ANTISIPASI KEBERLAKUAN HUKUM BOYLEOLEH: YUSRON FERIADI (073184004) DAN DIANTO (073184007)

ABSTRAKSI Have been done experiment with a purpose to comprehend principle work gas thermometer which is equiped silica-gel tube and also explain system pressure influence to height of mercury in silicsgel tube. method Intake of data done by conducting quantitative perception at with refer toing instrument save silica-gel, vacuum hand and pump pressure. Experiment done by is vacuum of air at silica-gel tube and perceive height of mercury at silica-gel tube, then do data recheck to the the perception to prove to to go into effect Boyle law. Experiment data analysed with approach of graph method and compare experiment graph with graph which is its besaran is it converted in set of is international. Pursuant to result of experiment data and analysis can be concluded that graph result of data recheck do not look like hiperbolik curve graph ( Boyle law isotherm curve), however expressing clarification of is same fisis that is at isotermik process, inversely proportional gas pressure with its volume. This matter of show go into effect Boyle law at gas thermometer equiped by silica-gel tube. Telah dilakukan eksperimen dengan tujuan memahami prinsip kerja thermometer gas yang dilengkpi tabunga silica-gel serta menjelaskan pengaruh tekanan system terhadap ketinggian raksa dalam tabung silics-gel. Metode pengambilan data dilakukan dengan melakukan pengamatan kuantitatif pada serangkaian instrument tabung silica-gel, hand vacuum dan pressure pump. Eksperimen dilakukan dengan memvakumkan udara pada tabung silica-gel dan mengamati ketinggian raksa pada tabung silicagel, kemudian melakukan recheck data atas pengamatan tersebut untuk membuktikan keberlakuan hokum boyle. Data eksperimen dianalisis dengan pendekatan metode grafik dan membandingkan grafik eksperimen dengan grafik yang besaran fisisnya dikonversikan dalam satuan internasional. Berdasarkan hasil analisis dan data eksperimen dapat disimpulkan bahwa grafik hasil recheck data tidak menyerupai grafik kurva hiperbolik (kurva isotherm hukum Boyle), akan tetapi menyatakan penjelasan fisis yang sama yaitu pada proses isotermik, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Hal ini menunjukan keberlakuan Hukum Boyle pada thermometer gas yang dilengkapi tabung silica-gel.

I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Thermometer gas yang digunakan adalah thermometer yang dilengkap dengan tabung silica-gel, dihubungkan dengan alat pengukur tekanan (hand vacuum dan pressure vacuum). Konstruksi, bahan dan ukuran thermometer diberbagai biro dan lembaga yang tersebar diseluruh dunia tempat alat ini digunakan berbeda-beda dam tergantung pada sifat perilaku system gas serta jangkuan temeratur yang akan diukur. Dalam kegiatan ini diperkenalkan thermometer gas yang dilengkapi abung silica-gel dan dihubungkan dengan hand vacuum dan pressure pump. Melalui kegiatan eksperimen ini dapat dipantau dan diantisipasi keberlakuan hokum Boyle.

B.

Rumusan Masalah 1. Bagaimana pengaruh tekanan system terhadap perubahan ketinggian air raksa pada tabung silica-gel?

C.

Tujuan Eksperimen 1. Menjelaskan dan memahami prinsip kerja thermometer gas yang dilengkapi tabung silica-gel serta menjelaskan pengaruh tekanan system terhadap perubahan ketinggian tabung silica-gel.

II. DASAR TEORI Salah satu jenis thermometer adalah thermometer gas volume tetap. Thermometer ini memiliki sifat termometrik tekanan suatu gas yang volumnya dikondisikan konstan. Gas yang biasa digunakan adalah gas hydrogen atau gas helium. Thermometer gas untuk menyelidiki perilaku gas (ekspansi kenaikan tekanan). Hukum Boyle Hukum Boyle dapat dinyatakan bahwa pada suhu konstan, tekanan berbanding terbalik dengan volume, atau dikenal sebagai proses isothermal yaitu proses dimana selama proses berlangsung tempertur system selalu tetap. ( T = konstan atau dT = 0 ). Secara matematis dapat dinyatakan dalam formulasi berikut ini : P=

C V

atau PV = C

dimana C = constant

Hubungan P dan V dapat dinyatakan dalam bentuk grafik berikut ini :

Gambar 1. Grafik Hukum Boyle Pada diagram P-V diatas, bentuk kurva dikenal sebagai kurva isotherm Boyle Hukum gas ideal atau persamaan keadaan gas ideal : Persamaan keadaan gas yang paling sederhana adalah persamaan keadaan gas ideal, secara umu dapat dinyatakan bahwa gas ideal adalah gas yang ikatan antar molekul-molekul dapat diabaikan.

Gas-gas yang memenuhi sifat gas ideal memilik persamaan keadaan yang diperoleh melalui eksperimen. Formulasi persamaan gas ideal yaitu sebagai berikut : PV = nRT Dengan : P = tekanan gas (N/m2) V = volume (m3) n = jumlah Zat (mol) R = konstanta gas universal (8,314 J/mol K) T = suhu mutlak (K) Jika dinyatakan dalam konversi satuan lain, konstanta gas universal atau konstanta gas umum dapat bernilai berikut ini : R = 0,08207 Lt atm/mol K R = 1,99 kal/mol K R = 154,3 Lb Ft/mol K Tekanan Tekanan didefinisikan sebagai besar gaya yang bekerja pada luasan permukaan bidang tekan tertentu, dapay dinyatakan dalam persamaan berikut :

P

F AP = tekanan (N/m2) F = gaya tekan (N) A = luas permukaan bidang tekan (m2)

Dengan :

Satuan untuk tekanan : 1 N/m2 = 1 Pa 1 mbar = 10-3 bar 1 bar = 105 Pa 1 atm = 76 cmHg = 1,01 . 105 Pa = 1,01 bar 1 Pa = 7,5012 . 10-4 cmHg 1 mbar = 102 Pa

Dalam termodinamika tekanan umumnya dinyatakan dalam harga absolute (tekanan absolute), tekanan absolute tergantung pada tekanan pengukuran sistem, jadi : a. Bila tekanan pengukuran (gauge Pressure) system di atas tekanan atmosphere, maka : tekanan absolute = tekanan gauge + tekanan atomosfer. b. Bila tekanan pengukuran (gauge Pressure) system dibawah tekanan atmosphere, maka tekanan absolute = tekanan atmosphere tekanan gauge. Dalam suatu kolom cairan pengukuran tekanan, dimana tabung berbentuk U yang sebagian diisi dengan zata cair (raksa/air) tekanan yang terukur dihubungkan dengan perbedaan ketinggian dan tekanan atmosphere yang bekerja diluar alat tersebut bukan hasil kali gh yang diperhitungkan melainkan harga ketinggian saja. Tekanan negative jika tekanan dalam tabung silica-gel lebih kecil daripada tekanan atmosphere. Macam-macam tekanan : a. Tekanan atmosphere, yaitu tekanan udara luar yang terukur pada saat dilakukannya suatu percobaan. b. Tekanan negatif, yaitu tekanan yang terjadi jika tekanan dalam tabung silica-gel lebih kecil dari tekanan atmosphere. c. Tekanan system, yaitu tekanan yang besar nilainya diperhitungkan pada suatu system (system eksperimen). Psistem = Pabs Pabs = Patm + Pgauge d. Tekanan terukur, yaitu tekanan yang diukur nilainya tanpa memperhitungkan tekanan atmosphere. e. Tekanan absolute, yaitu tekanan atmosphere yang ditambahkan dengan tekanan terukur. Pabs = Patm + Pgauge Rumus Volume Kolom Raksa Secara umum volume raksa dapat dirumuskan : V = r2 t Dengan : t = perubahan ketinggian air raksa. Jika t = x , maka : V = r2 x Atau V = d2 x

