LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA DASAR DAYA HANTAR KALOR (K.2)
OLEH: Nama
: Wayan Gina Angraeni
NIM
: 0808105021
Kelompok
: III (Tiga)
Tanggal Praktikum
: 4 November 2008
Dosen Pengajar
: I Ketut Sukarasa S.Si,M.Si
Asisten Dosen
: 1. Muhammad Fahim M. 2. Fauzan Sugiono
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2008
DAYA HANTAR KALOR
I. TUJUAN •
Mempelajari konsep daya hantar.
•
Mengukur daya hantar panas dari bahan yang mempunyai daya hantar panas rendah.
II. DASAR TEORI Pengertian Kalor Apabila dua benda A dan B memiliki suhu A lebih besar daripada suhu B, kemudian kedua benda tersebut disentuhkan, maka suhu A akan menurun dan suhu benda B akan naik hingga setimbang (kedua benda bersuhu sama). Dalam hal itu, benda yang bersuhu tinggi memberikan sesuatu kepada yang bersuhu rendah, sesuatu yang diberikan itu adalah energi. Energi yang diberikan karena perbedaan suhu semacam itu dinamakan kalor. Jadi, kalor merupakan salah satu bentuk energi. Satuan kalor sama dengan satuanya energi, yaitu Joule. Kadang-kadang satuan kalor menggunakan kalori atau kilokalori. Kesetaraan kalori dengan Joule adalah : 1 kalori
= 4,18 joule
1 joule
= 0,24 kalori
Pada abad 18 sampai 19 kalor diyakini sebagai suatu fluida yang disebut kalorik. Fluida kalorik ini bisa berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu dari benda panas ke benda dingin. Ketika suatu benda yang suhunya berbeda disentuhkan satu sama lain, akan kita amati bahwa akhirnya kedua benda mencapai suhu yang sama. Dalam keadaan suhu yang sama ini, dikatakan bahwa keduanya berada dalam kesetimbangan termal. Joseph Black merupakan orang pertama yang menyadari bahwa kenaikan suhu suatu benda dapat digunakan untuk menentukan banyaknya kalor yang diserap oleh benda. Jika sejumlah kalor ∆Q menghasilkan perubahan suhu benda sebesar ∆T. Kapasitas kalor C :
C=
ΔQ ΔT
(1-1)
Bila kedua benda atau lebih saling bersinggungan atau berdekatan maka akan terjadi perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, sedemikian hingga akhirnya dicapai suatu suhu akhir yang sering juga disebut suhu kesetimbangan. Ada tiga cara panas berpindah atau mengalir : -
Secara konduksi
-
Secara konveksi
-
Secara radiasi Dari eksperimennya Fourier mendapatkan bahwa laju perpindahan panas konduksi
pada suatu benda tergantung pada : a. Luas penampang yang tegak lurus arah aliran panas b. Tebal benda atau panjang aliran panas c. Perbedaan suhu antara dua titik yang diamati d. Karakteristik termis benda yang dinyatakan oleh konduktivitas panas Konduktivitas panas K (Joule / detik mk) menyatakan laju perpindahan panas yang lewat satu satuan luasan penampang sejauh satu satuan panjang benda itu yang mempunyai perbedaan suhu 1Co. Nilai K ini mempunyai jangkauan antara 0,03 w/m Co (isolator yang baik) sampai 400 w/mCo (logam-logam yang kondusif). Panas konduksi sebenarnya mengalir dalam tiga dimensi. Namun dalam banyak hal dalam hal masalah aliran panas dapat dihitung atau dianggap sebagai aliran 1 dimensi. Secara matematis untuk perpindahan panas 1 dimensi hasil empiris Fourier dapat ditulis sebagai : H = -kA
dT dx
(1-2)
Kuantitas perubahan panas dQ yang dipindahkan selama waktu dt (disebut juga laju panas atau H) tergantung pada luas penampang A dari gradien suhu
H=
dQ dT = -k A dt dx
dT : dx
(1-3)
Dengan : H : laju panas konduksi, Joule/detik k : koefisien konduktivitas bahan, Joule/detik dT : perbedaan suhu pada elemen setebal dx k gradien suhu C (perubahan suhu terhadap posisi) Tanda (-) perlu diberikan karena arah aliran selalu dari suhu tinggi ke suhu rendah. Bila dinding yang tertimpa matahar suhunya T1 sedang permukaan dinding yang menghadap ke ruang suhunya T2 (T1>T2), maka laju perpindahan panas konduksi melalui tembok tersebut dapat dihitung sebagai berikut : L
T2
0
T1
∫ Hdx = − ∫ kAdT
(1-4)
Dalam keadaan mantap (steady), H dimana-mana, sehingga dapat ditulis : HL
= -kA (T2 - T1)
(1-4a)
= kA (T2 - T1)
(1-4b) atau
H
=
kA (T 2 - T1 ) L
(1-4c)
Persamaan 1-4c ini untuk menggambarkan banyaknya panas yang dipindahkan secara konduksi per satuan waktu oleh bahan yang tebalnya L, luasnya A dan permukaannya mempunyai suhu T1 dan T2 yang berbeda. Hubungan kalor dengan massa benda, suhu dan jenis benda : a. Hubungan antara kalor dan massa benda Kalor yang diterima sebanding dengan banyaknya (massa) Jika kenaikan suhu sama : Q~m
(1-5a)
b. Hubungan kalor dengan kenaikan suhu Kalor yang diterima sebanding dengan kenaikan suhu benda, bila massa benda tetap.
Q ~ ∆t
(1-5b)
c. Hubungan kalor dengan jenis benda yang dipanaskan
Kalor yang diterima oleh suatu benda adalah sebanding dengan kalor jenis benda itu, bila massa benda dan kenaikan suhu tetap. Q~c
(1-5c)
Jadi dapat disimpulkan bahwa kalor yang diterima atau yang dilepaskan benda selama pemanasan adalah : -
Sebanding dengan massa benda
-
Sebanding dengan kenaikan suhu
-
Sebanding dengan kalor jenis benda
Secara matematis dapat ditulis :
Q = mc ∆t
(1-5d)
atau dQ dT =mc dt dt
(1-5e)
Konduksi kalor atau hantaran kalor adalah cara perpindahan kalor yang dilakukan melalui zat antara. Selama proses berlangsung zat antara tersebut dapat berubah tempatnya. Syarat terjadinya konduksi kalor pada suatu zat ialah adanya perbedaan temperatur di dua tempat pada zat tersebut. Dalam keadaan setimbang, jumlah kalor yang diterima dan dipancarkan penerima harus sama, sehingga : d dT . k = mc dt S A ( T1 − T2 ) dT dt S
dimana
(1-6)
memiliki makna sebagai pengurangan suhu per satuan waktu pada
saat suhu setimbang (T5).
Konduksi Konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan zat penghantar. Jika salah satu ujung sebuah batang logam diletakkan di dalam nyala api, sedangkan ujung yang satunya lagi dipegang, bagian batang yang dipegang ini akan terasa makin lama makin panas, walaupun tidak kontak langsung dengan nyala api itu. Dalam hal ini dikatakanlah bahwa panas sampai di ujung batang yang bertemperatur lebih rendah secara konduksi (hantaran) sepanjang atau melalui bahan batang itu. Konduksi panas hanya dapat terjadi dalam suatu benda apabila ada bagian-bagian benda
itu berada pada suhu yang tidak sama, dan arah
alirannya selalu dari titik yang
mempunyai suhu lebih tinggi ke titik yang mempunyai suhu lebih rendah. Jika terdapat perbedaan suhu dari dua ujung benda padat, maka akan terjadi perpindahan panas dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Kuantitas perubahan panas dQ
yang dipindahkan selam waktu dt (disebut juga sebagai laju panas/H) tergantung
pada luas penampang A dan gradien suhu ∂T / ∂x : H =
dQ ∂T = −k . A. dt ∂x
dengan k adalah koefisien konduktivitas panas dari zat.
Konveksi Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel – partikel zat. Terdapat dua jenis konveksi, yaitu konveksi alam dan konveksi paksa. Istilah konveksi dipakai untuk perpindahan panas dari satu tempat ke tempat lain akibat perpindahan bahannya sendiri. Misalnya : tungku udara panas dan sistem pemanasan dengan air panas. Jika bahan yang dipanaskan dipaksa bergerak dengan alat peniup atau pompa, prosesnya disebut konveksi yang dipaksa ; kalau bahan itu mengalir akibat perbedaan rapat massa, prosesnya disebut konveksi alamiah atau konveksi bebas. Pada konveksi alami, pergerakan atau aliran energi kalor terjadi akibat perbedaan massa jenis. Sehingga dirumuskan: H = h A ∆T Dimana: H
= laju perambatan kalor (J/s)
A
= luas penampang yang dilalui (m2)
h
= koefisien konveksi termal (J/m2 s ºC)
∆T = perbedaan suhu (ºC) Radiasi Radiasi
adalah
perpindahan
energi
kalor
dalam
bentuk
gelombang
elektromagnetik. Energi matahati yang sampai ke Bumi terjadi secara radiasi atau pancaran tanpa melalui zat perantara. Laju pancaran kalor oleh permukaan hitam, menurut Stefan dinyatakan sebagai berikut. Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam sempurna dalam bentuk radiasi kalortiap satuan waktu, tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu secara matematis, laju kalor radiasi ditulis dengan persamaan : H= Dengan
Q = t
σ AT4
σ adalah konstanta Stefan – Boltzmann dengan nilai 5,67 x 10-8 W/m2k4.
persamaan tersebut berlaku dengan permukaan hitam sempurna. Untuk setiap permukaan dengan enisifitas e (0 ≤ e ≥ 1) sehingga menjadi :
H=
Q = e σ AT4 t
Secara umum, kalor mengalir denga sendirinya dari suatu benda yang temperaturnya lebih tinggi ke benda lain dengan temperature yang lebih rendah. Perubahan suhu yang sama pada system dapat ditimbulkan baik dengan : 1. Pengaliran panas 2. Pengerjaan Usaha
Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut eksoterm. Semua reaksi pembakaran adalah reaksi eksoterm. Proses yang menyerap energy sebagai kalor disebut reaksi endoterm. Contohnya adalah penguapan air. Proses endoterm dalam sebuah wadah adiabatic menghasilkan penurunan temperature system; proses eksoterm menghasilkan kenaikan temperature. Proses endoterm yang berlangsung dalam wadah diatermik pada kondisi isotherm menghasilkan aliran energy ke dalamsistem sebagai kalor. Proses eksoterm dalam wadah diatermik menghasilkan pembebasan energy sebagai kalor ke dalam lingkungannya. Konduksi kalor pada banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil tumbukan molekul – molekul. Sementara satu ujung benda dipanaskan, molekul – molekul di tempat itu bergerak jauh lebih cepat dan lebih cepat. Sementara bertumbukan dengan tetangga mereka yang bergerak lebih lambat, mereka mentrasfer sebagian dari energy ke molekul – molekul lain, yang lajunya kemudian bertambah. Molekul – molekul ini kemudian juga mentransfer sebagian energy mereka dengan molekul – molekul lain sepanjang benda tersebut. Transfor energy antara elemen volum yang bertetangga, yang ditimbulkan oleh perbedaan temperature antar elemen itu, dikenal sebagai penghantaran kalor. Pada logam, menurut teori modern, tumbukan antara electron – electron bebas di dalam logam dan dengan atom logam tersebut teritama mengakibatkan untuk terjadinya konduksi. Hukum pokok penghantaran kalor merupakan perapatan dari hasil percobaan pada aliran linear kalor melalui lempengan dalam arah tegak lurus pemukaan. Sepotong bahan berbentuk lempengan dengan tebal ∆x dan lua A. Salah satu permukaannya dipertahankan pada temperature Ө dan yang lainnya pada temperature Ө + ∆Ө. Kalor Q yang mengalir tegak lurus permukaan selama waktu τ diukur, Percobaan ini dilakukan untuk lempengan lain yang terbuat dari bahan yang sama tetapi dengan harga ∆x dan A yang berbeda. Hasil percobaan yang seperti itu menunjukkan bahwa, untuk harga ∆Ө tertentu, Q berbanding lurus dengan wktu dan luas permukaan. Juga untuk waktu dan luas permukaan tertentu, Q berbanding lurus dengan hasil bagi ∆Ө/ ∆x, asal saja keduanya, ∆x dan ∆Ө kecil. Hasil ini dapat dirumuskan sebagai berikut : Q
τ
∞
A.∆θ ∆x
III. ALAT DAN BAHAN -
1 termometer -10 oC ~ 100oC
-
1 bejana logam
-
1 heater
-
1 jangka sorong
-
1 batang logam
-
1 penerima panas dari tembaga
-
1 gabus
IV. LANGKAH PERCOBAAN 1. Ukur tebal lembaran zat, diameter penerima, massa penerima.\ 2. Didihkan air dalam bejana, kemudian susun alat seperti pada gambar di bawah ini
3. Cata suhu Cu (T2) hingga penunjukkan thermometer pada Cu tidak naik lagi selama 5
menit. (suhu setimbang,Ts). 4. Lembaran zat dilepaskan, sehingga Cu mendapat pemanasan langsung hingga suhu
menunjukkan 50C di atas suhu setimbang. (T2 > Ts) 5. Bejana pemanas dipindahkan dan lembaran zat diletakkan kembali di atas penerima. 6. Catat penurunan suhu setiap 30 detik dari yang diperlukan penerima dari 50 di atas Ts
sampai 50 di bawah Ts setiap 30 detik.
V. DATA PENGAMATAN A. Data hasil Pengamatan Pengukuran Tebal Lembaran Zat ( m L) :
( m L) :
( m L) :
5,04 + 5,06 + 5,03 + 5,01 + 5,07 5 25 ,21 5
( m L) : 5,042 mm Diameter Bejana Logam ( m p) :
( m p) :
4,10 + 4,20 + 4,30 + 4,00 + 4,05 5
( m p) :
20 ,65 5
( m p) : 4,13 cm Massa Penerima ( m p) :
( m p) :
50 ,3 + 50 ,4 + 50 ,2 + 50 ,0 + 50 ,5 5
( m p) :
251 ,4 5
( m p) : 50 ,28 gr • Suhu awal Cu = 290C • Suhu Bejana + gabus + Cu = 300C • Suhu bejana + kuningan + Cu = 350C • Suhu bejana + Cu tanpa alas/gabus = 380C
Data Penurunan Suhu
Penurunan suhu Cu
Suhu (C0)
30 detik ke 1
38
30 detik ke 2
37
30 detik ke 3
37
30 detik ke 4
36
30 detik ke 5
36
30 detik ke 6
35
30 detik ke 7
35
30 detik ke 8
35
30 detik ke 9
35
30 detik ke 10
35
30 detik ke 11
34
30 detik ke 12
34
30 detik ke 13
34
30 detik ke 14
34
30 detik ke 15
34
30 detik ke 16
33
39 0
30 0
21 0
12 0
30
32 31 30 0
suhu (Celcius)
39 38 37 ο ο Jadi, total 36 waktu yang diperlukan untuk Cu mencapai suhu 35 C (penurunan 5 C dibawah Ts) adalah 300 35 sekon = 5 menit. 34 33
menit ke-
VI. PERHITUNGAN DATA 1. Gradien Gradien =
•
dT dt
Gradien ke-1 38 − 37 dT = dt s 60 − 30 = 0,033 0 C ⋅ s −1
Dengan cara yang sama diperoleh : Gardien Ke-
dT 0 . -1 ( C s ) dt s
1
0.033
2 3
0.000
4
0.000
5
0.033
0.033
•
6
0.000
7
0.000
8
0.000
9
0.000
10
0.033
11
0.000
12
0.000
13
0.000
14
0.000
15
0.033
∑
0.165
Gradien Rata-rata 0,165 dT = 15 dt s = 0,011 0 C ⋅ s −1
2. Rata-rata Massa Penerima
m=
m1 + m2 + m3 + m4 + m5 5
=
50 ,3 + 50 ,4 + 50 ,2 + 50 ,0 + 50 ,5 5
=
251 ,4 5
=50 ,28 gr
3. Rata-rata Tebal Lembaran Zat d=
( 5,04 + 5,06 + 5,03 + 5,01 + 5,07 ) ⋅10 −3
=
5 25 ,21 .10 −3 5
= 5,042 ⋅10 −3 m
4. Rata-rata Diameter Bejana Logam
d=
( 4,10 + 4,20 + 4,30 + 4,00 + 4,05 ) ⋅10 −2 5 =
20 ,65 ⋅10 −2 5
= 4,13 ⋅10 −2 m
5. Luas Zat penerima Pengulangan 1 Diket : diameter = 4,10 cm =4,10 x10-2 m Jari-jari (r) = 2,05 x 10-2 m A = πr2 = 3,14 (2,05x 10-2)2 = 13,196 x 10-4 m2
m = 50,3 gram dT 0 −1 s = 0,011 C ⋅ s dt
T1 (suhu air) = 95 0C T2 (suhu Cu) = 30 0C C = 0,386 Joule/gr 0C d = 5,04 x 10-3 m
Ditanya : k = ….? d dT s. dt A(T1 −T2 )
Jawab : k = m.c
=
=
50,3 gr ⋅ 0,386 Jouklegr 0C ⋅ 0,011 0 Cs −1 ⋅ 5,04 ⋅ 10 −3 m 13,196 ⋅ 10− 4 m 2 ⋅ (95 − 30) 0 C 1,076 ⋅10 −4 Joule ⋅ s −1 ⋅ m −1 ⋅0 C 857 ,7 ⋅10 −2
= 0,0013.10-2 Joule.s-1.m-1.0C Pengulangan 2 Diket : diameter = 4,20 cm =4,20 x10-2 m Jari-jari (r) = 2,1 x 10-2 m A = πr2 = 3,14 (2,1 x 10-2)2 = 13,847 x 10-4 m2
m = 50,4 gram dT 0 −1 s = 0,011 C ⋅ s dt
T1 (suhu air) = 95 0C T2 (suhu Cu) = 40 0C C = 0,386 Joule/gr 0C d = 5,06 x 10-3 m Ditanya : k = ….? d dT s. dt A(T1 −T2 )
Jawab : k = m.c
=
=
50,4 gr ⋅ 0,386 Jouklegr 0C ⋅ 0,011 0 Cs −1 ⋅ 5,06 ⋅ 10 −3 m 13,847 ⋅ 10 − 4 m 2 ⋅ (95 − 30) 0 C 1,083 ⋅ 10 −4 Joule ⋅ s −1 ⋅ m −1 ⋅0 C −2 900 ⋅ 10
= 0,0001.10-2 Joule.s-1.m-1.0C
Pengulangan 3 Diket : diameter = 4,30 cm =4,30 x10-2 m Jari-jari (r) = 2,15 x 10-2 m A = πr2 = 3,14 (2,15x 10-2)2 = 14,515 x 10-4 m2
m = 50,2 gram dT 0 −1 s = 0,011 C ⋅ s dt
T1 (suhu air) = 95 0C T2 (suhu Cu) = 30 0C C = 0,386 Joule/gr 0C d = 5,03 x 10-3 m Ditanya : k = ….? d dT s. dt A(T1 −T2 )
Jawab : k = m.c
=
=
50,2 gr ⋅ 0,386 Jouklegr 0C ⋅ 0,011 0 Cs −1 ⋅ 5,03 ⋅ 10 −3 m 14,51⋅ 10 − 4 m 2 ⋅ (95 − 30) 0 C 1,072 ⋅10 −4 Joule ⋅ s −1 ⋅ m −1 ⋅0 C 943 ,15 ⋅10 −2
= 0,0011.10-2 Joule.s-1.m-1.0C
Pengulangan 4 Diket : diameter = 4,00 cm =4,00 x10-2 m Jari-jari (r) = 2 x 10-2 m A = πr2 = 3,14 (2 x 10-2)2 = 12,56 x 10-4 m2
m = 50 gram dT 0 −1 s = 0,011 C ⋅ s dt
T1 (suhu air) = 95 0C T2 (suhu Cu) = 30 0C C = 0,386 Joule/gr 0C d = 5,01 x 10-3 m Ditanya : k = ….? d dT s. dt A(T1 −T2 )
Jawab : k = m.c
=
=
50gr ⋅ 0,386 Jouklegr 0C ⋅ 0,011 0 Cs −1 ⋅ 5,01⋅ 10−3 m 12,56 ⋅ 10− 4 m 2 ⋅ (95 − 30) 0 C 1,064 ⋅10 −4 Joule ⋅ s −1 ⋅ m −1 ⋅0 C 816 ,4 ⋅10 −2
= 0,0013.10-2 Joule.s-1.m-1.0C
Pengulangan 5 Diket : diameter = 4,05 cm =4,05 x10-2 m Jari-jari (r) = 2,025 x 10-2 m A = πr2 = 3,14 (2,025x 10-2)2 = 12,876 x 10-4 m2
m = 50,5 gram dT 0 −1 s = 0,011 C ⋅ s dt
T1 (suhu air) = 95 0C T2 (suhu Cu) = 30 0C C = 0,386 Joule/gr 0C d = 5,07 x 10-3 m Ditanya : k = ….? d dT s. dt A(T1 −T2 )
Jawab : k = m.c
50,5 gr ⋅ 0,386 Jouklegr 0C ⋅ 0,011 0 Cs −1 ⋅ 5,07 ⋅ 10 −3 m
=
=
12,876 ⋅ 10 − 4 m 2 ⋅ (95 − 30) 0 1,087 ⋅10 −4 Joule ⋅ s −1 ⋅ m −1 ⋅0 C 836 ,94 ⋅10 −2
= 0,0013.10-2 Joule.s-1.m-1.0C
Konduktifitas panas rata-rata: k=
=
(0,0013 ⋅10 −2 ) + (0,0001 ⋅10 −2 ) + (0,0011 ⋅10 −2 ) + (0,001 ⋅10 −2 ) + (0,001 ⋅10 −2 ) 5 0,000045 5
= 0,0009.10-2 Joule.s-1.m-1.0C
6. Kalor jenis Tembaga c tembaga = 0,386 Joule/gr 0C 7. Perubahan suhu
T1 (suhu air) = 950C T2 (suhu Cu) = 30 0C (T1 - T2) = (95-30) = 650C VII.
Ralat Keraguan
1. Ralat Gradien 2
No
dT dt s
dT dt s
dT dT − dt s dt s
dT dT − (x 10-4) dt s dt s
1
0.033
0.011
0.022
4,84
2
0.000
0.011
-0.011
1,21
3
0.033
0.011
0.022
4,24
4
0.000
0.011
-0.011
1,21
5
0.033
0.011
0,022
4,84
6
0.000
0.011
-0.011
1,21
7
0.000
0.011
-0,011
1,21
8
0.000
0.011
-0.011
1,21
9
0.000
0.011
-0,011
1,21
10
0.033
0.011
0,022
4,84
11
0.000
0.011
-0,011
1,21
12
0.000
0.011
-0.011
1,21
13
0.000
0.011
-0,011
1,21
14
0.000
0.011
-0.011
1,21
15
0.033
0.011
0,022
4,84
Σ
35,7
2
dT ∆ = dt s
dT dT Σ − dt s dt s = n(n − 1)
0 35,7 ⋅ 10 −4 = 0,000017 C ⋅ s −1 = 15(14)
dT dT 0 −1 ± ∆ = (0,011±) C ⋅ s dt dt s s
Ralat Nisbi dT ∆ dt s ⋅ 100% = ⋅ 100% = % 0,011 dT dt s
Kebenaran Praktikum : 100 % - % = %
2. Ralat Massa Penerima
(m −)m ) 2No ( mm −m m
1
50,3
0,02
0,0004
2
50,4
0,22
0,0144
3
50,2
-0,08
0,0064
4
50,0
-0,28
0,0784
5
50,5
0,22
0,0484
50,28
∑
∆m =
0,148
Σ( m − m) 2 = n( n −1)
0,148 = gr 5(4)
m ±∆m
=(50,28 ± ) gr
Ralat Nisbi dT ∆ 0,001606 ∆m dt s ⋅ 100% = ⋅ 100% ⋅ 100% = ⋅ 100% = % 50,28 0 , 011 m dT dt s
Kebenaran Praktikum : 100 % - % = %
3. Ralat Tebal Lembaran
No
D (10 −3 ) m
1
5,04
-0,002
0,000004
2
5,06
0,018
0,000324
3
5,03
-0,012
0,000144
4
5,01
-0,032
0,001024
5
5,07
0,028
0,000784
∑
d (10
−3
5,042
) m ( d −d )(10 −3 ) m (d − d ) 2 (10 −6 ) m
0,00228
∆d =
Σ(d − d ) 2 = n( n −1)
0,00228 ⋅10 −6 = ⋅10 −3 m 5( 4)
d ± ∆d = (5,042 ⋅10 −3 ± ⋅10 −3 ) m
Ralat Nisbi ∆( d ) s
(d)s
⋅ 100% =
⋅ 10 −3 ⋅ 100% = % 5,042
Kebenaran Praktikum : 100 % - % = %
4. Ralat Diameter Bejana Logam
No
D (10 −2 ) m
1
4,10
-0,03
0,0009
2
4,20
0,07
0,0049
3
4,30
0,17
0,0289
4
4,00
-0,13
0,0169
5
4,05
-0,08
0,0064
D (10
−2
) m ( D − D )(10 −2 ) m ( D − D) 2 (10 −4 ) m
4,13
∑
∆D =
0,058
Σ( d − d ) 2 = n( n −1)
0,058 .10 −4 =m 5(4)
D ± ∆D = ( 4,13 −2 ±10 −2 ) m
Ralat Nisbi ∆ ( D) s
( D) s
⋅ 100% =
4,13
⋅ 100% = %
Kebenaran Praktikum : 100 % - % = %
5. Ralat Luas Penampang
No
A (10 −4 ) m
1
( A − A(10 −4 ) m
( A − A) 2 (10 −8 ) m
13,196
-0,203
0,041
2
13,847
0,448
0,200
3
14,515
1,116
1,245
4
12,56
-0,839
0,704
5
12,876
-0,523
0,274
∑
∆A =
A(10
−4
)m
13,399
2,464
(
)
Σ A−A n( n −1)
2
=
2,464 ⋅10 −8 5(5 −1)
=
2,464 ⋅10 −8 20
= 0,1232 ⋅10 −8 = ⋅10 −4 m 2
Jadi
A ± ∆A =13 ,399 ⋅10 −4 ±10 −4 m 2
Ralat Nisbi ∆ ( A) s
( A) s
⋅ 100% =
13,399
⋅ 100% = %
Kebenaran Praktikum :
100 % - % = %
6. Ralat Suhu (T1 – T2) 95 + 95 + 95 + 95 + 95 5 = 95
T1 =
T1
T1
T1 - T 1
(T1 - T 1 )2
(0C)
(0C)
(0C)
(0C)
95
95
0
0
95
95
0
0
95
95
0
0
95
95
0
0
95
95
0
0
Σ= 0
(T1 ± ∆T1 ) (suhu air) = 95 0C ± 0 0C = 950C ± 0 0C
30 + 30 + 30 + 30 + 30 5 150 = 5 = 30
T2 =
T2
T2
T2 - T 2
(T2 - T 2 )2
(0C)
(0C)
(0C)
(0C)
30
30
0
0
30
30
0
0
30
30
0
0
30
30
0
0
30
30
0
0
Σ= 0
(T2 ± ∆T2 ) (suhu Cu) = 30 0C ± 0 0C = 300C ± 0 0C
Jadi T1 −T2 ⇒(T1 ± ∆T1 ) − (T2 ± ∆T2 ) ⇒(T1 −T2 ) ± ( ∆T 1+∆T2 ) = (95 – 30) ± (0 + 0) = (65 ± 0)0C
8. Ralat Konduktivitas Panas d T (d ± Δd) dT ± Δ k ± Δk = m ± Δm ⋅ c ⋅ ⋅ dt s ( A ± ΔA) T 1 − ΔT 1 − T 2 − ΔT2 dt s
(
)
[(
) (
)]
= 0,386 [ ( 50 ,28 ⋅ 0,011 ) ± ( 52 ,573 ⋅ 0,011 ) ]
(
)
1 0,0371 0,001606 5,083 ⋅10 −3 ± 0,002 ⋅10 −3 + ⋅ ⋅ −4 −4 52 , 573 0 , 008225 ( 38 , 10 . 10 ± 0 , 3635 . 10 ) ( 40 ± 0)
5,083 .10 −3 ± 0,002 .10 −3 −4 −4 (38 ,10 .10 ± 0,3635 ⋅10 )[ 40 ± 0]
= 0,386(0,43 + 0,43) (0,0007+0,128)
=
0,386(0,43+0,43.0,1287). (38 ,10 .10
− 3
−3
±0,002 .10 0,3635 .10 −4 −4 .40 ) ±(38 ,10 .10 −4.40 ) −4 38 ,10 .10 5 ,083 .10
5,083 ⋅10 −3 ± 0,02 ⋅10 −4
= (0,165 + 0,0214) 0,15 ± (0,15 ⋅ 0,0095 ) 5,083 ⋅10 −3 ± 0,02 ⋅10 −4 0,15 ± 0,00143
= (0,165 + 0,0214)
5 ,083 .10 −3 = (0,165 + 0,0214) 0,15
5 ,083 .10 −3 ± 0,15
0,2.10 −3 0,001425 + −3 0,15 5,083 .10
= (0,165 + 0,0214) (0,034 + 0,034) (0,039+0,0095)
0 + 40
= (0,165 + 0,0214) (0,034 + 0,034)(0,0485) = (0,165 + 0,0214) + (0,034 + 0,00165) 0,00165 0,0214 + 0 , 165 0,0034
= (0,165 . 0,034) + (0,165 . 0,0214) = 0,00561 + [0,002 (0,129+0,485)] = 0,00561 + (0,002 . 0,614) = 0,00561 + 0,00123
Jadi
k ±∆k =0,00561
Ralat nisbi =
∆k k
±0,00123
×100%
0,00123
= 0,056 ×100 % = 2,2% Kebenaran Praktikum = 100% - 2,2% = 97,8%
VIII. PEMBAHASAN Dalam melakukan percobaan daya hantar kalor diperlukan ketelitian yang sangat tinggi. Ini ditunjukkan dari kesulitan dalam pengukuran data seperti mengukur diameter penerima, mengukur tebalnya lenbaran zat dan mengukur massa dari zat penerima. Dan juga di dalam proses pengukuran suhu atau temperature zat tersebut serta kesukaran dalam pemegangan alat thermometer terhadap bejana dan gabus tersebut. Dimana kesukaran maupun kesulitan di atas akan sangat mempengaruhi hasil yang akan kami dapatkan.
Pada penghitungan gradien suhu kami mendapatkan gradien rata – rata bernilai 0,0110C.s1
. Massa penerima rata – rata yang kami dapat bernilai 50,28gr. Tebal lembaran zat bernilai
5,042 . 10-3. Dan hasil perhitungan nilai k rata – rata (konduktivitas panas rata – rata) yang kali peroleh bernilai 0,0009 . 10-2 joule s-1.m-1.0C. Serta perubahan suhu antara suhu air dan suhu Cu bernilai 650C. Pada percobaan ini digunakan daya hantar kalor yang kecil. Sehingga tidak relevan bila kita menggunakan cara semacam ini untuk menentukan daya hantar zat yang mempunyai daya hantar besar. Ini disebabkan percobaan daya hantar kalor ini menggunakan perubahan waktu (δt ) yang sangat kecil.
•
Pertanyaan dan Evaluasi Percobaan a. Pertanyaan •
Carilah satuan k, dan turunkan persamaan (3)!
•
Apakah cara semacam ini dapat di gunakan untuk menentukan daya hantar zat yang mempunyai daya hantar besar? Jelaskan!
•
Apakah cara semacam ini dapat digunakan kalau suhu bejana lebih rendah dari temperatur Cu? Jelaskan!
•
Mengapa suhu lingkungan tidak diperhitungkan dalam percobaan ini?
•
Buat bagan data pengamatan!
b. Evaluasi Percobaan 1. Buat grafik perubahan suhu terhadap waktu dari penerima panas dan tentukan gradien pada titik setimbang! 2. Hitung harga k, bandingkan dengan nilai literatur ! 3. Bagaimana jika penerima panas tembaga dilapisi dengan nikel? 4. Buat analisis dan beri kesimpulan dalam percobaan ini.
•
Jawaban Pertanyaan dan Evaluasi Percobaan
a. Jawaban Pertanyaan
1. Satuan
k
adalah
Joule.s-1.m-1.0C,
persamaannya
d T (d ± Δd) dT ± Δ k ± Δk = m ± Δm ⋅ c ⋅ ⋅ dt s ( A ± ΔA) T 1 − ΔT 1 − T 2 − ΔT2 dt s
(
)
[(
) (
)]
2. jika ingin melakukan percobaan daya hantar besar maka percobaan seperti ini tidak
relevan. Hal ini dikarenakan percobaan daya hantar kalor ini menggunakan rumus perubahan waktu (δt) yang sangat kecil, selain itu alat yang disediakan hanya dapat digunakan untuk mengetahui perubahan suhu yang kecil seperti thermometer yang digunakan hanya dapat mengukur sampai batas suhu 100 0C. 3.
Jika ingin melakukan percobaan dengan menggunakan bejana yang bersuhu lebih rendah daripada temperatur Cu nya, hal ini dapat saja dilakukan selama kedua zat memiliki suhu yang berbeda, namun perubahan suhu yang teramati mungkin kecil. Karena pada percobaan ini Cu mempunyai daya hantar panas yang rendah.
4. Sedangkan suhu lingkungan tidak berpengaruh besar dalam artian tidak memberikan perubahan suhu yang signifikan pada percobaan ini, oleh sebab itu suhu lingkungan tidak diperhitungkan dalam percobaan ini. 5. Bagan dan data pengamatan sudah tercantum dalam lembar pengamatan. b. Jawaban Evaluasi Percobaan 1. Grafik sudah tercantum dalam lembar pengamatan. 2. Harga k yang diperoleh dalam percobaan adalah 0,719.10-2 Joule.s-1.m-1.0C. Jika
dibandingkan dengan nilai konduktivitas termal pada literatur yaitu 1,36.10-2 Joule.s-1.m-1.0C. 3. Jika penerima panas tembaga dilapisi dengan nikel maka daya hantar kalor akan menjadi lebih cepat dibandingkan jika tembaga dilapisi dengan gabus. Karena gabus bukan merupakan penghantar kalor yang baik. 4. analisis dan kesimpulan sudah tercantum.
Suhu daripada bejana sangat mempengaruhi suhu pada Cu. Sehingga dapat disimpulkan bahwa suhu pada bejana sangat mempengaruhi percobaan daya hantar kalor ini. Ini disebabkan
karena bejana merupakan benda yang diistilahkan sebagai benda yang memancarkan kalor kepada suatu benda yang memiliki suhu atau kaor yang lebih rendah. Sedangkan suhu lingkungan tidak berpengaruh besar terhadap perubahan suhu pada percobaan daya hantar kalor ini. Percobaan di atas merupakan percobaan untuk mengukur konduktivitas panas dari suatu zat. Bahan yang dicari konduktivitas panasnya adalah gabus. Konduktivitas panas (Joule . 0C-1 . m-1 . s-1) dari suatu zat menyatakan laju perpindahan panas yang lewat satu satuan panjang benda itu yang mempunyai perbedaan suhu 10C. Suatu zat yang memiliki konduktivitas termal yang besar dikenal sebagai penghantar termal, dan zat dengan harga k kecil dikenal sebagai penyekat termal
VI. KESIMPULAN Jika terdapat perbedaan suhu dari dua ujung benda padat, maka akan terjadi perpindahan panas dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Kuantitas perubahan panas dQ yang dipindahkan selama waktu dt (disebut juga sebagai laju kalor/H) tergantung pada luas penampang A dan Gradien suhu dt/dx :
Dalam sistem penerima dan pemberi panas, jika dalam keadaan setimbang, jumlah kalor yang diterima dan dipancarkan penerima harus sama, sehingga :
Kalor merupakan suatu energi yang telah diubah menjadi hasil perbedaan temperatur sistem dengan lingkungannya.
DAFTAR PUSTAKA
•
Drs I Made Satriya Wibawa, M.Si. 2007. Penuntun Praktikum Fisika Dasar.
Laboratorium Fisika Dasar, Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Udayana. Bukit – Jimbaran, Bali. •
Prasetio, Lea dan Setiawan S, 1991, Mengerti Fisika, Mekanika, Termofisika,
Listrik, dan Magnet Gelombang, Andi Offset, Yogyakarta. •
Supiyanto, 2002, Fisika SMA Untuk SMA kelas X, Erlangga : Jakarta
•
Schaim, Haber, Dodge, Walter, 1998, Fisika, Erlangga : Jakarta
•
Sears. F.W, 1995, Mekanika, Panas dan Bunyi, Saduran Bebas P.J. Soedarjono,
Bina cipta : Jakarta. •
Jakarta.
Giancoli, douglas c. 2001. Fisika Edisi ke-5 Jilid 1 Untuk Universitas. Erlangga.
