Embed Size (px)
Citation preview
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 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 secara teori dan praktikum. Untuk pembahasan lanjut 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
terkondensasi
1
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 di 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 termal, suatu plat material yang akan di jepitkan
di antara satu ruang uap dengan memepertahankan temperatur 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 dengan mengumpulkan air yang berasal dari es yang melebur. Es
melebur pada suatu laju 1 gram per 80 kalori dari aliran panas . karena itu konduktivitas
termal dari suatu material dapat di tentukan 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 metoda yaitu konduksi, 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 (tandon kalor) dan sebuah reservoir dingin . suhu reservoir
panas adalah Tpanas ,sedangkan suhu resrvoir dingin Tdingin . 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 batang logam yang , hingga 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 setelah mencapai 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 konduksi ternyata sebanding dengan luas 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
qy = cal cm-2 sec-1 (Btu ft-2 hr-1)
T = oK ( oR)
y = cm ( ft )
k = cal cm-1sec-1(oK)-1 (Btu ft-1 (oR)-1
α = cm2 sec-1 ft2 hr-1
Cp = kapasitas panas pada tekanan tetap
C. Prosedur Kerja
1. Mengisi bejana es dengan air lalu bekukan dalam freezer. 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
8. Menentukan massa dari tabung yang berisi es yang melebur tadi ( )
9. Menentukan massa es yang melebur( ) dengan cara mengurangi dengan
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 es yang melebur ( ).
12. Melakukan 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 dan waktu
Jenis sampel : kaca h: 0.76cm : 53.4 g
No Ket
1
2
3
7.8 cm
- 180 s 9.5g - - Sebelum
dialiri uap180 s 6.3 g
180 s 8.9 g
4
5
6
-
9.375
- - 180 s 56 g Setelah
dialiri uap180 s 61 g
180 s 59.7 g
2. Tabel 2 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa dan waktu
Jenis sampel : kayu h:0.6cm : 53.4g
No Ket
1
2 7
- 180 s 58.3g - - Sebelum
dialiri uap180 s 62.8g
3 180 s 57g
4
5
6
-
6.2
- - 180 s 62 g Setelah
dialiri uap180 s 68.5g
180 s 65.7g
3. Tabel 3 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa dan waktu
Jenis sampel : triplek h: 0.6cm : 53.4g
No Ket
1
2
3
8.2cm
- 180 s 62.9g - - Sebelum
dialiri uap180 s 69.8 g
180 s 67.2g
4
5
6
-
67.2cm
- - 180 s 63.2 Setelah
dialiri uap180 s 67.5
180 s 65.9
4. Tabel 4 . Data hasil pengukuran ketebalan,diameter,massa dan waktu
Jenis sampel : kapur h:0.9cm : 53.4g
No Ket
1
2
3
7.1cm
- 180 s 63.9g - - Sebelum
dialiri uap180 s 67g
180 s 60g
4
5
6
- 8.705 - - 180 s 61.5g Setelah
dialiri uap180 s 66g
180 s 63.6g
E. Pengolahan Data
1) Menentukan diameter rata-rata dari es selama eksperimen ( ) dari dan
Diameter rata-rata es
Sampel kaca
= = 7.265 cm
Sampel kayu
= =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
A= 3.14.( = 71.414
Sampel kayu
A= 3.14 . ( = 66.154
Sampel Kapur
A = 3.14 . ( = 56.3831
Sampel Triplek
A = 3.14 . ( = 47
= = 60.24
3) Membagi dengan dan dengan untuk menentukan laju es melebur
sebelum dialirkan uap ( ) dan laju setelah dialirkan uap(R).
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
2. R = = 66/180 = 0.36
3. R = = 63.6/180 = 0.35
Sampel triplek
1. R = = 63.2/180 =0.35 g/s
2. R = = 67.5/180 = 0.375
3. R = = 65.9/180= 0.36
4) Kurangi ( ) dengan R untuk menentukan( ) yaitu laju pada es yang melebur
yang sesuai denagn temperature diferensial.
Sampel kaca
1. = 0.3 – 0.52 = 3.63
2. = 0.33– 0.04 =0.29
3. = 0.35– 0.04 =0.31
Sampel Kayu
1. = 0.37 – 0.838 = -0.468
2. = 0.39-0.34 = 0.05
3. = 0.36– 0.31 = 0.04
Sampel kapur
1. = 0.34– 0.35 =-0.01
= 0.39– 0.37 =0.02
3. = 0.4 –0.33 = 0.77
Sampel triplek
1. = 0.35 –0.34 =0.01
= 0.37– 0.38 =0.01
= 0.36 – 0.33 = 0.03
5) Berdasarkan hasil perhitunagn yang telah dilakukan,lengkapi table data
berdasarkan data-data yang didapat dari pengukuran maupun perhitungan .
No sampel A R
1 kaca7
7.265 cm
71.414
0.52 0.03 0.49
0.37 0.8 -0,4
0.35 0.04 0.31
2 kapur 6.45cm 66.154
0.37 0.038 0.332
0.39 0.37 0.02
0.4 0.33 0.77
3 triplek 71.5cm 47
0.35 0.34 0.01
0.37 0.34 0.03
0.36 0.34 0.32
4 kapur 6.65cm 56.383
0.37 0.03 0.34
0.39 0.34 0.05
0.36 0.31 0.056
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
k=9.12/23,087.7= 3.9 . 10-4
Sampel kapur
k= 18.72/19,677.7= 9.5 .10-4
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 termal berdasarkan hasil percobaan
dan menurut teori:
kesalahan =
Nilai konduktivitas termal dari kaca : 3.43.10-4 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
= = 0.0790 gr/det
∆x = = 0.0151
KR = x 100% = x 100% =19.1
Sampel kayu
Untuk Ra
=
∆x = = 0.0087
KR = x 100% = 100 % = 12.7 %
Untuk R
= = 0.0899 gr/det
∆x = = 0.005
KR = x 100% = x 100% = 5.5 %
Untuk
= = 0.0218 gr/det
∆x = = 0.0076
KR = x 100% = x 100% = 34.8
Sampel Kapur
Untuk Ra
=
∆x = = 0.0026
KR = x 100% = 100 % = 4.8 %
Untuk R
= = 0.0633 gr/det
∆x = = 0.0036
KR = x 100% = x 100% = 5.6 %
Untuk
= = 0.0093 gr/det
∆x = = 0.003
KR = x 100% = x 100% = 32.2
Sampel triplek
Untuk Ra
=
∆x = = 0.0002
KR = x 100% = 100 % = 0.4 %
Untuk R
= = 0.06306 gr/det
∆x = = 0.0069
KR = x 100% = x 100% = 11.4 %
Untuk
= = 0.0334 gr/det
∆x = = 0.016
KR = x 100% = x 100% = 47.9
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Nilai konduktivitas termal dari beberapa material yang berbeda :
Nilai konduktivitas termal dari kaca menurut teori: 2. kkal/m.s.
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.
Nilai konduktivitas termal dari kayu menurut praktikum : 3.9 . 10-4kkal/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://id.edukasi.net/blog rudy putra_edc
:
