Laporan Praktikum

Fisika Dasar

Nama/NPM : Mochamad Ilham Chairat / 1106070943

Fakultas/Program Studi : Teknik / Teknik Kimia

Grup & Kawan Kerja : B3

1. Mohammad Ridho

2. Muhammad Haekal Dwinanda

3. Mohammad Teguh Gumelar

4. Muhammad Adithia Pradana

5. Mohammad Radiansyah T.

6. Mohammad Sofa Khodi

7. Muhammad Abdul Aziz

No & Nama Percobaan : KR01 / Disipasi Kalor Hot Wire

Minggu Percobaan : 6

Tanggal Percobaan : 12 April 2012

Laboratorium Fisika DasarUPP IPD

Universitas Indonesia

Depok, 2012

I. Tujuan

Menggunakan hotwire sebagai sensor kecepatan aliran udara.

35. Alat

1. Kawat pijar (hotwire)

2. Fan

3. Voltmeter dan Ampmeter

4. Adjustable power supply

5. Camcorder

6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Teori

Single normal probe adalah suatu tipe hotwire yang paling banyak digunakan sebagai

sensor untuk memberikan informasi kecepatan aliran dalam arah axial saja. Probe seperti

ini terdiri dari sebuah kawat logam pendek yang halus yang disatukan pada dua kawat

baja. Masing masing ujung probe dihubungkan ke sebuah sumber tegangan. Energi listrik

yang mengalir pada probe tersebut akan didispasi oleh kawat menjadi energi kalor.

Besarnya energi listrik yang terdisipasi sebanding dengan tegangan , arus listrik yang

mengalir di probe tersebut dan lamanya waktu arus listrik mengalir.

P = v i t ......... ( 1 )

Bila probe dihembuskan udara maka akan merubah nilai resistansi kawat sehingga

merubah besarnya arus listrik yang mengalir. Semakin cepat udara yang mengalir maka

perubahan nilai resistansi juga semakin besar dan arus listrik yang mengalir juga

berubah. Jumlah perpindahan panas yang diterima probe dinyatakan oleh overheat ratio

yang dirumuskan sebagai :=

Rw = resistansi kawat pada temperatur pengoperasian (dihembuskan udara).

Ra = resistansi kawat pada temperatur ambient (ruangan).

Hot wire probe harus dikalibrasi untuk menentukan persamaan yang menyatakan

hubungan antara tegangan kawat (wire voltage , E) dengan kecepatan referensi

(reference velocity , U) setelah persamaan diperoleh, kemudian informasi kecepatan

dalam setiap percobaan dapat dievaluasi menggunakan persamaan tersebut. Persamaan

yang didapat berbentuk persamaan linear atau persamaan polinomial.

Pada percobaan yang akan dilakukan yaitu mengukur tegangan kawat pada temperatur

ambient dan mengukur tegangan kawat bila dialiri arus udara dengan kecepatan yang

hasilkan oleh fan. Kecepatan aliran udara oleh fan akan divariasikan melalui daya yang

diberikan ke fan yaitu 70 , 110 , 150 dan 190 dari daya maksimal 230 m/s.

Gambar 1. Disipasi Kalor Hotwire

IV. Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawahhalaman ini.

1. Mengaktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab) !

2. Memberikan aliran udara dengan kecepatan 0 m/s , dengan meng”klik” pilihan

drop down pada icon “atur kecepatan aliran”.

3. Menghidupkan motor pengerak kipas dengan meng”klik” radio button pada

icon “menghidupkan power supply kipas.

4. Mengukur Tegangan dan Arus listrik di kawat hot wire dengan cara mengklik

icon “ukur”.

5. Mengulangi langkah 2 hingga 4 untuk kecepatan 70 , 110 , 150 , 190 dan 230

m/s

22. Hasil dan Evaluasi

Percobaan kali ini dimulai dengan mengalirkan kawat dengan arus listrik dan

tegangan tertentu kemudian meletakkannya di tengah tabung yang dialiri angin dari

kipas dengan kecepatan tertentu. Dengan menggunakan kecepatan angin yang

beraneka ragam mulai dari 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s, 150 m/s, 190 m/s, hingga 230 m/s

akan menghasilkan data yang beraneka ragam. Berdasarkan persamaan dibawah

dinyatakan bahwa besarya energi listrik akan berbanding lurus dengan besarnya

tegangan, arus listrik dan waktu. Energi listrik juga bergantung pada jarak dimana

jarak juga dipengaruhi oleh kecepatan dan waktu.

= . . = .

a. Data Hasil Pengamatan

- Kecepatan Angin 0 m/s

Waktu (s)

KecAngin V-HW

I-HW

(m/s)(Volt)

1 0 2.112 54.8

2 0 2.112 54.6

3 0 2.112 54.5

4 0 2.112 54.4

5 0 2.112 54.3

6 0 2.112 54.2

7 0 2.112 54.1

8 0 2.112 54

9 0 2.112 53.9

10 0 2.112 53.9

- Kecepatan Angin 70 m/s

Waktu (s)

KecAngin

V-HW I-HW

(m/s)(Volt)

1 702.067 54.1

2 702.068 54

3 702.067 54

4 702.068 54

5 702.067 54

6 702.069 54

7 702.067 54

8 702.068 54

9 702.069 54

10 702.068 54

- Kecepatan Angin 110 m/s

Waktu (s) Kec Angin

V-HW

I-HW

(m/s)(Volt)

1 1102.046 55.8

2 1102.048 55.8

3 1102.046 55.9

4 1102.047 55.9

5 1102.049 56

6 1102.048 56.1

7 1102.048 56.2

8 1102.048 56.4

9 1102.048 56.5

10 1102.048 56.6

- Kecepatan Angin 150 m/s

Waktu (s)

KecAngin

V-HW (Volt) I-HW

(m/s)1 150 2.04 55.9

2 150 2.04 56.4

3 150 2.039 56.8

4 150 2.039 56.2

5 150 2.04 55.3

6 150 2.039 54.4

7 150 2.04 54.2

8 150 2.04 54.3

9 150 2.04 54.7

10 150 2.039 55.7

- Kecepatan Angin 190 m/s

Waktu (s)

KecAngin V-HW I-HW(m/s) (Volt)

1 190 2.033 54.5

2 190 2.033 54.3

3 190 2.033 54.7

4 190 2.034 56.1

5 190 2.034 56.9

6 190 2.034 55.7

7 190 2.034 54.5

8 190 2.034 54.4

9 190 2.034 55

10 190 2.034 56.5

- Kecepatan Angin 230 m/s

Waktu (s)Kec

AnginV-HW I-HW

(m/s)(Volt)

1 230 2.03 57.3

2 230 2.03 56

3 230 2.031 54.6

4 230 2.031 54.4

5 230 2.03 54.9

6 230 2.029 56.3

7 230 2.029 56.9

8 230 2.029 55.6

9 230 2.029 54.5

10 230 2.03 54.4

b. Pengolahan Data

Data yang telah didapatkan pada percobaan kali ini, maka kita dapat membuat

grafik hubungan antara tegangan hot wire terhadap waktu pada masing-masing

kecepatan angin. Grafiknya adalah sebagai berikut:

- Kecepatan Angin 0 m/s

Teg

an

gan

(V)

Grafik Hubungan Tegangan Terha

dapWaktu

2.5

2

1.5

1

0.5

0

0 2 46 810 12

- Kecepatan

Angin 70 m/s

Teg

an

gan

(V)

GrafikHubung

an Tegangan Terh

adap Waktu

2.069

5

2.069

2.2.068

2.2.

