 13,69 + 15,21 + 16 +17,64 + 19,36 + 21,16 = 103,06
= 24,8
10
Menghitung yi2 (cm)
1. 4,5 20,25
Menghitung xi.yi (x10 - cm) 1. 2. 3. 4. 5. 6.
2. 7,5 56,25 2
3. 10 100 2
3,7 x 4,5 = 16,65 3,9 x 7,5 = 29,25 4 x 10 = 40 4,2 x 13 = 54,6 4,4 x 16,5 = 72,6 4,6 x 18,5 = 85,1
4. 13 169 2
Σxi.yi = 16,65 + 29,25 + 40 +54,6 +72,6 + 85,1 = 298,2
5. 16,5 272,25 2
6. 18,5 342,25 2
Σyi2 = 20,25 + 56,25 + 100 +169 +272,25 +342,25 = 960
Menghitung c
xi yi xi xi yi 2
c
N xi
x
2
i
0,010306 .70 0,248 . 2,982
2
6 . 0,010306 0,061504
0,018116 0,000332
54,56
Menghitung Sy
2 x 2 y i i yi Sy N 2 1
2
2
2 2 xi yi xi yi N xi yi 2 2 N xi xi
0,010306 . 4900 2.2,982.0,248.70 6.8,892324 960 62 6.0,010306 0,061504 1
11
50,4994 103,53504 53,353944 1 960 4 0,000332
1 0,318304 960 4 0,000332 1 960 958,746988 4 1 1,253 4 0,31325
Sy
Sy
2
0,31325 0,5596874
Menghitung c
c Sy
xi
2
N xi xi 2
2
0,010306
0,5596874
0,5596874
0,5596874
0,5596874 31
0,5596874 . 5,57
6.0,010306 0,248
2
0,010306 0,061836 0,061504 0,010306 0,000332
3,31
Menghitung P 0 P 0 g c
13,6 g / cm3 . 980 cm / s 2 . 54,56 727175,68 Pa
727175,68
101325 7,17 atm atm
atm atm
12
Menghitung
P 0
P 0 g c 13,6 g / cm3 . 980 cm / s 2 . 3,1 41316,8 Pa Pa
41316,8
101325 0,4 atm atm
atm atm
atm P 0 P 0 7,17 0,4 atm
VI.
PEMBAHASAN Dalam percobaan Hukum Boyle ini, praktikan ditugaskan untuk mencari nilai P0 melalui metode grafik dan regresi linear. Dari hasil diketahui bahwa ternyata nilai P0 yang didapat adalah 7,17 atm. Dan hasil ini jauh menyimpang dari hasil yang seharusnya, yaitu 1 atm. Praktikan menyadari bahwa peyimpangan ini cukup besar karena jika dibandingkan dengan referensi, maka seharusnya nilai tekanan pada saat kran ditutup adalah 1 atm. Mungkin penyimpangan ini selain disebabkan oleh kekurangtelitian praktikan dalam membaca hasil pengukuran dan menghitung, juga disebabkan oleh beberapa hal dari aspek alatnya sendiri (manometer) yang dapat menyebabkan masuknya tekanan udara luar ke dalam manometer sehingga tekanannya bertambah dan kebocoran udara, antara lain : 1. Kebocoran pada kran statis sehingga memungkinkan beberapa mililiter air raksa keluar 2. Ketidak jelasan mistar sehingga menyulitkan dalam pembacaan hasil pengukuran 3. Warna air raksa yang perak , ini hampir sama dengan warna manometer sehingga agak susah dalam membaca skala 4. Kesulitan dalam menggerakkan kolom bagian kanan, mungkin hal ini disebabkan oleh alat yang sudah tua 5. Kekurangtelitian praktikan saat membaca hasil pengukuran
Dalam percobaan ini, metode yang digunakan adalah metode regresi linear dengan pembacaan grafik. Regresi linear yautu metode statistika yang digunakan 13
untuk membentuk model hubungan antara variabel terikat (dependen ; respon ; y ) dengan satu atau lebih variabel bebas ( independen ; prediktor ; x ). Dalam percobaan ini menggunakan regresi linear sederhana karena banyaknya variabel bebas hanya 1. Meskipun data P 0 yang dihasilkan dalam praktikum ini tidak sesuai dengan yang seharusnya yaitu sekitar 1 atm, namun untuk grafiknya sudah sesuai karena grafik yang dihasilkan linear dan memotong sumbu y negatif. Perpotongan ini juga sesuai dengan perhitungan yang dihasilkan melalui metode regresi linear, yaitu -54,56.
Pada grafik tersebut juga dapat terlihat kemiringan grafik yang linear. Hal ini menunjukkan bahwa bahwa ketinggian (h) berbanding berbanding lurus dengan 1/ panjang tabung (1/l). Dan hal ini sangat berkaitan dengan rumus PV= nRT, karena P berbanding lurus dengan nilai h ( P 0 g h ) , sementara itu V berbanding lurus dengan nilai l ( V r l ). Jika tekanan (P) dan volume (V) dikombinasikan, maka akan didapatkan 2
rumus baru, yaitu yaitu . P 0 gh
c 2
r
l
Dari rumus itu, jelas terlihat bahwa h berbanding lurus dengan 1/l yang menandakan bahwa kemiringan grafik tersebut linear adalah benar. benar.
VII.
KESIMPULAN 1. Pada suhu yang konstan, berlaku P.V = C 2. h ( selisih t inggi tabung ) berbanding lurus dengan
1
l
( 1/ panjang tabung)
3. Tekanan udara pada saat percobaan dilakukan adalah: atm P 0 P 0 7,17 0,4 atm
VIII.
REFERENSI 1. Staff Laboratorium Fisika Dasar.2010. Buku Panduan Praktikum Fisika Dasar Semester 1. Laboratorium Fisika Dasar FMIPA UGM : Yogyakarta. 2. http://onderdilmobil.net/peralatan-bengkel2/alat-pengisi-angin-pada-ban/ 3. http://muin-blogs.blogspot.com/p/kompresor.html 4. http://id.scribd.com/doc/21281080/hukum-boyle 14
IX.
PENGESAHAN Demikian laporan praktikum Fisika Dasar ini saya susun guna memenuhi tugas praktikum Fisika Dasar.
Yogyakarta, Yogyakarta, 24 Oktober 2012 Asisten Praktikum
Praktikan
Eni Astuti Astut i
Nurul Nur Annisa
15