Bagian-Bagian Hand Vacuum Dan Pressure Pump

Gambar 2. Bagian-bagian hand vacuum 1. Pengungkir untuk mengoperasikan pompa piston. 2. Pegangan (gagang). 3. Klep pengungkit untuk lubang angin yang terbuka ketika pengungkit ditarik searah. 4. Penghisap (bagian sambungan) berdiameter 7 mm. 5. Skala penunjuk tekanan yang menunujukkan perbedaan tekanan luar dan tekanan dalam suatu penerima yang dihubungkan ke penghisap 4 6. Penghubung, berdiameter 7 mm. 7. Penutup muka untuk melepaskan penghubung 4 dan 6 8. Penagatur adaptor sesuai dengan pipa. 9. Penghisap gabungan sesuai dengan pipa 10 10. Pipa plastic berdiameter 6,6 mm Cara menggunakan hand vacuum yaitu : 1. Menghubungkan hand vacuum sesuaui dengan percobaan. 2. Penutup sambungan tidak ditutup dengan topi untuk mencegah benda asing masuk. 3. Pegangan pompa dioperasikan denagn menarik tuas dengan cepat dan merata secara kuat.

Gambar pemvakuman udara dan pengisian udara :

Gambar 3. Pemvakuman udara

Gambar 4. Pengisian udara Pada percobaan hukum Boyle ini temperatur dikondisikan konstan sehingga dalam kegiatan pengambilan data eksperimen yang dilakukan yaitu pemvakuman udara bukan pengisian udara.

III. A.

METODE EKSPERIMEN Rancangan Percobaan

Gambar 5. Rancangan eksperimen B. Alat dan Bahan 1. Hand vacuum dan pressure pump. 2. Tabung silica-gel. 3. Statif. C. Variabel percobaan 1. Variabel manipulasi : tekanan yang diukur pada hand vacuum Definisi operasional variabel manipulasi : besarnya tekanan yang diberikan pada hand vacuum berpengaruh pada perubahan ketinggian raksa. Nilai kuantitatif variabel manipulasi : nilai yang tertera pada hand vacuum dengan satuan mbar 2. Variabel respon : perubahan ketinggian raksa Definisi operasional variabel manipulasi respon : perubahan ketinggian yang disebabkan oleh penambahan tekanan pada system. Nilai kuantitif variabel respon : besarnya ketinggian raksa yang ditujukan dalam skala tabung raksa dalam satuan cm. 3. Variabel kontrol : tekanan ruangan Definisi operasional variabel kontrol : tekanan ruanagan dalam selalu dalam keadaan konstan saat melakukan eksperimen.

Nilai kuantitaif variabel kontrol : besarnya tekanan ruangan yang diukur saat melekukan eksperimen dalam satuan mbar. D. Langkah Percobaan 1. Mencatat tekanan ruang eksperimen dengan melihat skala pada barometer. 2. Menghubungkan selang karet pada saluran hand vacuum ke tabung silica-gel. 3. Mementukan besar ketinggian awal ( Xo ). 4. Memvakumkan udara pada tabung silica-gel dengan menarik hand vacuum. 5. Mencatat ketinggian akhir ( X ) yang terjadi akibat pemvakuman. 6. Mencatat data eksperimen ke dalam tabel. IV. DATA DAN ANALISIS A. Data Tabel 1. Data hasil eksperimen Antisipasi Keberlakuan Hukum Boyle sebelum dilakukan Recheck data Truangan = 31oC Pgauge (mbar) Patm (mbar) (xo 0.05) cm (x 0.05) cm x (cm) V (cm3) Pabs (mbar)

Tabel 2. Data hasil eksperimen Antisipasi Keberlakuan Hukum Boyle setelah dilakukan recheck data Truangan = 31oC

(xo 0.05) cm (x 0.05) cm Patm (mbar) Pgauge (mbar) x (cm)

V (cm3)

Pabs (mbar)

B. Analisis DataBerdasarkan data pada tabel 1 didapat nilai atau kuantitas volume raksa dengan menggunakan formulasi V = d2x, dimana d adalah diameter dalam pipa kapiler ( d = 2.7 0.2 mm) sedangkan kuantitas tekanan absolute dapat dihitung dengan menggunakan formulasi: Pabs = Patm + Pgauge, dimana Patm adalah tekanan udara luar saat pengambilan data eksperimen yang diukur dengan barometer dan Pgauge adalah tekanan yang terukur pada hand vacuum. Dari data percobaan didapatkan nilai (kuantitas) hasil pengukuran Pgauge berharga negatif, artinya tekanan pengukuran sistem dibawah tekanan atmosfer atau hand vacuum sebesar kuantitas negatif tersebut. Dari data tabel data hasil eksperimen, kita dapat membuat bahan kajian dan analisa grafik sebgai berikut : a. Grafik hubungan Pgauge dan x, dimana Pgauge adalah tekanan sistem gas yang terukur dan x adalah perubahan ketinggian raksa ( x = x - xo ) dapat dinyatakan tabel dan grafik Pgauge dan x sebagai berikut:

Tabel 3.

Grafik 1.

Berdasarkan grafik hubungan Pgauge dan x (perubahan ketinggian ar raksa dalam tabung silica gel) dapat di informasikan bahwa nilai tekanan gauge berbanding terbalik dengan kuantitas x, yaitu dimana semakin kecil Pgauge maka x justru semakin besar. Kondisi ini apabila diformasikan dalam pernyataan Hukum Boyle adalah belum sesuai dengan, dengan catatan bahwa nilai Pgauge dianggap sebagai tekanan absolute. Untuk itu kita perlu membawa hasil data ini ke dalam formasi yang sesuai dengan Hukum Boyle dan grafik kurva isotherm Boyle.

Adapun apabila kuantitas Pgauge dan x dinyatakan dalam konversi satuan SI diperoleh tabel data dan grafik sebagi berikut ini;

Tabel 4.

Grafik 2. Penjelasan dan ulasan atas tabel dan grafik di atas memilki pernyataan fisis yaitu, kuantitas tekanan gauge yang terukut pada hand vacuum berbanding terbalik dengan kuantitas perubahan ketinggian air raksa. Kita dapat melihat grafik 2 diatas kuantitas Pgauge berada pada sumbu-X negative yaitu konsekuensi Pgauge sebagai variabel manipulasi dan kuantitas x berada pada sumbu-Y positif. Ini sangat berbeda jika kita relasikan dengan grafikkurva isotherm Boyle yang menginformasikan besaran P pada sumbu Y positif sedangkan sumbu-X positif adalah kuantitas volume gas.

b. Grafik hubungan Pgauge dan V (volume gas pada pipa kapiler). Berikut ini disajikan tabel dan grafik hubungan antara Pgauge dan V :

Tabel 5.

Grafik 3. Berdasarkan grafik hubungan antara Pgauge dan V dapay dinyatkan bahwa semakin kecil tekanan gauge maka volime kolom raksa semakin besar. Grafik tersebut menyatakan hubungan P-V, sedangkan pada formasi hukum Boyle Menyatakan V-P (V sebagai variabel manipulasi dan P sebagai variabel Respon). Iuntuk itu kita belum bias menyatakan bahwa grafik di ats adalah sesuai dengan Hukum Boyle.

Adapun apabila kuantitas Pgaauge dam V dinyatakan dalam satuan SI, diperoleh kolom tabel data dan grafik sebagai berikut :

Tabel 6.

Grafik 4. Dari grafik hubungan antara Pgauge dan V dengan kuantitas dalam satuan SI, dapat dinyatakan bahwa kuantitas Pgauge berbanding terbalik dengan volume raksa, dalam artian bahwa semakin kecil Pgauge, maka volume semakin besar. Grafik 4 di atas dapat di bawa ke dalam bentuk grafik hukum Boyle dengan melakukan ricek data terkebih dahulu. Recheck data dilakukan dengan cara menaikkan kolom raksa sesuai dengan data pada tabel.1, baru kemudian membaca kuantitas tekanan pada hand vacuum.

Berdasarakan tabel 2. Data hasil eksperimen antisipsi keberlakuan Hukum Boyle yaitu data hasil dari recheck data dapat dibuat analisa grafik sebagai berikut: a. Grafik hubungan antara x dengan Pgauge Dapat disajikan tabel dan grafik hubungan antara x dan Pgauge sebagai berikut ini :

Tabel 7.

Grafik 5. Berdasarkan grafik 5 di atas dapat dinyatakan bahwa kuantitas x berbanding terbalik dengan Pgauge, yang berarti semakin besar x maka Pgauge semakin kecil. Setelah melakuakan recheck data diperoleh kuantitas Pgauge yang sama ketika sebelum dilakukan recheck data pada kuantitas yang sama. Tujuan kita melakukan recheck data yaitu membawa data eksperimen agar berlaku sesuai dengan Hukum Boyle.