067

2.0665

02468

10

12

Waktu (second)

- Kecepatan Angin 110 m/s

Teg

an

gan

(V)

GrafikHubunganTeg

angan Terhadap Waktu

2.0495

2.049

2.0485

2.048

2.0475

2.047

2.0465

2.046

2.0455

0 24 68 1012

Waktu (second)

- Kecepatan

Angin 150m/s

Teg

an

gan

(V)

GrafikHub

ungan TeganganTerh

adap Wakt

u2.2.04

2.2.2.2.

2.039

2.0388

02468

10

12

Waktu (second)

- Kecepatan Angin 190 m/s

Grafik Hubungan Tegangan TerhadapWaktu

Teg

an

gan

(V

olt

)

2.0342

2.034

2.0338

2.0

336

2.0334

2.0332

2.033

2.0328

0 2 4 6 810 12

Waktu(second)

- Kecepatan Angin 230 m/s

Teg

an

gan

(V

olt

)

Grafik Hubungan Tegangan Terhada

p Waktu

2.0315

2.031

2.0305

2.03

2

.0295

2.029

2.0285

0 24 68 1012

Waktu (second)

Untuk membuat grafik yang menghubungkan antara tegangan hotwire dengan

kecepatan angin kita dapat menentukannya dengan meggunakan rataan tegangan tiap

kecepatan aliran angin yang dihubungkan dengan kecepatan aliran angin.

Menggunakan metode least square atau regresi linier kita dapat merumuskan:= +

Dimana x adalah tegangan rata-rata pada kecepatan amgin tertentu dan y

adalah kecepatan amgin tertentu tersebut.

NoTegangan HW (Volt)

Kecepatan Angin (m/s)

1 2.112 0

2 2.0678 70

3 2.0476 110

4 2.0396 150

5 2.0337 190

6 2.0298 230

Maka persamaan garisnya adalah = . − . . Dibawah ini

adalah Grafik Hubungan kecepatan Aliran Angin dengan Tegangan:

Grafik Hubungan Kecepatan Aliran Angin

dengan Tegangan250

200

(m/s

)

150

An

gi

nA

lir

an

100

Kecep

an 50

y = -2531.x +5327

0

2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.1 2.112.1

2

-50Tegangan (Volt)

VI. Analisis

a. Analisis Percobaan

Percobaan kali ini adalah berjudul Didipasi Kalor Hot Wire. Percobaan ini

merupakan salah satu percobaan rLab yang dilakukan secara online. Untuk

melakukan percobaan ini telah disediakan fasilitas webcam untuk mendukung

jalannya percobaan terutama dalam melihat video yang ditayangkan. Dalam

melakukan percobaan ini praktikan dapat menggunakan beberapa variasi data

kecepatan aliran angin pada Hot Wire mulai dari kecepatan 0 m/s, 70 m/s, 110 m/s,

130 m/s, 150 m/s, 170 m/s hingga 230 m/s. Dalam setiap kecepatan aliran angin

yang diberikan terdapat sepuluh detik untuk mengukur Tegangan dan Arus Hot

Wire. Percobaan dilakukan selama berkali-kali guna mendapatkan data yang baik

sehingga dapat diolah dan mendapatkan kepastian dari percobaan ini. Data yang

didapatkan yaitu berupa tegangan dan arus serta waktu dimana ketiga data tersebut

akan dibuat tabel dan grafik yang menghubungkan ketiga

data tersebut. Berdasarkan data-data yang diperoleh lalu diinterpresentasikan

dalam bentuk grafik, grafik tersebut akan menunjukan hubungan antara

kecepatan angin dan tegangan yang berbanding terbalik. Hal ini disebabkan

karena udara yang ditiupkan oleh kipas angin dapat mempengaruhi resistensi

atau hambatan yang ada pada kawat sehingga akan mempengaruhi tegangan dan

juga arus. Adanya angin yang berhembus akan menyebabkan terjadinya

perubahan nilai resistensi kawat dan mempengaruhi terjadinya disipasi kalor.

Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar pula arus lisrtik yang

dihasilkan dan berlaku sebaliknya.

b. Analisis Hasil Percobaan

Percobaan yang dilakukan dengan enam kecepatan yang berbeda dan

hitungan sepuluh waktu yang berbeda pula bertujuan untuk mendapatkan

dengan jelas perbandingan kecepatan dan waktu terhadap tegangan dan arus

listrik Hot Wire. Menghitung kecepatan angin dalam percobaan sangat

diperlukan adanya kalor yang menjaga suhu dari hot wire atau kawat. Karena

kalor merupakan pertanda adanya tegangan listrik yang terjadi atau masuk dan

mengalir pada hot wire sehingga dapat mengubaj energi listrik menjadi energi

kalor. Seperti yang tadi sudah dijelaskan bahwa adanya disipasi kalor

diakibatkan oleh penurunan tegangan dan menyebabkan energi hilang dari

sistem dan kemudian masuk kedalam lingkungan karena adanya resistor.

Pengolahan data yang menggunakan least square bertujuan untukmenentukan persamaan kecepatan angin sebagai fungsi dari teganganmendapatkan hasil = . − . . Persamaan ini dapat digunakan denganmemasukkan nilai tegangan kedalam persamaan tetapi hasil yang didapatkantidak relevan sehingga ada kesalahan relatif yang terjadi pada percobaan kali ini.

c. Analisis Grafik

Ada dua kelompok grafik yang dibuat dalam percobaan ini yaitu grafik

hubungan waktu dengan tergangan dan grafik hubungan kecepatan angin

dengan tegangan. Pada grafik hubungan waktu dengan keceptan angin terlihat

bahwa semakin lama waktu yang digunakan untuk menyalakan kipas dan

menghembuskan angin maka energi kalor yang didapat dari perubahan energi

listrik pun akan semakin melemah dan nilainya akan menurun sehingga

tegangan hot wire juga ajan semakin menurun seiring dengan bertambahnya

waktu. Hal ini terjadi karena adanya disipasi kalor.

Kemudian pada grafik kedua yang mengubungkan antara kecepatan

angin dengan tegangan, terlihat bahwa adanya hubungan yang berbanding

terbalik. Dimana ketika kecepatan angin semakin cepat maka tegangan akan

semakin turun. Pada grafik Least Square tersebut menunjukan penurunan

kurva sehingga pernyataan diatas adalah sesuai dengan kenyataannya.

d. Analisis Kesalahan

Dalam praktikum ini terjadi kesalahan yang terjadi pada pengukuran

kecepetan angin, tegangan, dan waktu. Idealnya ketika diberikan hembusan

angin dengan kecepatan konstan maka nilai tegangan tidak akan berubah,

tetpai pada peercobaan terlihat perubahan nilai tegangan walau sangat kecil.

Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor seperti tidak sepenuhnya angin

tersebut mengalir, melainkan ada aliran angin yang keluar ataupun ada aliran

udara yang masuk dan menganggu percobaan serta mempengaruhi hasil dari

percobaan. Nilai resistensi kawat yang ada juga memiliki daya hambat

sehingga membuat alatpengukur tidak dapat mengukur dengan akurat.

Kesalahan relatif percobaan kali ini dapat dihitung dengan menghitung:

Sehingga kesalahan relatifnya adalah

∆ 458.84

= × 100% = × 100% = 18.12%−2531.36

Kesalahan relatif ini merupakan kesalahn relatif pada percobaan

perhitumgan gradien garis linear dengan hasil pengukuran percobaan yang

didapat.

VII. Kesimpulan

1. Kawat Hot Wire bukan merupakan alat pengukur untuk mengukur kecepatan

angin, karena dari percobaan yang dilakukan menunjukan kesalahan relatif

yang cukup besar. KR sebesar 18.21 %.

2. Kecepatan Aliran Angin yang diberukan berbanding lurus dengan arus listrik

dan berbanding terbalik dengan tegangan.

3. Besarnya energi yang terdisipasi sebanding dengan tegangan, arus listrik yang

mengalir dan lamanya waktu.

VIII. Referensi

1Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall,NJ, 2000.

2Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition,John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.