LAPORAN PRAKTIKUM PINDAH PANAS
ASAS BLACK
Oleh: Ade Setiawan NIM A1C016037
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2017
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Ketika 2 benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, kalor akan mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Kalor adalah energi yang berpindah. Apabila benda ‐ benda benda yang bersentuhan berada dalam sistem yang tertutup, maka energi akan berpindah seluruhnya dari benda yang memiliki memili ki suhu tinggi menuju benda yang bersuhu bers uhu rendah. Sebaliknya Sebali knya apabila benda yang bersentuhan tidak berada dalam sistem tertutup, maka tidak semua energi dari benda bersuhu tinggi berpindah menuju benda yang bersuhu rendah. Menurut Asas Black, jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu lebih tinggi kepada benda yang bersuhu lebih rendah sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh benda yang bersuhu lebih rendah. Misalnya kita mencampur air panas (suhu tinggi) dengan air dingin (suhu rendah). Apabila air panas dan air dingin dicampur dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka tidak semua energi air panas berpindah menuju air dingin. Demikian juga air dingin tidak menerima semua energi yang disumbangkan oleh air panas. Sebagian energi air panas pasti berpindah ke udara. Jika kita ingin agar semua energi air panas dipindahkan ke air dingin maka kita harus mencampur air panas dan air dingin dalam sistem tertutup. Sistem tertutup yang dimaksudkan disini adalah suatu sistem yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dengan lingkungan. lingkungan.
B. Tujuan
1.
Mengetahui perpindahan panas yang terjadi pada pencampuran fluida.
2.
Dapat menghitung suhu campuran fluida.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu bersuhu lebih rendah. kalor merupakan suatu bentuk energi. Karena kalor merupakan suatu bentuk energi, satuan untuk kalor sama dengan satuan energi, yaitu J (joule) (Resky, 2014). Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Suhu adalah ukuran rata-rata energi kinetik partikel dalam suatu benda. Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untuk merubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu suhu benda itu (Saras, 2012). Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi dengan besar yang sama (Dede, 2007). Kapasitas kalor (heat (heat capacity) capacity) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 0C. Jika benda dipanaskan maka benda itu mendapat tambahan tenaga berbentuk kalor dan menyebabkan sejumlah akibat, yaitu berubah wujud, berubah dimensi (memuai) atau suhunya bertambah. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda bergantung pada beberapa faktor seperti massa benda, jenis benda, dan kenaikan suhu (Resky, 2014).
Jumlah kalor yang diberikan besarnya sebanding dengan kenaikkan (perubahan) suhu benda. Artinya, makin banyak kalor yang diberikan kepada benda, semakin besar pula kenaikan suhu benda tersebut. Kalor yang diperlukan diperl ukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 10 0C senilai dengan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 0C pada massa dan jenis benda yang sama. Jelaslah pada peristiwa kenaikan suhu benda karena benda mendapat tambahan kalor, mengenal tetapan baru yang bergantung pada jenis benda. Tetapan itu disebut kapasitas kalor jenis (Jati dan Priyambodo, 2008). Bila dua zat cair yang berbeda suhunya dicampur, maka zat cair yang suhunya lebih tinggi memiliki energi yang lebih besar, sedangkan zat cair yang suhunya rendah memiliki energi yang yang lebih kecil. Joseph Black mengungkapkan mengungkapkan bahwa bila dua zat dicampur maka kalor yang dimiliki oleh zat yang suhunya lebih tinggi akan mengalir ke zat yang kalornya lebih rendah sehingga terjadi keseimbangan energi (Budi, 2006). Perpindahan suhu disebut driving force force yang memungkinkan panas berpindah. Panas mengalir dari bahan yang lebih panas ke bahan yang lebih dingin (Tim Asisten, 2017). Dalam sistem yang terisolasi, seperti di dalam termos atau di dalam kalorimeter, berlaku hukum kekekalan energi. Jika terjadi perpindahan energi melalui kalor dimana benda bersuhu tinggi melepaskan kalor dan benda bersuhu rendah menyerap kalor sehingga tercapai kesetimbangan termal, maka besarnya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap. Pernyataan ini dikenal dengan Asas Black (Goris, 2010).
Asas Black merupakan kaidah yang berasal dari hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa energi bersifat kekal atau tetap (Edi, 2007). Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan sebagai berikut : 1.
Jika dua buah benda yang berbeda suhunya kemudian dicampur, maka benda yang panas memberi kalor pada benda yang yang dingin sehingga suhu akhirnya akan sama (tetap).
2.
Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas.
3.
Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.
Kesimpulan dalam percobaan Asas Black yaitu jumlah kalor yang dilepaskan sama dengan jumlah kalor yang diterima, atau dapat dirumuskan sebagai berikut : Qserap = Qlepas m1 c ∆T1 = m2 c ∆T2 m1 c (Tc – T T1) = m2 c (T2 – T Tc) Keterangan : m = massa air (kg) c = kalor jenis air (4200 J/kgK) T1 = suhu air dingin ( 0C) T2 = suhu air panas (0C)
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1.
Termometer
2.
Panci
3.
Kompor
4.
Gelas ukur
5.
Air
6.
Timbangan
7.
Alat tulis
B. Prosedur Kerja
1.
Volume air dingin diukur masing-masing 250 ml.
2.
Massa air dihitung menggunkan rumus : Massa (Kg) = ρair (kg/m 3) x vair (m3)
3.
Suhu air dingin diukur.
4.
Air dipanaskan hingga mencapai suhu 65°C, 75°C, dan 85°C masing-masing sebanyak 250 ml.
5.
Massa air panas dihitung (kg).
6.
Air panas dicampurkan ke dalam air dingin, kemudian diaduk dan diukur suhunya.
7.
Suhu campuran dihitung menggunakan persamaan Asas Black.
DAFTAR PUSTAKA
Daton, Goris Seran, Stephanus Legiyo, C. Cosma Elsih Lestari, dan Yohanes Bambang Suparmono. 2010. Fisika untuk SMA/MA Kelas X . Jakarta: Grasindo. Istiyono Edi, Mundilarto. 2007. Fisika 1 untuk SMP Kelas VII . Jakarta : Quadra. Jati, Bambang Murdaka Eka, dan Tri Kuntoro Priyambodo. 2008. Fisika Dasar . Bandung : ANDI. Rustiawan Dede, Saripudin Aip, dan Suganda Adit. 2007. Praktis Belajar Fisika untuk SMA/MA Kelas X . Jakarta : Visindo. Saras. 2012. Panas Lebur Es. Jurnal Laboratorium Fisika Universitas Muhammadiyah Prof Prof Dr Hamka Vol 1 No.1, No.1 , 1-15. Suryatin, Budi. 2006. Sukses Sains Fisika 2. 2. Jakarta: Grasindo. Tim Asisten. 2017. Modul Praktikum Pindah Panas. Panas . Fakultas Pertanian, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto. Yanti Resky Perdana, Said Muhammad, dan Ihsan. 2014. Studi Penentuan Nilai Kalori pada Buah Durian. Jurnal Durian. Jurnal Teknosains Vol 8 No.2 No.2 , 161-174.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN PEMBAHASAN
A. Hasil
1.
Tabel data praktikum
Tabel 1. Data hasil praktikum kelompok 4, 5, dan 6 Kel Massa Air (kg) Suhu (0C) Suhu Campuran (0C) Air Air Air Air Praktik Rumus dingin Panas dingin Panas 4 0,25 0,25 31 65 44 48 5 0,25 0,248 31 75 50 52,9 6 0,25 0,248 31 85 54 57,89 2.
Perhitungan a.
Kelompok 4
1) Massa air dingin m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg 2) Massa air panas m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg 3) Suhu campuran Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc) 0,25*(Tc – 31) 31) = 0,25*(65 – 0,25*(65 – T Tc) 0,25 Tc + 0,25 T c = 16,25 + 7,75
0,5 Tc = 24 Tc = 480C b. 1)
Kelompok 5 Massa air dingin m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg
2)
Massa air panas m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,248*10 -3 m3 = 0,248 kg
3)
Suhu campuran Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc) 0,25*(Tc – 31) 31) = 0,248*(75 – 0,248*(75 – T Tc) 0,25 Tc + 0,248 T c = 18,6 + 7,75 0,498 T c = 26,35 Tc = 52,60C
c. 1)
Kelompok 6 Massa air dingin m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg
2)
Massa air panas m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,248*10 -3 m3 = 0,248 kg
3)
Suhu campuran Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc) 0,25*(Tc – 31) 31) = 0,248*(85 – 0,248*(85 – T Tc) 0,25 Tc + 0,248 T c = 21,08 + 7,75 0,498 T c = 28,83 Tc = 57,89 0C
B. Pembahasan
Istilah perpindahan panas sering disebut dengan kalor. Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Suhu adalah ukuran rata-rata energi kinetik partikel dalam suatu benda. Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untuk merubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu benda itu (Saras, 2012). Perpindahan panas disebut juga dengan kalor. Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki
temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi dengan besar yang sama (Dede, 2007). Perpindahan panas yang terjadi pada pencampuran fluida adalah proses perpindahan kalor dimana kalor akan berpindah dari benda yang memiliki temperatur/suhu yang tinggi ke benda yang memiliki temperatur/suhu yang lebih rendah. Asas Black merupakan perpindahan energi melalui kalor dimana bila dua benda yang suhunya berbeda dicampur, maka benda bersuhu tinggi melepaskan kalor dan benda bersuhu rendah menyerap kalor sehingga tercapai kesetimbangan termal, maka besarnya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap (Goris, 2010). Teori Asas Black berbunyi bahwa pada pencampuran dua zat yang temperatur/suhunya berbeda, maka kalor akan berpindah dari zat yang memiliki temperatur/suhu yang tinggi ke zat yang temperatur/suhunya lebih rendah dan banyaknya kalor yang dilepaskan sama dengan banyaknya kalor yang yang diterima. Kesimpulan dalam percobaan Asas Black yaitu jumlah kalor yang dilepaskan sama dengan jumlah kalor yang diterima, atau dapat dirumuskan sebagai berikut : Qserap = Qlepas m1 c ∆T1 = m2 c ∆T2 m1 c (Tc – T T1) = m2 c (T2 – T Tc)
Keterangan : m = massa air (kg) c = kalor jenis air (4200 J/kgK) T1 = suhu air dingin ( 0C) T2 = suhu air panas (0C) Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu bersuhu lebih rendah. kalor merupakan suatu bentuk energi. Karena kalor merupakan suatu bentuk energi, satuan untuk kalor sama dengan satuan energi, yaitu J (joule) (Resky, 2014). Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Suhu adalah ukuran rata-rata energi kinetik partikel dalam suatu benda. Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untuk merubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu suhu benda itu (Saras, 2012). Berikut ini adalah faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya nilai kalor : 1.
Massa benda Untuk jenis benda yang sama tetapi massanya berbeda kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu yang sama ternyata besarnya berbeda. Artinya, semakin besar massa benda, semakin besar pula kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda tersebut. Semakin besar massa benda maka kalor yang diterima untuk didistribusikan guna menambah tenaga gerak molekul atau atom menjadi lebih banyak. Jadi semakin besar
massa benda memerlukan lebih banyak kalor untuk menaikkan suhu bila dibanding benda bermassa kecil. Hal ini ditandai oleh lebih lambatnya kenaikan suhu pada benda bermassa besar. Dengan demikian, jumlah kalor yang diperlukan sebanding dengan massa bendanya. 2.
Jenis benda Untuk jenis benda yang berbeda tetapi massanya sama, kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu yang sama ternyata besarnya berbeda. Benda tertentu memiliki massa jenis tertentu sehingga jumlah atom atau molekul per gramnya juga tertentu. Energi untuk menaikkan suhu 1 oC pada 1 kg air sebesar lima kali dibanding aluminium. Dijelaskan bahwa air memiliki kapasitas untuk menyerap dan menyimpan kalor lima kali lebih besar dibanding aluminium. Dengan demikian, jumlah kalor yang diperlukan bergantung pada jenis bendanya. 3.
Kenaikan suhu Jumlah kalor yang diberikan besarnya sebanding dengan kenaikkan
(perubahan) suhu benda. Artinya, makin banyak kalor yang diberikan kepada benda, semakin besar pula kenaikan suhu benda tersebut. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 10 oC senilai dengan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 oC pada massa dan jenis benda yang sama. Jelaslah pada peristiwa kenaikan suhu benda karena benda mendapat tambahan kalor, mengenal tetapan baru yang bergantung pada jenis benda. Tetapan itu disebut kapasitas kalor jenis.
Berikut ini adalah penerapan Asas Black dalam bidang keteknikan pertanian: 1.
Penentuan nilai pembakaran suatu bahan bakar (LHV/HHV/GHV). Nilai kalor bahan bakar adalah suatu besaran yang menunjukan nilai energi kalor yang dihasilkan dari suatu proses pembakaran setiap satuan massa bahan bakar. Bahan bakar yang banyak digunakan umumnya berbentuk senyawa hidrokarbon. hidrokarbon.
Gambar 1. Sistem pembakaran pada motor bakar 2.
Penentuan kapasitas beban pendinginan mesin (cooling ( cooling water rate). rate ). Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang dipindahkan oleh suatu sistem pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri dari panas yang berasal dari ruang pendingin dan tambahan panas dari mesin. Tujuan perhitungan beban pendinginan adalah untuk menduga kapasitas
mesin pendingin yang dibutuhkan untuk dapat mempertahankan keadaan optimal yang diinginkan dalam ruang.
Gambar 2. Sistem pendingin mesin pada motor bakar 3.
Penetapan untuk pemilihan bahan bangunan pertanian, misalnya lantai. Dari Asas Black, maka energi dalam bentuk perpindahan panas haruslah sama, hanya ada pada konstanta panas jenis.
Gambar 3. Green House Berikut ini adalah penerapan Asas Black dalam kehidupan sehari-hari : 1.
Penggunaan pendingin ruangan (AC). Pendingin ruangan (AC ) akan menyerap panas yang berasal dari ruangan tersebut, sehingga udara di
ruang tersebut lebih dingin dari udara di luar ruangan. Kemudian melepaskan panas tersebut di luar ruangan. Dengan demikian temperatur udara di dalam ruangan berangsur-angsur turun.
Gambar 4. Sistem pendinginan pada AC 2.
Sistem pendinginan pada lemari es. Lemari es akan menyerap panas yang berasal dari ruangan tersebut, sehingga udara di ruang tersebut lebih dingin dari udara di luar ruangan. Kemudian melepaskan panas tersebut di luar ruangan. Dengan demikian temperatur udara di dalam ruangan berangsur-angsur turun.
Gambar 5. Sistem pendingin pada lemari es
3.
Pada saat kita mencampur air panas dan air dingin. Pada pencampuran tersebut suhu air panas yang tinggi lama-lama akan menjadi seimbang atau sama dengan suhu air biasa karena air biasa akan menerima kalor yang sama dengan kalor yang dilepaskan air panas sehingga terjadi kesetimbangan termal.
Gambar 6. Pencampuran air panas dan air dingin Berikut ini adalah hasil praktikum yang telah dilakukan : 1.
Tabel data praktikum
Tabel 1. Data hasil praktikum kelompok 4, 5, dan 6 Kel Massa Air (kg) Suhu (0C) Suhu Campuran (0C) Air Air Air Air Praktik Rumus dingin Panas dingin Panas 4 0,25 0,25 31 65 44 48 5 0,25 0,248 31 75 50 52,9 6 0,25 0,248 31 85 54 57,89 2.
Perhitungan
a.
Kelompok 4
1)
Massa air dingin
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg
2)
Massa air panas
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg 3)
Suhu campuran
Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc) 0,25*(Tc – 31) 31) = 0,25*(65 – 0,25*(65 – T Tc) 0,25 Tc + 0,25 T c = 16,25 + 7,75 0,5 Tc = 24 Tc = 480C b.
Kelompok 5
1)
Massa air dingin
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg 2)
Massa air panas
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,248*10 -3 m3 = 0,248 kg 3)
Suhu campuran
Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc)
0,25*(Tc – 31) 31) = 0,248*(75 – 0,248*(75 – T Tc) 0,25 Tc + 0,248 T c = 18,6 + 7,75 0,498 T c = 26,35 Tc = 52,60C c.
Kelompok 6
1)
Massa air dingin
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,25*10 -3 m3 = 0,25 kg 2)
Massa air panas
m = ρair * * Vair = 1000 kg/m 3*0,248*10 -3 m3 = 0,248 kg 3)
Suhu campuran
Qserap = Qlepas m1*c*(Tc – T T1) = m2*c*(T2 – T Tc) 0,25*(Tc – 31) 31) = 0,248*(85 – 0,248*(85 – T Tc) 0,25 Tc + 0,248 T c = 21,08 + 7,75 0,498 T c = 28,83 Tc = 57,89 0C Pada hasil praktikum tersebut hasil dari perhitungan suhu campuran antara menggunakan praktik secara langsung dan menggunakan rumus hasilnya tidak berbeda jauh.
Kendala yang terjadi pada praktikum Asas Black yaitu terjadinya perbedaan pengukuran antara praktikan satu dengan praktikan lain dan kurangnya kurangnya keakuratan pengukuran. Hal ini dapat diatasi dengan melakukan pembagian tugas praktikan dalam kelompok, dan menempatkan praktikan yang ahli dalam pengukuran sebagai pengukur data, sehingga keakuratan pengukuran lebih baik lagi. Selain itu pada pengukuran suhu campuran terjadi perbedaan saat diukur secara langsung dan menggunakan rumus meskipun perbedaannya tidak terlalu jauh.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan praktikum Asas Black, praktikan dapat menyimpulkan beberapa hal : 1.
Istilah yang cukup sering didengar dalam proses perpindahan panas ialah kalor. Kalor mengalir dengan sendirinya dari suhu tinggi ke suhu rendah. Akan tetapi gaya dorong untuk aliran ini adalah perbedaan suhu. Bila sesuatu benda ingin dipanaskan, maka harus dimiliki suatu benda lain yang lebih panas, demikian pula halnya jika ingin mendinginkan sesuatu, diperlukan benda lain yang lebih dingin.
2.
Suhu campuran fluida dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Qserap = Qlepas m1 c ∆T1 = m2 c ∆T2 m1 c (Tc – T T1) = m2 c (T2 – T Tc)
Keterangan : m = massa air (kg) c = kalor jenis air (4200 J/kgK) T1 = suhu air dingin ( 0C) T2 = suhu air panas (0C)
B. Saran
Sebaiknya asisten mengecek terlebih dahulu alat-alat yang akan digunakan. Sehingga praktikum lancar dan untuk praktikum kedepannya alat lebih ditingkatkan agar lebih mengefisienkan waktu.
