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.
Recommended