PENGUKURAN EMISIVITAS EFEKTIF RATA-RATA SUATU MATERIAL PADAT (SOLID MATERIALS)
Lia Dessy K.*), Luqman Hakim*), Erfin Arif*), Triyas Marweni*), Naili Saidatin*), Eka Viandari*), Tri Yekti U.*) fisi ka universitas airlangga airla ngga *) program study s1 fisika
ABSTRAK Telah dilakukan percobaan pengukuran emisivitas rata-rata suatu material padat. Emisivitas ini mengindikasikan seberapa besar transfer radiasi termal yang dapat dipancarkan oleh suatu material padat. Eksperimen ini dilakukan dengan cara mengubah termperatur material untuk mendapatkan nilai emisivitas pada berbagai temperatur. Material yang digunakan pada pa da eksperimen adalah a dalah logam stainnless, seng dan kuningan yang berbentuk lingkaran. Penentuan emisivitas ini dapat memberikan karakter terhadap suatu bahan jika akan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada peralatan memasak,perindustrian dan lain sebagainya . Besar kecilnya emisivitas suatu bahan dipengaruhi oleh jarak dan suhu serta jenis bahan yang digunakan. Untuk itulah digunakan 3 macam perlakuan pada percobaan ini yakni; variasi bahan, variasi varia si suhu dan variasi jarak.. jar ak..
Kata kunci : emisivitas, stainless, seng, kuningan.
radiasi yang berkenaan dengan normal dari
A. PENDAHULUAN
Energi radian yang dipancarkan
permukaan pancaran dan e diartikan
dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat
sebagai energi yang dipancarkan dari
dinyatakan
permukaan atas,maka pengukuran yang
boltzman:
denag
persamaan
stefan-
dibuat untuk penentuan e diambil atas daerah
kecil
Kemudian
Dimana ei = daya emisif dari
disekitar
dengan
normalnya.
membagi
yang
dipacarkan dari permukaan e berkenaan
sebuah radiator ideal pada temperatur t
dengan pengukuran yang dibuat pada
= konstanta stefan-boltzman
normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai
Dengan
emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan
T= suhu mutlak permukaan menandai
sebagai
energi radia yang dipancarkan per satuan penjang
gelombang
gelombang
untuk
pada
panjang
sebuah
radiator
ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat dinyatakan sebagai:
Untuk
sebuah
radiator
non-ideal,daya
radiasi
dari
Persamaan (3) menjadi :
permukaan
Atau
yang
sama
gelombang
yang
telah
pada
panjang
tertentu
sebagai
dan
emisivitas
monokromatik.
∫ ∫
permukaan
monokromatik
normalnya diperoleh:
dengan
adalah rasio antara radiasi ideal
meninjau
pada
emisivitas efektif rata-rata eme berkenaan
dengan radiasi aktual untuk temperatur
Dengan
gelombang
pada
sembarang sudut.
diartikan
panjang
Persamaan (4) merupakan definisi dari
emisif menjadi:
Dimana
dengan
nilai
emisivitas
sebagai fungsi dari arah
Dengan melakukan substitusi persamaan
(1) ke persamaan (6) diperoleh :
radiasi yang berkenaan dengan normal dari
A. PENDAHULUAN
Energi radian yang dipancarkan
permukaan pancaran dan e diartikan
dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat
sebagai energi yang dipancarkan dari
dinyatakan
permukaan atas,maka pengukuran yang
boltzman:
denag
persamaan
stefan-
dibuat untuk penentuan e diambil atas daerah
kecil
Kemudian
Dimana ei = daya emisif dari
disekitar
dengan
normalnya.
membagi
yang
dipacarkan dari permukaan e berkenaan
sebuah radiator ideal pada temperatur t
dengan pengukuran yang dibuat pada
= konstanta stefan-boltzman
normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai
Dengan
emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan
T= suhu mutlak permukaan menandai
sebagai
energi radia yang dipancarkan per satuan penjang
gelombang
gelombang
untuk
pada
panjang
sebuah
radiator
ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat dinyatakan sebagai:
Untuk
sebuah
radiator
non-ideal,daya
radiasi
dari
Persamaan (3) menjadi :
permukaan
Atau
yang
sama
gelombang
yang
telah
pada
panjang
tertentu
sebagai
dan
emisivitas
monokromatik.
∫ ∫
permukaan
monokromatik
normalnya diperoleh:
dengan
adalah rasio antara radiasi ideal
meninjau
pada
emisivitas efektif rata-rata eme berkenaan
dengan radiasi aktual untuk temperatur
Dengan
gelombang
pada
sembarang sudut.
diartikan
panjang
Persamaan (4) merupakan definisi dari
emisif menjadi:
Dimana
dengan
nilai
emisivitas
sebagai fungsi dari arah
Dengan melakukan substitusi persamaan
(1) ke persamaan (6) diperoleh :
Definisi eme juga dapat dinyatakan dengan
Dimana r dan l secara berturut-turut adalah
menggunakan persamaan (7) dan (2)
jari-jari sampel dan jarak permukaan
sebagai :
sampel ke sensor.
∫
Nilai eme selanjutnya dinyatakan sebagai rasio energi radian yang dipancarkan oleh sebuah permukaan pada termperatur t dengan radiasi dari sebuah radiator ideal
Pada peralatan yang digunakan ini,nilai emisivitas efektif rata-rata suatu material padat dapat diperoleh melalui rumusan
⁄ ⁄
berikut:
(12)
pada temperatur yang sama. Dari persamaan (8) nilai e ditentukan
Dimana
dengan mengukur energi yang dipancarkan
c
dari
radiometer = 86,83 kcal/mh /mv
sebuah
radiator.dengan
permukaan mengacu
dengan
pada
hasil
= konstanta sensitivitas kalibrasi 2
Emv(r) = output radiometer
penelitian dari “boelter” analisis dari hasil
Fro
= faktor bentuk
yang
To
= suhu absolut permukaan sampel
diperoleh
dengan
radiometer
dinyatakn sebagai:
Namun
terdeteksi
sama dengan energi yang oleh
radiometer
Tr
Dimana f ro ro adalah faktor bentuk yang
= suhu absolut termokopel t ermokopel
= tr + 273
B. METODOLOGI PERCOBAAN
Eksperimen pengukuran emisivitas
sebagai
emv(r).oleh karena itu
ditentukan oleh persamaan:
= to + 273
rata-rata
ini
dilakukan
dengan
menggunakan perangkat Radiation Heat Trasnfer
OSK
4569.
Pengukuran
emisivitas ini dilakukan dengan cara memanaskan logam yang diuji dengan electric
heater
unit pada
perangkat
tersebut. Suhu heater dinaikkan dengan memutar temperature regulator ke arah kanan.
Suhu
logam
diukur
dengan
mengarahkan saklar thermo taps selector pada t1 dan mengarahkan saklar radio-
thermo couple selector pada termometer,
sedangkan
untuk
mengukur
suhu
radiometer saklar thermo taps selector
2. Seng Perc.
Variasi
Variasi
Ke-
Suhu
Jarak
Nilai em
Nilai em
1
0,12
0,096
2
0,066
0,0825
3
0,011
0,114
Perc.
Variasi
Variasi
Ke-
Suhu
Jarak
Nilai em
Nilai em
1
0,069
0,041
2
0,068
0,039
3
0,056
0,033
diarahkan pada t2. Banyaknya intensitas radiasi diukur dengan mengarahkan saklar radiometer thermo couple selector pada radiometer dan hasilnya akan ditampilkan
pada digital voltmeter. 3. Kuningan C. HASIL DAN PEMBAHASAN
Logam termasuk material yang sangat
banyak
kehidupan
diaplikasikan
sehari-hari.
pada
Penggunaan
material ini disesuaikan dengan kebutuhan dan fungsinya agar tidak terjadi kerugian dalam
penggunaannya.
Sangat
perlu
karakter
suatu
Dari percobaan menentukan emisivitas
bahan sebelum digunakan salah satu
suatu bahan material. dapat disimpulkan
contohnya
bahwa dari ketiga bahan yang diuji,
dilakukan
indentifikasi
adalah
emisivitas.
Nilai
D. KESIMPULAN
emisivitas tiap bahan berbeda-beda,itulah
stainless
memiliki
nilai
emisivitas
sebabnya mengapa pembuatan alat tertentu
tertinggi,
sedangkan
nilai
emisivitas
membutuhkan bahan baku tertentu juga.
terendaha adalh pada bahan kuningan.
Berikut merupakan hasil perhitungan
Semakin
tinggi
suhu
maka
nilai
untuk masing-masing bahan dengan 2
emisivitas akan semakin rendah, begitupun
variasi :
sebaliknya. Semakin jauh jarak maka akan
1. Stainless
semakin kecil juga nilai emisivitasnya dan
Perc.
Variasi
Variasi
Ke-
Suhu
Jarak
Nilai em
Nilai em
1
0,1323
0,01
2
0,0787
0,0427
3
0,035
0,0412
begitupun sebaliknya.
E. DAFTAR PUSTAKA
Tipler, Paul A., 1991, FISIKA Untuk Sains Dan Teknik .Edisi ketiga,alih bahasa :
Dra. La Prasetio, M.Sc, Rahmad W Adi, Ph.D, Jakarta : Erlangga.
LAMPIRAN A. DATA HASIL PENGAMATAN
Bahan = Stainless
Variasi Suhu
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
25
1,61
1,23
40
313
30
303
0,01
2
9
25
2,684
1,23
60,6
333,6
30,2
303,2
0,02
3
9
25
4,87
1,23
110,9
383,9
30,2
303,2
0,03
Perc
0
Ke-
Variasi Jarak
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
22,5
4,503
1,24
110
380
30,1
303,1
0,01
2
9
20
4,503
1,24
110
380
30,1
303,1
0,05
3
9
17,5
4,503
1,24
110
380
30,1
303,1
0,06
Perc
0
Ke-
Bahan = Seng
Variasi Suhu
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
25
3,85
1,23
90,5
363,5
30,2
303,2
0,07
2
9
25
3,95
1,24
90,7
367,5
30,1
303,1
0,075
3
9
25
4,54
1,24
110,1
383,1
30,1
303,1
0,09
Perc
0
Ke-
Variasi Jarak
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
20
5,04
1,24
120,3
393,3
30,1
303,1
0,14
2
9
17,5
5,04
1,24
120,3
393,3
30,1
303,1
0,15
3
9
15
5,04
1,24
120,3
393,3
30,1
303,1
0,16
Perc
0
Ke-
Bahan = Kuningan
Variasi Suhu
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
25
3,91
1,23
90,6
363,6
30,2
303,2
0,04
2
9
25
4,04
1,24
90,9
363,9
30,1
303,1
0,04
3
9
25
4,42
1,24
100,8
373,8
30,1
303,1
0,04
Perc
0
Ke-
Variasi Jarak
R(cm)
L(cm)
E0 (t1)
Em(t2)
T0 ( C)
T0
Tr ( C)
0
Tr
EM (R)
1
9
18
4,84
1,25
110,8
383,8
30,1
303,1
0,06
2
9
16
4,84
1,25
110,8
383,8
30,1
303,1
0,07
3
9
14
4,84
1,25
110,8
383,8
30,1
303,1
0,07
Perc
0
Ke-
B. ANALISIS PERHITUNGAN
Bahan = Stainless
Variasi Suhu
Mencari nilai FRO
|| || || || || || || || |||| Sehingga diperoleh
Dari data hasil pengamatan, maka kita dapat mencari nilai e m untuk masingmasing percobaan :
⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ || 1. Percobaan ke-1
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || | | | | ⁄ ⁄ 2. Percobaan ke-2
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || ⁄ || || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || | | | | ⁄ ⁄ 3. Percobaan ke-3
Variasi Jarak 1. Percobaan ke-1
Mencari nilai FRO :
|| || || || || || || || |||| Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || Mencari nilai eme :
⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ || 2. Percobaan ke-2
Mencari nilai FRO :
|| || || || || ||
|||| || || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || Mencari nilai eme :
| | ⁄ ⁄ || 3. Percobaan ke-3
Mencari nilai FRO :
|| || || || || || || || | | || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| Mencari nilai eme :
⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ ||
Bahan = Seng
Variasi Suhu
Mencari nilai FRO
|| | | || ||
|| || || || |||| Sehingga diperoleh
Dari data hasil pengamatan, maka kita dapat mencari nilai e m untuk masing-
masing percobaan :
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ 1. Percobaan ke-1
⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || 2. Percobaan ke-2
| | ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || ⁄ || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| 3. Percobaan ke-3
⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ ||
Variasi Jarak 1. Percobaan ke-1
Mencari nilai FRO :
|| | | || ||
|| || || || |||| Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || Mencari nilai eme :
⁄ ⁄ || | | | | ⁄ ⁄ 2. Percobaan ke-2
Mencari nilai FRO :
|| | | || || || || || || | | || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ Mencari nilai eme :
|||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ || 3. Percobaan ke-3
Mencari nilai FRO :
|| ||
|| || || || |||| || || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || Mencari nilai eme :
⁄ ⁄ || ⁄ || ⁄ ||
Bahan = Kuningan
Variasi Suhu
Mencari nilai FRO
|| || || || || || || || |||| Sehingga diperoleh
Dari data hasil pengamatan, maka kita dapat mencari nilai e m untuk masing-
masing percobaan :
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || | | ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || ⁄ || ⁄ ||
1. Percobaan ke-1
⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄⁄ || 2. Percobaan ke-2
| | ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄⁄ || || || || ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || 3. Percobaan ke-3
⁄ ⁄ || | | | | ⁄ ⁄
Variasi Jarak 1. Percobaan ke-1
Mencari nilai FRO :
|| || || || || || || || || || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ Mencari nilai eme :
|||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || ⁄ || ⁄ || 2. Percobaan ke-2
Mencari nilai FRO :
|| ||
|| || || || |||| || || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ |||| |||| ⁄ ⁄ || ⁄ ⁄ || || ⁄ || ⁄ ⁄ ⁄ || Mencari nilai eme :
⁄ ⁄ || ⁄ || ⁄ || 3. Percobaan ke-3
Mencari nilai FRO :
|| | | || || || || || || | | || Sehingga diperoleh
⁄ ⁄ ⁄⁄ Mencari nilai eme :