Adapaun apabila kita ingin membandingkan Pgauge dan x yang dinyatakan dalam konversi satuan SI, dapat diperoleh tabel dan grafik hubungan x dan Pgauge sebagai berikut ini :

Tabel 8.

Grafik 6. Penjelasan atas grafik 6 di atas memiliki penjelasan fisis yang sama dengan sebelum dilakukan konversi ke dalam satuan SI, yaitu kuantitas x berbanding terbalik dengan Pgauge, yang berarti bahwa semakin besar x maka Pgauge semakin kecil.

b. Grafik hubungan V dengan Pgauge Berikut ini disajikan rabel data dan grafik hubungan V dengan Pgauge.

Tabel 9.

Grafik 7. Berdasarkan grafik 7 yang menyatakan hubungan antara volume raksa (V) dengan tekanan gauge (Pgauge) dari recheck datadapat di informasikan bahwa nilai kuantitas V berbanding terbalik dengan Pgauge, yang berarti bahwa semakin besar nilai V maka semakin kecil Pgauge.

Adapun apabila kita akan membandingkan hubungan Pgauge dan V yang dinyatakan dalam konversi satuan SI, dapat dinyatakan grafik hubungan V dan Pgauge= sebagai berikut :

Tabel 10.

Grafik 8. Berdasarkan grafik 8 yang menyatakan hubungan antara volume dan tekanan gauge dari hasil recheck data yang dinyatakan dalam konversi satuan SI, dapat diinformasikan bahwa nilai kuantitas V berbanding terbalik denganm Pgauge, yang berarti semakin besar kuantitas V maka semakin kecil Pgauge. Dari hasil data recheck data, kita dapat menyatakan bentuk dan hubungan variabel dari grafik recheck data ke dalam bentuk dan hubungan variabel dari grafik isotherm hukum Boyle dengan cara menyatakan tekanan tekanan gauge ditambahkan kedalam hasil pengukuran tekanan atmosfer sehingga didapatkan kuantitas tekanan absolute, dimana pada grafik

hubungan P-V sperti pada grafik hukum Boyle, kuantitas tekanan yang dipakai adalah tekanan absolute. Sebelum kita menyatakan hubungan Pabsolut dan V, ada baiknya kita kaji terlebih dahulu Pabsolut dengan x (perubahan ketinggian air raksa). Berikut ini tabel dan grafik hubungan Pabsolut dan x setelah dilakukan recheck data :

Tabel 11.

Grafik 9.

Apabila Pabsolut dan x dinyatakan dalam konversi satuan SI, grafik dapat dinyatakan sebagai berikut :

Tabel 12.

Grafik 10. Berdasarkan grafik 9 dan grafik 10 yang menyatakan hubungan Pabsolut dengan x (perubahan ketinggian air raksa), dapat di informasikan bahwa kuantitas x berbanding terbalik Pabsolut, yang berarti semakin besar kuantitas x maka semakin kecil nilai tekanan absolutnya. Dari hasil recheck data kita memperoleh garfik P-V seperti pada hukum Boyle, dimana P yang diinformasikan dalam grafik Hukum Boyle adalah tekanan absolute, sehingga kita dapat menyatakan grafik Pabsolut dengan V sebagai berikut :

Tabel 13.

Grafik 11.

Apabila Pabsolut dan V dinyatakan dalam sistem satuan SI, grafik dapat dinyatakan sebagai berikut:

Tabel 14.

Grafik 12. Berdasarkan grafik 11 dan grafik 12 sama-sama memberikan informasi kepada kita bahwa nilai kuantitas V berbanding terbalik dengan nilai Pabsolut, yang berarti semakin besar nilai V maka semakin kecil P dalam system Gas. Hubungan P-V ini sesuai dengan keberlakuan hukum Boyle yaitu proses dimana selama proses berlangsung temperature system selalu tetap sehingga berbanding terbalik dengan volume.

V. DISKUSI DAN PEMBAHASANDalam pengambilan data pada eksperimen antisipasi keberlakuan hukum Boyle dapat dilakukan dengan melalui dua metode yaitu : a. Mengukur ketinggian raksa terus setiap kali pemvakuman. b. Mengukur ketinggian raksa selalu dari ketinggian semula. Adapun kelebihan metode dengan mengukur ketinggian raksa selalu dari ketinggian semula yaitu peroleh data akan lebih akurat sedangkan waktu yang diperlukan dalam pengambilan data relatif lebih lama. Dalam eksperimen ini kita memakai metode yang pertama yaitu mengukur ketinggian raksa terus setiap kali pemvakuman dengan alasan kita dapat melakukan recheck data. Recheck data ini bertujuan membawa hasil pengambilan data kedalam syarat berlakunya hukum Boyle yang menyatakan tekanan (P) berbanding terbalik dengan volume (V), pada temperature konstan. Dimana tekanan yang dimaksud dalam system ini adalah tekanan absolute. Semula pengambilan data dalam eksperimen ini dengan memanipulasi tekanan dan nilai tekanan yang terukur pada hand vacuum merupakan tekanan Gauge yang berharga negatif, sehingga apabila hasil data dinyatakan dalam grafik koordinat kartesius, tekanan terukur dinyatakan dalam sumbu-X negatif, sedangkan dalam hukum Boyle tekanan dinyatakan dalam sumbu-Y positif. Dengan demikian kita perlu mengadakan recheck data agar besaran tekanan dapat dinyatakan dalam sumbu-Y positif dan volume pada sumbu-X positif. Grafik yang diperoleh dari pengambilan data tidak menyerupai grafik dalam bentuk kurva Isoterm Boyle (korva hiperbolik). Walaupun begitu menyatakan penjelelasan fisis yang sama yaitu pada proses isotermik, tekanan berbanding terbalik dengan volume. Jadi recheck data ini berfungsi sebagai langkah antisipasi keberlakuan hukum Boyle. Saat pengambilan data, kami sebagai praktikan menyadari bahwa dalam pembacaan skala pada alat ukur hand vaccum mengalami kesulitan dalam membaca skala secara tepat, terutama pada saat recheck data. Hal ini disebabkan karena jarak antar tiap indicator skala terlalu jauh, sehingga pada saat posisi jarum penunjuk skala tidak berada tepat pada garis skala, kami harus memutuskan pembacaan skala yenga terdekat dari garis skala. Padahal antar skala berselisih 20 satu satuan tekanan (mbar). Perlu diketahui bahwa saat pengambilan data, pembacaan kuantitas tekanan atmosfer dilakukan sebanyak 3 kali dalam rentang waktu tertentu. Hal ini dilakukan yaitu agar kita yakin variabel control kita (tekanan atmosfer) tidak berubah selama pengambilan data. Dalam eksperimen ini sebaiknya dala membaca skala alat ukur dengan tepat agar kita dapat meminimalisasi terjadinya ketidakpastian dalam pengukuran. Raksa yang digunakan sebagai pertambahan ketinggian pada pipa kapiler yaitu raksa yang diambil dengan memberikan usikan pada dasar pipa kapiler, ini dilakukan dengan alasan kita tidak mungkin memaksa naik air raksa keseluruhan dalam pipa kapiler setiap pemvakuman karena gaya kohesi antar molukel raksa kuat, sehingga diambil bagian kecil saja sebagai indicator.

VI. KESIMPULANBerdasarkan data eksperimen dan analisis data dapat disimpulkan tekanan pada hand vacuum berbanding terbalik dengan volume. Langkah antisipasi keberlakuan hukum boyle pada ekperimen ni yaitu dengan melakukan recheck data , sehingga didapat grafik hubungan tekanan absolute dengan volume seperti pada grafik P-V pada hukum boyle. Pada termometer gas yang dilengkapi dengan tabung silica-gel menunjukan keberlakuan Hukum Boyle.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli. 2001. Fisika Jilid 1 Edisi kelima. Jakarta : Erlangga Hasanah, Retno. 2001. Fisika Dasar 1 Seri Termofisika. Surabaya : Unipress-UNESA Zemansky, Sears. 1962. Fisika Untuk Universitas I. Mekanika, Panas, dan Bunyi. Bandung : Bina Cipta