HUKUM
BOYLE
Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Alauddin Makassar
Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Alauddin Makassar
Abstrak
Telah dilakukan praktikum
termodinamika dengan judul “Hukum Boyle
”. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Pendidikan Fisika. Praktikum ini
bertujuan merancang percobaan hukum
boyle sederhana yakni dengan mengalisis hubungan
antara tekanan dan volume zat cair untuk suhu tetap, dimana pada percobaan dilengkapi dengan spoit sebagai alat
ukur volume untuk pengaruh tekanan
sistem terhadap ketinggian air dalam
pipa U seperti pada sistem yang
diterapkan pada hukum pascal. Metode
pengambilan data dilakukan dengan melakukan pengamatan kuantitatif pada
serangkaian pengambilan data seiring spoit tertarik perlahan, maka tekanan
sistem tertutup. Eksperimen dilakukan
dengan memvakumkan air pada pipa U, kemudian melakukan perbandingan data atas
pengamatan tersebut untuk membuktikan keberlakuan hukum boyle. Data eksperimen
dianalisis dengan pendekatan metode grafik hubungan antara tekanan dengan
volume pada suhu konstan atau sama yaitu pada proses isotermik, tekanan gas
berbanding terbalik dengan volumenya. Hal ini menunjukan keberlakuan hukum
boyle zat cair berupa air.
Kata Kunci: Hukum Boyle.
TUJUAN
1. Untuk mencari hubungan antara tekanan
dan volume zat cair untuk suhu tetap.
2. Untuk membuktikan bahwa hasil kali antara tekanan
dan volume pada sistem atau keadaan konstan.
PENDAHULAUN
Jika kita perhatikan sekeliling kita terdapat
beberapa fenomena, seprti balon yang ditiup akan mengalami perubahan volume,
ban yang dipompa mengalami perubahan volume, balon yang ditekan mengalami
kenaikan tekanan, pada saat memasak air dalam panci yang tertutup penutupnya
akan tertekan ke atas ketika panci telah lama dipanaskan, ini adalah sebagian
kecil fenomena yang menyangkut
termodinamika.
Berdasarkan teori terdapat hubungan
antara besaran tekanan, volume, dan
suhu. Salah satu yang membahas materi ini adalah hukum boyle. Yang menyatakan
bahwa tekanan berbanding terbalik dengan volume jika suhu dalam keadaan konstan
pada suatu sistem tertutup. Dengan memperhatikan ulasan diatas maka kami
melakuakn percobaan hukum boyle dengan tujuan untuk mengetahui apakah memang
terdapat hubungan antara tekanan dan volume dalam suatu sistem tertutup, dan
juga mengaitkan dengan fenomen.
PERTANYAAN
PRA LAB
1. Kemukakan
bunyi hukum boyle
2. Fenomena
yang berkaitan dengan hukum boyle
3. Jelaskan
perbedaan hukum boyle dengan hukum pascal
METODOLOGI
EKSPERIMEN
Teori Singkat
Untuk jumlah gas
tertentu, ditemukan secara eksperimen bahwa sampai pada pendekatan yang cukup
baik, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan padanya
ketika temperatur dijaga konstan (Giancoli, 2001: 460).
Bila kita
menekan gas sambil menjaga temperaturnya konstan, maka kita akan mendapatkan
bahwa tekanan berubah atau bertambah bila volumenya berkurang. Demikian pula
ketika kita menyebabkan gas memuai pada temperatur konstan, tekanannya akan
berkurang bila volumenya bertambah, ini berarti bahwa hasil kali antara tekanan
dan volume gas adalah konstan. Hal ini ditemukan secara eksperimen oleh Robert
Boyle (1627 – 1691), rekan sezaman yang lebih mudah dari pada Galileo dan lebih
tua dari pada Newton (Tipler, 1991: 572).
Hukum
Boyle berlaku untuk setiap dua keadaan setimbang, yaitu 1 dan 2 di mana c
adalah konstanta dalam arti umum (k,;,ita katakan, ketika T=c maka PV=c, tetapi
T tidak sama dengan PV) (Faires, 1970: 144).
Charles eksplisit meneliti pengaruh suhu
yang bervariasi. Ia menemukan bahwa jika tekanan diadakan konstan, volume
bervariasi secara linear dengan suhu:
V = 1 + kt (1)
Dimana k ditemukan memilki nilai yaitu 273,15oC.
Persamaan ini menunjukkan bahwa jika sampai pada suhu 273,15oC maka
volume gas akan nol pada suhu tersebut bahkan bernilai negatif karena volume
negatif tidak berarti, t = -273,15oC maka suhu yang dicapai dianggap
rendah dan disebut nol mutlak (Kaufman, 2001: 6).
Hukum
Boyle dapat digunakan pada pendekatan yang baik untuk gas sempurna karena hukum
ini merupakan pendekatan yang akurat untuk gas riil sepanjang tekanan dan massa
jenis (kerapatan) gas tidak terlalu tinggi dan gas tidak mendekati kondensasi.
Hukum gas dari Boyle sangat berguna di sains, yaitu akibat dari perubahan satu
variabel saja (Pippar, 1957: 47).
Alat dan Bahan
1. Alat
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah
sebagai berikut :
a. Pipa
U 1
buah
b. Pipa
T 1
buah
c. Selang
Penghubung 1
buah
d. Mistar 1
buah
e. Spoit 1
buah
f. Tissue Secukupnya
2. Bahan
Bahan
yang di gunakan pada percobaan ini adalah air secukupnya
Identifikasi
Variabel
1. Variabel
manipulasi : Volume Zat Cair.
2. Variabel
hitung : Tekanan Zat
Cair.
3. Variabel kontrol : Ketinggian Zat Cair.
Definisi Operasional Variabel
1. Volume zat cair adalah besarnya volume yang berubah-ubah dari
skala kedudukan tertentu untuk rentang 1 mL.
2. Tekanan zat cair
adalah tekanan pada zat cair (air) dengan mempertimbangkan massa jenis ,
percepatan gravitasi (g), dan ketinggiannya(h) ditandai dengan satuan Pa.
3.
Ketinggian zat cair adalah ketinggian yang diukur dengan alat ukur mistar pada
bejana berhubungan atau pipa U.
ProsedurKerja
1. Menyediakan
alat dan bahan yang dilakukan pada percobaan ini.
2. Merangkai
alat dan bahan seperti pada gambar di
bawah ini
3. Menekan
Spoit dengn volume tertentu (mL), kemudian mengukur ketinggian zat cair (m)
dengan mistar.
4. Mengurangi
setiap 1 mL dari volume awal sebanyak 3 kali kemudian mengukur ketinggian zat
cair (m) dengan mistar.
5. Melakukan
langkah 3 dan 4 dengan 3 kali pengambilan data ketinggian zat cair (m).
6. Mencatat
hasil pengamatan pada tabel pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Hasil Pengamatan
Kegiatan 1
: Hubungan Antara
Tekanan (P) Dengan Volume (V) Pada Suhu 27 ⁰C
Tabel 1 :
Hubungan Antara Tekanan (P) Dengan Volume (V) Pada Suhu 27 ⁰C
NST Piston :
1 mm : 1 × 10-6 m3
NST Mistar
: 1 mm : 0,001 m
NST Manometer :
1 mm : 0,001 m
NST Termometer :
1 ⁰C
ρair :
1 gram/cm 3 : 1000 g/m3
g : 10 m/s 2
No.
|
Suhu ( T ) ⁰C
|
Volume ( V ) m3
|
h ( m )
|
P = ρgh ( Pa )
|
P.V (J)
|
1
|
27
|
7 × 10-6
|
12 × 10-2
|
1.700
|
11.900
|
2
|
27
|
8 × 10-6
|
13,5 × 10-2
|
1.350
|
10.800
|
3
|
27
|
9 × 10-6
|
7,5 × 10-2
|
750
|
6.750
|
Kegiatan 2 :
Hubungan Antara Tekanan (P) Dengan Volume (V) Pada Suhu 27 ⁰C
Tabel 2 :
Hubungan Antara Tekanan (P) Dengan Volume (V) Pada Suhu 27 ⁰C
NST Piston :
1 mm : 1 × 10-6 m3
NST Mistar
: 1 mm : 0,001 m
NST Manometer :
1 mm : 0,001 m
NST Termometer :
1 ⁰C
ρair :
1 gram/cm 3 : 1000 g/m3
g : 10 m/s 2
No.
