MAKALAH EXPERIMENT FISIKA PENGUKURAN KONDUKTIVITAS TERMAL
Oleh Kelompok 6: Darma Sri Yani (86243) Mila Nofriyanati (86270) Ririn Fitri (86250) Rita Febriana(862)
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2009 DAFTAR ISI
Kata Pengantar ………………………………………………………………………………1 Bab I Pendahuluan A. Latar belakang…………………………………………………………………….2 B. Tujuan Penulisan………………………………………………………………….2
Bab II Pembahasan Pengukuran Konduktivitas Termal A. Peralatan dan Bahan………………………………………………………………3 B. Kajian Teori………………………………………………………………………..3 C. Prosedure Kerja…………………………………………………………………....7 D. Data Pengamatan………………………………………………………………….8 E. Pengolahan Data………………………………………………………………….10
Bab III Penutup
Kesimpulan……………………………………………………………………….......20
Daftar Bacaan …………………………………………………………………………….....21
KATA PENGANTAR
Fisika merupakan ilmu yang lahir dan berkembang yang bermula dari rasa keingintahuan tentang alam semesta yang objeknya dalam bentuk kebendaan, serta berbagiai gejala atau fenomena yang dijumpai alam. Fisika adalah ilmu yang nyata yang bersifat dinamis yang bisa dibuktikan keberadaanya, yaitu melalui gejala – gejala yang diberikan proses yang mungkin dilakukan melalui experiment di laboratorium. Suatu kebenaran dari teori atau hukum fisika dapat dilakukan melalui experiment. Tetapi T etapi tidak semuanya dapat dilakukan dilaboratorium. Banyak hal yang di bahas dalam pembelajaran fisika salah satunya adalah konduktivitas termal yang merupakan suatu fenomena di mana perbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari suatu daerah benda panas ke daerah yang lain dari benda yang sama pada temperatur yang lebih rendah. Banyak hal yang dapat diketahui tentang konduktivitas termal yang dapt diketahui diketahui secara teori dan praktikum. praktikum. Untuk pembahasan pembahasan lanjut akan akan di bahas dalam makalah ini.
BAB I PENDAHULUAN
I.
Latar Belakang Dalam kajian teori ataupun praktikum konduktivitas termal ada beberapa hal yang
perlu di ketahui dan d ingat kembali yaitu tentang konduksi,konveksi dan radiasi. Dalam praktikum tentang konduktivitas termal menggunakan metoda konduksi termal. Konduksi termal adalah suatu fenomena transport dimana perbedaan temperature menyebabakan transfer energy termal dari suatu daerah benda panas ke daerah yang lain dari benda yang sama pada temperature yang lebih rendah Menentukan atau mencari nilai konduktivitas termal dilakukan dalam praktikum. Nilai konduktivitas termal diperlukan untuk menentukan jenis dari penghantar apakah termasuk dalam penghantar yang baik atau tidak. Dalam praktikum ada empat penghantar yang di gunakan, untuk itu sangat erat hubunganya dengan penghitungan konduktivitas termal.
II.
Tujuan
1. Sebagai salah satu prasyarat tugas mata kuliah experiment 2. Mengukur konduktivitas termal beberap materila yang berbeda 3. Menentukan tipe material sampel yang digunakan, apakah konduktor atau isolator.
BAB II PEMBAHASAN
A. Peralatan dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam kegiatan pengukuran No
Nama Peralatan
Keterangan
Jum
1
Stand with insulating pad
Tempat material dan es
1
2
Generator uap
Penghasil uap
1
3
Tabung
Mengumpulkan es yang melebur
1
4
Tabung 2
Mengumpulkan
uap
yang 1
terkondensasi 5
Material Berbeda
Masonite,
wood,
lexan,
sheet
rock. 6
Termometer
Pengukur suhu
1
7
Jangka Sorong
Mengukur diameter es
1
8
Stopwatch
Pencatat waktu
1
B. Kajian Teoritis Konduksi termal adalah suatu fenomena transport di mana perbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang sama
pada temperatur yang lebih rendah. Panas yang di transfer dari satu titik ke titik lain melalui salah satu dari tiga metoda yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Bila panas yang di transfer tidak di ikuti dengan perpindahan massa dari benda disebut ddengan peristiwa konduksi. Penyelidikan terhadap konduktivitas termal adlah untuk menyelidiki laju dari konduksi termal melalui beberapa material. Jumlah panas yang di konduksikan melalui material persamaan waktu di lukiskan oleh persamaan
=kA
Dalam kasus perubahan teperatur sebagi akibat perubahan posisi yang sangat
kecil dimana ∆x→ 0, maka berlaku
bila garis dari aliran panas adlah paralel, maka gradient temperatur pada setiap penampang adalh sama. Untuk kondisi ini jumlah panas yang di konduksikan persatuan waktu dapat dapat di tuliskan tuliskan dalam bentuk
Dalam persamaan ∆Q = energi panas total yang di konduksikan , A = luas di mana konduksi mengambil tempat , ∆T = perbedaan temperatur dua sisi dari material, ∆T = waktu selama konduksi terjadi, h = ketebalan dari material dan k = konduktivitas termal dari material. Koefisien koduktivitas termal k didefenisikan sebagai laju panas pada suatu benda dengan satu gradient temperatur . nilai konduktivitas termal penting untuk menentukan jenis penghantar yaitu konduksi panas yang baik dan pengahntar panas yang tidak baik. Karena itu nilai dari konduktivitas termal menjadi penting untuk di bahas.
Nilai konduktivitas termal suatu material dapat di tentukan melalui pengukuran tak langsung. Dengan melakukan pengukuran secara langsung terhadp beberapa besaran lain , maka nilai konduktivitas termal secar umum dapat di tentukan melalui persamaan;
k= dalam teknik pengukuran konduktivitas konduktivitas termal, suatu plat material yang akan di jepitkan di antara satu ruang uap dengan memepertahankan t emperatur konstan sekitar 100⁰C
dan satu blok es yang di pertahankan pada temperatur konstan 0⁰C. berarti perbedaan temperatur di antara kedua permukaan dari amterial adalah 100⁰C. panas yang di transfer di ukur ukur dengan mengumpulkan mengumpulkan air yang yang berasal dari dari es yang melebur. Es Es melebur pada suatu laju 1 gram per 80 kalori dari aliran panas . karena itu konduktivitas termal dari suatu material dapat di tentukan menggunakan menggunakan persamaan:
dalam sistem CGS kalor lebur es adalah 80 kal/gram Konduktivitas termal
Konduktivitas termal adalah suatu fenomena transport dimana perbedaan temperatur menyebabkan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang lain dari benda yang sama pada temperatur rendah. Panas ynag di transfer dari satu titik ke titik lain mealaui salah satu dari tiga ti ga metoda yaitu konduksi, konveksi konveksi dan radiasi
konduksi: atom-atom hanya bergetar acak di tempat, sambil saling bertumbukan konveksi: atom-atom pindah tempat sambil membawa energi kinetik / energi getar acak
Radiasi : atom-atom bergetar, menghasilkan gelombang elektromagnetik yang membawa energi potensial listrik-magnet
Konduksi
Yang menunjukan suatu batang logam yang pada keadaan kontak termal dengan sebuah reservoir panas panas (tandon kalor) dan sebuah sebuah reservoir reservoir dingin . suhu reservoir reservoir panas adalah T panas ,sedangkan suhu resrvoir dingin T dingin . batang logam di balut dengan bahan yang tidak bisa menghantarkan panas (isolator) Molekul-molekul pada reservoir panas memiliki energi yang lebih besar , yang kemudian di pindahkan melalui tumbukan kepada atom – atom pada ujung ujung batang logam yang , hingga bersinggungan. bersinggungan. Atom – atom pada batang logam kemudian mentransfer energi kepada atom – atom di sebelahnya. Proses ini terus berlanjut , hingga akhirnya energi kalor berpindah ke reservoir
dingin , dan baru berhenti berhenti setelah setelah mencapai mencapai kesetimbangan kesetimbangan termal.
Perpindahan kalor dengan car seperti ini di sebut konduksi. Jadi konduksi adalah perpindahan kalor melalui sesuatu benda akibat interaksi molekuler . kelajuan kalor berpindah secara secara konduksi ternyata ternyata sebanding dengan dengan luas penampang penampang batang atau medianya, selisih suhu antar kedua benda ( kedua resrvoir misalnya), dan berbanding terbalik
dengan
panjang
batang.
Terdapat
konduktivitas
termal
menyatakan
kemampuan bahan menghantarkan kalor.
Pindahnya kalor
1) Konduksi (Δ suhu kecil atau besar) Pindahnya kalor melalui tumbukan antar atom 2) Konveksi (Δ suhu agak besar) Pindahnya kalor dengan pindahnya molekul-molekul berenergi kinetik acak terjadi “sel konveksi” 3) Radiasi (Δ suhu kecil atau besar) - berupa medan listrik dan medan magnetik, tidak memerlukan materi
Difusivitas Thermal ( α )
α = (k/pĈp) Satuan Cgs -2
-1
-2
-1
qy
= cal cm sec
(Btu ft hr )
T
= K
o
( R)
y
= cm
( ft )
k
= cal cm sec ( K)
α
= cm2 sec
Cp
= kapasitas panas pada tekanan tetap
o
-1
-1 o
-1
-1
-1 o
-1
(Btu ft ( R) 2
-1
ft hr
C. Prosedur Kerja 1. Mengisi bejana es dengan air air lalu bekukan dalam dalam freezer. Pekerjaan Pekerjaan ini dilakukan sebelum pelaksanaan kegiatan praktikum. 2. Mengukur ketebalan dari setiap material sampel yang digunakan dalam praktikum(h) 3. Memasang material sampel pada tabung ruang uap seperti yang ditunjukan pada gambar 2.
4. Mengukur diameter dari blok es dan melambangkannya dengan d1,kemudian menempatkan es tersebut di atas sampel 5. Membiarkan es berada di atas sampel selama beberapa menit sehingga es mulai melebur dan terjadi kontak penuh antara es dengan permukaan material; sampel. 6. Menentukan massa dari tabung kecil yang digunakan untuk menampun es yang
)
melebur( 7.
Mengumpulkan es yang melebur dalam tabung untuk suatu waktu pengukuran
,misalnya sekitar 3 menit,mengulangnya untuk 3x pengukuran ) Menentukan massa es yang melebur( ) dengan cara mengurangi dengan
8. Menentukan massa dari tabung yang berisi es yang melebur tadi ( 9.
10. Mengalirkan uap ke dalam ruang uap . Membiarkan uap mengalir untuk beberapa menit sampai temperature mencapai stabil sehingga aliran panas dalam keadaan mantap (steady),artinya temperature pada beberapa titik tidak berubah terhadap waktu. 11. Mengosongkan tabung yang digunakan untuk mengumpulkan es yang melebur. Mengulangi langkah (6) sampai (9) tetapi pada waktu ini dengan uap dialirkan ke dalam ruang uap dalam suatu waktu tertentu
misal sekitar 3 menit.
).
Mengukur massa massa es yang melebur (
12. Melakukan pengukuran pengukuran ulang diameter blok es yang dinyatakn dengan d2. 13. Melakukan kegiatan yang sama untuk sampel material yang lainnya.
D. Data Pengamatan
1. Tabel 1 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa ketebalan,diameter,massa dan waktu Jenis sampel : kaca
No 1 2
-
7.8 cm
3
4
-
5
: 53.4 g
h: 0.76cm
180 s
9.5g
180 s
6.3 g
180 s
8.9 g
-
-
-
-
Ket Sebelum dialiri uap
9.375
6
180 s
56 g
Setelah
180 s
61 g
dialiri uap
180 s
59.7 g
2. Tabel 2 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa dan waktu Jenis sampel : kayu
No 1 2
-
7
3
4 5
-
180 s
58.3g
180 s
62.8g
180 s
57g
-
-
6.2
6
: 53.4g
h:0.6cm
-
-
Ket Sebelum dialiri uap
180 s
62 g
Setelah
180 s
68.5g
dialiri uap
180 s
65.7g
3. Tabel 3 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa ketebalan,diameter,massa dan waktu Jenis sampel : triplek
h: 0.6cm
: 53.4g
No
1 2
8.2cm
3
4
-
5
180 s
62.9g
180 s
69.8 g
180 s
67.2g
-
-
67.2cm
6
-
Ket
-
Sebelum dialiri uap
180 s
63.2
Setelah
180 s
67.5
dialiri uap
180 s
65.9
4. Tabel 4 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa ketebalan,diameter,massa dan waktu Jenis sampel : kapur
No
1 2
7.1cm
3
4
-
8.705
: 53.4g
h:0.9cm
180 s
63.9g
180 s
67g
180 s
60g
-
-
-
Ket
-
Sebelum dialiri uap
180 s
61.5g
Setelah
5
180 s
66g
dialiri uap
6
180 s
63.6g
E. Pengolahan Data
) dari dan
1) Menentukan diameter rata-rata dari es selama eksperimen ( Diameter rata-rata es
Sampel kaca
= = 7.265 cm
Sampel kayu
가 = =6.6cm
Sampel triplek = = 7.15cm
Sampel kapur
= 6.45cm =
total =6.7cm 2) Menentukan luas di atas aliran panas antara es yang berkontak dengan permukaan material sampel A dengan diameter
A=
Sampel Kaca
= 71.414
A= 3.14.(
Sampel kayu
A= 3.14 . (
= 66.154
.
Sampel Kapur
= 56.3831
A = 3.14 . (
Sampel Triplek
= 47
A = 3.14 . (
= = 60.24 dengan dan dengan untuk menentukan laju es melebur sebelum dialirkan uap ( ) dan laju setelah dialirkan uap(R).
3) Membagi
1.
Sebelum dialiri uap
Sampel kaca
1. Ra = =9.5/180=0.052
⁄ ⁄
2. Ra = = 8.5/180 = 0.04
3. Ra =
= 8/180 = 0.04⁄
Sampel Kayu
⁄
1. Ra = = 58.3/180= 0.0833
2. Ra = = 62.8/180= 0.34
⁄
⁄
3. Ra = = 57/180= 0.31
Sampel Kapur
1. Ra = = 63.9/180= 0.355 2. Ra = = 67/180= 0.37
⁄
⁄
⁄
3. Ra = = 60/180= 0.33
Sampel triplek
1. Ra = = 62/180= 0.34
⁄
2. Ra = = 69.8/180= 0.38
⁄
⁄
3. Ra = = 67.2/180= 0.37
2. Setelah dialiri uap
Sampel kaca
1. R = =56/180=0.3
⁄
2. R = = 61/180 = 0.33
⁄
3. R = = 59.7/180= 0.33
⁄
Sampel Kayu
⁄
1. R = = 67/180 = 0.37 2. R =
= 68.5/180 = 0.39 ⁄
⁄
3. R = = 65.2/180= 0.36
Sampel Kapur
1. R = = 61.5/180 = 0.34 0.34
⁄
⁄
2. R = = 66/180 = 0.36
⁄
3. R = = 63.6/180 = 0.35
Sampel triplek
1. R = = 63.2/180 =0.35 g/s g/s 2. R =
⁄
= 67.5/180 = 0.375 0.375
3. R = = 65.9/180= 0.36
⁄
) dengan R untuk menentukan( ) yaitu laju pada es yang melebur
4) Kurangi (
yang sesuai denagn temperature diferensial.
Sampel kaca 1. 2. 3.
Sampel Kayu 1. 2. 3.
= 0.3 – 0.52 = 3.63⁄ = 0.33 – 0.04 =0.29 ⁄ = 0.35 – 0.04 =0.31 ⁄ = 0.37 – 0.838 = -0.468 ⁄ = 0.39-0.34 = 0.05 ⁄ = 0.36 – 0.31 = 0.04 ⁄
Sampel kapur
= 0.34 – 0.35 =-0.01 ⁄ = 0.39 – 0.37 =0.02 ⁄ 3. = 0.4 –0.33 = 0.77 ⁄ 1.
Sampel triplek
= 0.35 –0.34 =0.01 ⁄ = 0.37 – 0.38 =0.01 ⁄ 1.
= 0.36 – 0.33 = 0.03 ⁄
5) Berdasarkan hasil perhitunagn yang telah dilakukan,lengkapi dilakukan,lengkapi table data berdasarkan data-data yang didapat dari pengukuran maupun perhitungan .
No
sampel
A
71.414 1
kaca
2
kapur
7.265 cm
6.45cm
triplek
4
kapur
71.5cm
6.65cm
0.52
0.03
0.49
0.37
0.8
-0,4
0.35
0.04
0.31
0.37
0.038
0.332
0.39
0.37
0.02
0.4
0.33
0.77
0.35
0.34
0.01
0.37
0.34
0.03
0.36
0.34
0.32
0.37
0.03
0.34
0.39
0.34
0.05
0.36
0.31
0.056
66.154
3
R
47
56.383
6) Menghitung nilai konduktivitas termal dari setiap material sampel yang digunakan dalam setiap material sampel yang digunakan dalam praktikum ini
( ) menggunakan persamaan :
Sampel kaca
-
k=85.728/24,923.4= 3.43 . 10 ⁴
Sampel kayu
-4
k=9.12/23,087.7= 3.9 . 10
Sampel kapur
-4
k= 18.72/19,677.7= 9.5 .10
Sampel triplek
k=0.768/16,403.=4.6.
7) Menentukan ketepatan dari instrument pengukuran untuk setiap material sampel yang digunakan.
Persentase kesalahan nilai konduktivitas konduktivitas termal berdasarkan hasil hasil percobaan dan menurut teori:
kesalahan =
-4
Nilai konduktivitas termal dari kaca : 3.43.10 kkal/m.s.
kesalahan = 98
Nilai konduktivitas termal dari kayu : kesalahan =26.5
Sampel kaca
Untuk Ra
=
∆x =
= 0.0146
KR =
x 100% = 100 % = 48.8 %
Untuk R
=
= 0.109 gr/det
∆x =
= 0.0298
KR =
x 100% = x 100% =27.3%
Untuk 가
= ∆x =
= 0.0151
KR =
= 0.0790 gr/det
x 100% = x 100% =19.1
Sampel kayu Untuk Ra
= ∆x =
= 0.0087
KR =
x 100% = 100 % = 12.7 %
Untuk R
= ∆x =
= 0.005 x 100% = x 100% = 5.5 %
KR = Untuk
=
= 0.0899 gr/det
= 0.0218 gr/det
∆x =
= 0.0076
KR =
x 100% = x 100% = 34.8
Sampel Kapur Untuk Ra
= ∆x =
KR =
= 0.0026
x 100% = 100 % = 4.8 %
Untuk R
= ∆x =
= 0.0633 gr/det
= 0.0036
x 100% = x 100% = 5.6 %
KR =
Untuk
= ∆x =
= 0.003
KR =
= 0.0093 gr/det
x 100% = x 100% = 32.2
Sampel triplek
Untuk Ra
=
∆x =
= 0.0002
KR =
x 100% = 100 % = 0.4 %
Untuk R
̅ = ∆x = KR =
Untuk
= 0.06306 gr/det
= 0.0069 x 100% = x 100% = 11.4 %
̅ =
= 0.0334 gr/det
∆x = KR =
= 0.016 x 100% = x 100% = 47.9
BAB III PENUTUP
Kesimpulan
Nilai konduktivitas termal dari beberapa material yang berbeda :
kkal/m.s.
Nilai konduktivitas termal dari kaca menurut teori: 2.
-
Nilai konduktivitas termal dari kaca menurut praktikum: 3.43.10 ⁴ kkal/m.s.
Nilai konduktivitas termal dari kayu menurut teori: 0.2.
0.4.
kkal/m.s. -4
Nilai konduktivitas termal dari kayu menurut praktikum : 3.9 . 10 kkal/m.s.
Tipe material yang termasuk konduksi adalah kapur dan kaca
:
Daftar Pustaka
Hasra,Amran.dkk.2008. Eksperimen Fisika.Padang:Universitas Negeri Padang. http:// id.answers.yahoo.com/question/accuse_write http://id.wikipedia.org/fisika_utama http://id.wikipedia.org/konduktivtas termal#konduktor
http://www.scribd.com/doc/448 http://www .scribd.com/doc/44825679/konduktivita 25679/konduktivitas-termal s-termal