|
Suhu ( T ) ⁰C
|
Volume ( V ) m3
|
h ( m )
|
P = ρgh ( Pa )
|
P.V (J)
|
1
|
27
|
16 × 10-6
|
16,4 × 10-2
|
1.640
|
26.240
|
2
|
27
|
17 × 10-6
|
14,5 × 10-2
|
1.450
|
24.650
|
3
|
27
|
18 × 10-6
|
8 × 10-2
|
800
|
14.400
|
4
|
27
|
19 × 10-6
|
3 × 10-2
|
300
|
5700
|
Analisis data
Kegiatan
1 : Menghitung W pada saat T = 270 C
W =P . V
a. menentukan
kesalahan mutlak
w
=p.g.h.V
W =
h.V
=
=
=
∆W =
b. menentukan
kesalahan relatif (KR)
c. menentukan
derajat kepercayaan (DK)
d. menentukan
pelaporan fisika (PF)
Tabel
Hasil Analisis :
No
|
T
(⁰C)
|
W
(N/m)
|
∆W
(Joule)
|
KR
(%)
|
DK
(%)
|
PF
(Joule)
|
1
|
27
|
119
× 10-4
|
8,99
× 10-4
|
7,55
|
99,29
|
│119,00
× 10-4 ± 8,99 × 10-4│
|
2
|
27
|
108
× 10-4
|
71,49
x 10-4
|
6,61
|
93,39
|
| 108,00
× 10-4 ± 71,49 x 10-4|
|
3
|
27
|
67,5
× 10-4
|
41,99
x 10-4
|
6,20
|
93,80
|
|
67,50 × 10-4 ± 41,99 x 10-4|
|
Kegiatan
2: Menghitung W pada saat T = 270 C
W = P . V
a. menentukan
kesalahan mutlak
w
= p.g.h.V
W =
h.V
=
∆W =
b. menentukan
kesalahan relatif (KR)
c. menentukan
derajat kepercayaan (DK)
d. menentukan
pelaporan fisika (PF)
No
|
T
(⁰C)
|
W
(N/m)
|
∆W
(Joule)
|
KR
(%)
|
DK
(%)
|
PF
(J)
|
1
|
27
|
262,4 x 10-4
|
19,49 x 10-4
|
7,42
|
92,58
|
│262,40
x 10-4 ± 19,49 x 10-4│
|
2
|
27
|
246,5 x 10-4
|
8,09 x 10-4
|
3,28
|
96,72
|
│246,50
x 10-4 ± 8,09 x 10-4│
|
3
|
27
|
114 x 10-4
|
3,87 x 10-4
|
3,39
|
96,61
|
│114,00
x 10-4 ± 3,87 x 10-4│
|
4
|
27
|
57 x 10-4
|
2,44 x 10-4
|
4,28
|
95,72
|
│57,00
x 10-4 ± 2,44 x 10-4│
|
Pembahasan
Pada percobaan ini kami
menggunakan piston dengan NST 1 × 10-6
m3, manometer dengan NST
1 × 10-3m, dan mistar dengan NST 1 × 10-3m,
sehingga diperoleh data sebagai berikut :
1. Hubungan
antara tekanan (P) dengan volume (V) pada suhu (T) konstan
Pada pengambilan data awal dengan
suhu yang konstan yaitu 27o C, pada
percobaan ini kami melakukan pengambilan data sebanyak 4 kali sehingga
diperoleh ketinggian secara berturut-turut yaitu 12 x 10-2 m, 13,5 x
10-2 m dan 7,5 x 10-2 m dengan volume dalam
spoit secara berturut-turut yaitu 7 x10-6 m3, 8 x10-6
m3, 9 x10-6 m3, diperoleh tekanan secara
berturut-turut yaitu 17 x 102 pa, 13,5 x 102 pa dan 7,5 x
102 pa, diperoleh pula PV secara berturut-turut adalah 11.900 Joule,
10.800 Joule dan 6.750 Joule. KR secara berturut-turut yaitu 0,71 %, 6,61 % dan
6,20 % sehingga diperoleh DK (Derajat Kepercayaan) sebesar 99,29 %, 99,39 % dan
93,80 % serta diperoleh PF (Pelaporan Fisika) yaitu │119,00 × 10-4 ± 8,99 × 10-4│Joule, | 108,00 × 10-4 ± 71,49 x 10-4| Joule dan | 67,5 × 10-4 ± 41,99 x 10-4 | Joule.
Dari
beberapa data diatas diperoleh bahwa tekanan berbanding terbalik dengan volume,
dimana semakin besar volume maka semakin
kecil tekanan begitupun sebaliknya yaitu semakin besar tekanan maka semakin
kecil volumenya pada suhu yang konstan. Hal ini telah terbukti dari percobaan
kami dan dengan melihat pada kesalahan relatifnya sangat kecil dan derajat
kepercayaannya rata-rata 95,49 % sehingga pada percobaan ini dapat dikatakan
mendekati keberhasilan. Hasil kali antara tekanan dan volume akan menghasilkan
suhu yang konstan karena pada percobaan ini suhu merupakan variabel kontrol
yang ingin kita tetap jaga agar tetap memilki nilai yang konstan atau tidak
berubah-ubah.
2. Hubungan
antara tekanan (P) dengan volume (V) pada suhu (T) konstan
Pada pengambilan data kedua dengan
suhu yang konstan yaitu 27o C, pada
percobaan ini kami melakukan pengambilan data sebanyak 4 kali sehingga
diperoleh ketinggian secara berturut-turut yaitu 16,4 x 10-2 m, 14,5
x 10-2 m, 8 x 10-2 m dan 3 x 10-2 dengan volume dalam spoit secara
berturut-turut yaitu 16 x 10-6, 17 x 10-6 16 x 10-6
m dan 6x10-6 m3.
Diperoleh tekanan secara berturut-turut yaitu 11x102, 7x102,
dan 2x102 pa, diperoleh pula PV secara berturut-turut adalah 1.640
Pa, 1.45 Pa, 800 Pa dan 300 PaJoule, KR secara berturut-turut yaitu 7,42 %,
3,28 %, 3,39 % dan 23,36 sehingga diperoleh DK (Derajat Kepercayaan) sebesar
92,58 %, 96,72, 96,61 %, dan 76,64 %
serta diperoleh PF (Pelaporan Fisika) yaitu │262,40 x 10-4 ± 19,49 x
10-4│Joule, │246,50 x 10-4 ± 8,09 x 104│Joule,
│114,00 x 10-4 ± 3,87 x 10-4│Joule dan │57,00 x 10-4
± 2,44 x 10-4│Joule.
Dari beberapa data diatas diperoleh bahwa tekanan
berbandi, ng terbalik dengan volume,dimana semakin besar volume maka semakin kecil tekanan
begitupun sebaliknya yaitu semakin besar tekanan maka semakin kecil volumenya
pada suhu yang konstan. Hal ini telah terbukti dari percobaan kami dan dengan
melihat pada kesalahan relatifnya sangat kecil dan derajat kepercayaannya
diatas 90,63 % sehingga pada percobaan ini dapat dikatakan mendekati
keberhasilan. PV ≠ C Karena Pada percobaan ini tekanan yang diberikan pada
spoit tidak berbanding lurus dengan volume yang dihasilkan hal ini diakibatkan
adanya beberapa faktor seperti pengaruh gelembung udara yang ada didalam Pipa U
dan pengaruh ketinggian spoit pada saat ditekan, dan juga seharusnya yang
digunakan disini ialah udara (gas) tetapi yang digunakan adalah zat cair.
SIMPULAN
DAN DISKUSI
Dari
hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa hubungan antara
volume dan tekanan berbanding terbalik dimana semakin besar tekanan yang
diberikan pada zat cair maka volume dari zat cair itu makin mengecil, begitupun
sebaliknya jika semakin kecil tekanannya maka volumenya akan besar. Hukum Boyle
menyatakan pada suhu konstan tekanan berbanding terbalik dengan volume dan pernyataan lain
dari hukum boyle adalah bahwa hasil kali antara tekanan dan volume akan
bernilai konstan selama massa dan suhu gas dijaga konstan.
PERTANYAAN POST LAB
1. Bagaimana hubungan
antara volume dengan tekanan
2. Apakah ukum boyle
berlaku pada sistem yang terbuka
DAFTAR
RUJUKAN
Faiser, Virgil Moring. 1970. Thermodynamics Sixt Edition. New York :
Collar Macnillam Internasional.
Giancoli, Dauglas C. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
Kaufman, Myron. 2001. Principles Of Thermodynamics. New York : Marcell Dekker.
Pippard, AB. 1957. Elements Of Classical Thermodynamics. New York : Cambridge
University Press.
Tipler, Paul. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar