DAYA HANTAR KALOR Moslem.Blog: DAYA HANTAR KALOR

DAYA HANTAR KALOR

Friday, December 4, 2009

I. Tujuan
a) Mempelajari konsep daya hantar panas.
b) Mengukur daya hantar panas dari bahan yang mempunyai daya hantar panas rendah.

II. Dasar Teori
Jika dua benda dengan suhu yang berbeda disentuhkan, dalam selang waktu tertentu suhu kedua benda akan sama. Inilah yang disebut dengan keseimbangan termal. Hal ini terjadi akibat adanya perpindahan energi dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Energi yang berpindah inilah yang disebut sebagai kalor.
Pengertian kalor berbeda dengan suhu. Suhu adalah derajat panas atau dinginnya sebuah benda, sedangkan kalor adalah energi yang dipindahkan oleh benda ke benda lain karena perbedaan suhu. Oleh karena kalor merupakan salah satu bentuk energi, satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu Joule (J) atau satuan yang lebih besar kilojoule (kJ), 1 kJ = 1000 J. Ketika orang belum mengetahui bahwa kalor merupakan salah satu bentuk energi, oramg sudah membuat satuan dari kalor, yaitu kalori. Sementara untuk satuan yang lebih besar digunakan kilokalori (kkal), 1 kkal = 1000 kal. Sampai saat ini pun satuan kalori masih digunakan, misalnya dalam bidang kesehatan.
Jika suatu zat menerima kalor, suhu zat tersebut akan naik. Besarnya kenaikan suatu dari zat berbanding lurus dengan banyaknya kalor yang diterima oleh zat tersebut dan berbanding terbalik dengan massa serta kalo jenis zat. Jika kalor jenis suatu zat besar, untuk menaikkan suhu zat tersebut sebesar 1 dibutuhkan kalor yang banyak. Begitu pula jika massa zat besar, untuk menaikkan suhu zat tersebut sekitar 1 dibutuhkan kalor yang besar pula.
Hubungan antara banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda dan kalor jenis benda serta kenaikan suhu benda dituliskan dalam bentuk persamaan :
c = atau Q = mc T
James Prescott Joule melakukan suatu percobaan dengan menggunakan sebuah peralatan,seperti berikut :
Air didalam silinder diaduk oleh sudu-sudu yang dapat berputar karena dihubungkan dengan sebuah massa M. Pada saat M dilepaskan, tali yang dihubungkan

dengan katrol akan memutar sudu-sudu dalam silinder. Sudu-dudu bergesekan dengan air sehingga menaikkan suhu air. Dari kenaikan suhu air tersebut dapat dihitung besarnya kalor yang diterima oleh air.
Dari hasil percobaan tersebut, Joule mendapatkan kesetaraan kalor mekanik, yaitu = =4,186 joule, yang dibulatkan 1 kal = 4,2 joule
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 d yang dipindahkan selama waktu dt (disebut juga sebagai laju panas/H) tergantung pada luas penampang A dan gradien suhu T / x :
H = = -k.A.
Kalor berpindah dari benda atau sistem bersuhu tinggi kebenda atau sistem bersuhu rendah. Ada tiga cara untuk kalor berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi
Konduksi
Konduksi adalah peoses perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan zat penghantar.
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.

konduksi dari suatu tempat ketempat lain dalam suatu benda bergantung pada beberapa faktor, antara lain :
1. Sebanding dengan selisih temperatur antara dua tempat dalam benda tersebut.
2. Sebanding dengan luas penampang benda (L).
3. Sebanding dengan selang waktu lamanya kalor mengalir (t)
4. Berbanding terbalik dengan tebal atau panjang benda (d)
Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel – partikel zat. Terdapat dua jenis konveksi, yaitu konveksi alam dan konveksi paksa.
Pada konveksi paksa, aliranpanas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu, misal dengan kipas angin atau blower.
Banyaknya kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan
H = = h A T / = h At T
Radiasi
Radiasi adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Contohnya panas yang dipancarkan matahari ke bumi tanpa melalui perantara.

Alat dan Bahan

 1 Gabus
 1 Penerima panas dari tembaga
 1 Termometer
 1 Batang logam
 1 Bejana logam
 1 Heater
 1 Jangka sorong


Gambar 4
Susunan alat mengukur daya hantar panas



III. Cara Kerja

1. Ukur tebal lembaran zat, diameter penerima, massa penerima.
2. Didihkan air dalam bejana, kemudian susun alat seperti pada gambar 4.
3. Catat suhu Cu (T2) hingga penunjukan termometer pada Cu tidak naik lagi selama 5 menit (suhu setimbang, Ts).
4. Lembaran zat dilepas, sehingga Cu mendapat pemanasan langsung hingga suhu menunukkan 50 C 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!


IV. Data Pengamatan

LEMBAR PENGAMATAN
DAYA HANTAR KALOR

Kelompok : 1 (satu)
Nama : I Nyoman Darma Putra NIM : 0808205014
Jurusan/PS : FISIKA
Tanggal Praktikum : 27 November 2008

• Berat Tembaga :
1. 74,2 gram.
2. 74,1 gram.
3. 74,0 gram.
4. 74,3 gram.
5. 74,0 gram.


• Tebal Tembaga :
1. 2,2 mm.
2. 2,25 mm.
3. 2,1 mm.
4. 2,3 mm.
5. 2,2 mm.

• Lebar Tembaga :
1. 5 cm.
2. 5 cm.
3. 5 cm.
4. 5 cm.
5. 5 cm.

• Panjang tembaga :
1. 12 mm
2. 12 mm
3. 12 mm
4. 12 mm
5. 12 mm
• Suhu Cu dengan alas gabus : 35 C
• Suhu air panas : 60 C
• Suhu Cu tanpa alas gabus : 40 C

Penurunan Suhu Cu Suhu (°c)
30 detik ke 1
30 detik ke 2
30 detik ke 3
30 detik ke 4
30 detik ke 5
30 detik ke 6
30 detik ke 7
30 detik ke 8
30 detik ke 9
30 detik ke 10
30 detik ke 11
30 detik ke 12
30 detik ke 13
30 detik ke 14
30 detik ke 15
30 detik ke 16
30 detik ke 17
30 detik ke 18
30 detik ke 19
30 detik ke 20
30 detik ke 21
30 detik ke 22
30 detik ke 23
30 detik ke 24
30 detik ke 25 38
37,2
37
36,3
36
35.9
35,5
35
34,9
34,7
34,1
34
33,9
33,1
33
32,9
32,5
32,2
31,9
31,4
31
30,9
30,8
30,5
30


Jadi, total waktu yang diperlukan untuk Cu mencapai suhu 30 C (penurunan 5 C dibawah Ts) adalah 750 sekon = 12,5 menit.
Grafik Penurunan Suhu Cu:



V. Perhitungan Data
1. Gradien

• Gradien ke-1

Dengan cara yang sama diperoleh :
Gardien
Ke- ( 0C . s-1 )

1 0.026
2 0.006
3 0.023
4 0.01
5 0.003
6 0.013
7 0.016
8 0.003
9 0.006
10 0.02
11 0.003
12 0.003
13 0.026
14 0.003
15 0.003
16 0.013
17 0.01
18 0.01
19 0.016
20 0.013
21 0.003
22 0.003
23 0.01
24 0.016
∑ 0,258

• Gradien Rata-rata


2. Rata-rata Massa Penerima


= 53,4 g

3. Rata-rata Tebal Lembaran Zat

= 5,67 .10-3m

4. Rata-rata Diameter Bejana Logam

= 6,84 . 10-2m

5. Luas Zat penerima
Pengulangan 1
Diket : diameter = 6,8 cm =6,8 x10-2 m
Jari-jari (r) = 3,4 x 10-2 m
A = πr2
= 3,14 (3,4 x 10-2)2
= 36,3 x 10-4 m2
m = 53,5 gram

T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
C = 0,386 Joule/gr 0C
d = 5,35 x 10-3 m

Ditanya : k = ….?
Jawab : k = m.c


= 1,3 .10-2 Joule.s-1.m-1.0C

Pengulangan 2
Diket : diameter = 6,9 cm =6,9 x10-2 m
Jari-jari (r) = 3,45 x 10-2 m
A = πr2
= 3,14 (3,45 x 10-2)2
= 37,37 x 10-4 m2
m = 53,0 gram

T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
C = 0,386 Joule/gr 0C
d = 5,9 x 10-3 m
Ditanya : k = ….?
Jawab : k = m.c


= 1,4.10-2 Joule.s-1.m-1.0C

Pengulangan 3
Diket : diameter = 6,9 cm = 6,9 x10-2 m
Jari-jari (r) = 3,45 x 10-2 m
A = πr2
= 3,14 (3,45 x 10-2)2
= 37,37 x 10-4 m2
m = 53,8 gram

T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
C = 0,386 Joule/gr 0C
d = 5,7 x 10-3 m
Ditanya : k = ….?
Jawab : k = m.c


= 1,35.10-2 Joule.s-1.m-1.0C

Pengulangan 4
Diket : diameter = 6,8 cm = 6,8 x10-2 m
Jari-jari (r) = 3,4 x 10-2 m
A = πr2
= 3,14 (3,4 x 10-2)2
= 36,3 x 10-4 m2
m = 53,40 gram

T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
C = 0,386 Joule/gr 0C
d = 5,8 x 10-3 m
Ditanya : k = ….?
Jawab : k = m.c


= 1,4.10-2 Joule.s-1.m-1.0C

Pengulangan 5
Diket : diameter = 6,8 cm = 6,80 x10-2 m
Jari-jari (r) = 3,4 x 10-2 m
A = πr2
= 3,14 (3,4 x 10-2)2
= 36,3 x 10-4 m2
m = 53,3 gram

T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
C = 0,386 Joule/gr 0C
d = 5,6 x 10-3 m
Ditanya : k = ….?
Jawab : k = m.c


= 1,35.10-2 Joule.s-1.m-1.0C



Konduktifitas panas rata-rata:

= 1,36.10-2 Joule.s-1.m-1.0C

6. Kalor jenis Tembaga
c tembaga = 0,386 Joule/gr 0C

7. Perubahan suhu
T1 (suhu air) = 60 0C
T2 (suhu Cu) = 35 0C
(T1 - T2) = (60 – 35) = 25 0C

VI. Ralat Keraguan
1. Ralat Gradien
No


(x 10-4)

1 0.026 0.0107 0.0153 2.3409
2 0.006 0.0107 -0.0047 0.2209
3 0.023 0.0107 0.0123 1.5129
4 0.010 0.0107 -0.0007 0.0049
5 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
6 0.013 0.0107 0.0023 0.0529
7 0.016 0.0107 0.0053 0.2809
8 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
9 0.006 0.0107 -0.0047 0.2209
10 0.020 0.0107 0.0093 0.8649
11 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
12 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
13 0.026 0.0107 0.0153 2.3409
14 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
15 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
16 0.013 0.0107 0.0023 0.0529
17 0.010 0.0107 -0.0007 0.0049
18 0.010 0.0107 -0.0007 0.0049
19 0.016 0.0107 0.0053 0.2809
20 0.013 0.0107 0.0023 0.0529
21 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
22 0.003 0.0107 -0.0077 0.5929
23 0.010 0.0107 -0.0007 0.0049
24 0.016 0.0107 0.0053 0.2809
Σ
13.2656




 Ralat Nisbi
= 14,48 %

 Kebenaran Praktikum :
100 % - 14,48 % = 85,52 %

2. Ralat Massa Penerima
No M
( )


1
2
3
4
5 53,50
53,00
53,80
53,40
53,30 53,4
53,4
53,4
53,4
53,4 0,01
-0,4
0,4
0
0,1 0,0001
0,16
0,16
0
0,0001
Σ 267 0,3202

= 0,126 gr
=(53,4 ± 0,126) gr

 Ralat Nisbi
= 0,23 %

 Kebenaran Praktikum :
100 % - 0,23 % = 99,77 %

3. Ralat Tebal Lembaran
No d (10-3 m) (10-3 m)
( )(10-3 m)
(10-6 m)

1
2
3
4
5 5,35
5,90
5,70
5,80.
5,60 5,67
5,67
5,67
5,67
5,67 -0,32
0,23
0,03
0,13
-0,07 0,1024
0,0529
0,0009
0,0169
0,0049
Σ 28,35 0,1780



 Ralat Nisbi
= 1,76 %
 Kebenaran Praktikum :
100 % - 1,76 % = 98,24 %

4. Ralat Diameter Bejana Logam
No D (10-2 m) (10-2 m)
( )(10-2 m)
(10-4 m)

1
2
3
4
5 6,8
6,9
6,9
6,8
6,8 6,84
6,84
6,84
6,84
6,84 -0,04
0,06
0,06
-0,04
-0,04 0,0016
0,0036
0,0036
0,0016
0,0016
Σ 34,2 0,0120



 Ralat Nisbi
= 0,35 %

 Kebenaran Praktikum :
100 % - 0,35 % = 99,65 %




5. Ralat Luas Penampang
A (10-4 m) (10-4 m)
(10-4 m)
(10-8 m)

36,3
37,37
37,37
36,3
36,3 36,72
36,72
36,72
36,72
36,72 -0,42
0,65
0,65
-0,42
-0,42 0,1764
0,4225
0,4225
0,1764
0,1764
Σ= 1,3742





Jadi

 Ralat Nisbi
= 0,71%

 Kebenaran Praktikum :
100 % - 0,71 % = 99,29 %



6. Ralat Suhu (T1 – T2)

T1
(0C)
(0C) T1 -
(0C) (T1 - )2
(0C)
60
60
60
60
60 60
60
60
60
60 0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
= 0


(suhu air) = 60 0C ± 0 0C = 600C ± 0 0C

T2
(0C)
(0C) T2 -
(0C) (T2 - )2
(0C)
35
35
35
35
35 35
35
35
35
35 0
0
0
0
0 0
0
0
0
0
= 0


(suhu Cu) = 35 0C ± 0 0C = 350C ± 0 0C


Jadi
= (60 – 35) ± (0 + 0,) = (25 ± 0)0C
8. Ralat Konduktivitas Panas


=

= 0,386(0,57 + 0,57) (0,002+0,14)

= 0,386(0,57+0,57.0,142).
= 0,386 (0,57 + 0,081)
= (0,22 + 0,03)
= (0,22 + 0,03)
= (0,22 + 0,03)
= (0,22 + 0,03) (0,063 + 0,063) (0,017+0,006)
= (0,22 + 0,03) (0,063 + 0,063)(0,023)
= (0,22 + 0,03) + (0,063 + 0,023)
= (0,22 . 0,063) + (0,22 . 0,063)
= 0,0138 + [0,0138 (0,136+0,365)]
= 0,0138 + (0,0138 . 0,501)
= 0,0138 + 0,007

Jadi
Ralat nisbi =
=
= 0,5 %
Kebenaran Praktikum = 100% - 0,5%
= 99,5%

VII. PEMBAHASAN
Percobaan daya hantar kalor ini memerlukan ketelitian yang sangat tinggi. Dimana kesalahan dalam pengukuran, pengamatan mencatat data mempunyai peran yang sangat penting dalam menentukan hasil percobaan. Pada percobaan ini dilakukan dengan daya hantar kecil. Sehingga jika ingin melakukan percobaaan dengan daya hantar besar maka percobaan seperti ini tidak relevan. Hal ini dikarenakan percobaan daya hantar kalor ini menggunakan rumus perubahan waktu ( ) 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
Suhu yang mempengaruhi daya hantar kalor ini hanya suhu bejana logam yang sudah dipanaskan dan suhu dari Cu. 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. Perpindahan kalor terjadi dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Hal seperti itulah yang terjadi pada percobaan ini. 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. Zat-zat dimana k besar, menghantarkan kalor dengan cepat dan dinamakan konuktor yang baik. Sebagian besar logam masuk dalam kategori ini, walaupun ada variasi yang besar antara logam-logam tersebut sebagaimana dapat kita lihat dengan memegang ujung-ujung sendok perak dan sendok stainless-steel yang dimasukkan kedalan mangkuk sup panas yang sama. Contoh logam yang termasuk konduktor yaitu : tembaga, nikel juga termasuk logam, dan bahan-bahan yang biasa melapisi alat-alat memasak. 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.
Zat-zat yang memiliki nilai k yang kecil, seperti wol, fiberglass, dan bulu merupakan penghantar kalor yang buruk atau sering disebut isolator. Besar relatif k dapat menjelaskan fenomena sederhana seperti mengapa lantai ubin lebih dingin di kaki daripada lamtai yang dilapisi karpet pada temperatur yang sama. Hal ini dikarenakan ubin merupakan penghantar kalor yang lebih baik daripada karpet.


 Pertanyaan dan Evaluasi Percobaan
a. Pertanyaan
1. Carilah satuan k, dan turunkan persamaan (3)!
2. Apakah cara semacam ini dapat di gunakan untuk menentukan daya hantar zat yang mempunyai daya hantar besar? Jelaskan!
3. Apakah cara semacam ini dapat digunakan kalau suhu bejana lebih rendah dari temperatur Cu? Jelaskan!
4. Mengapa suhu lingkungan tidak diperhitungkan dalam percobaan ini?
5. 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
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 1,38.10-2 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.





















VIII. Kesimpulan
Dari pembahasan teori di atas maka dapat ditarik beberapa kesimpulan,
yaitu ;
1. Daya hantar kalor terjadi bila dua benda atau lebih saling bersinggungan atau berdekatan dan terjadi jika terdapat perbedaan suhu dari dua ujung benda padat, maka akan terjadi perpindahan panas dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah.
2. Ada tiga cara untuk kalor berpindah dari satu benda ke benda lain, yaitu ; konduksi, konveksi, dan radiasi.
3. Kalor merupakan suatu energi yang telah diubah menjadi hasil perbedaan temperatur sistem dengan lingkungannya.
4. Kalor mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah.
5. Besarnya perpindahan kalor konduksi tergantung pada:
- Luas penampang yang tegak lurus aliran panas (A).
- Tebal benda atau panjang aliran panas (x).
- Perbedaan suhu antara kedua titik (∆θ).
- Karakteristik termis benda yang dinyatakan oleh konduktivitas termal (K). Pada harga k banyak faktor yang berpengaruh, salah satunya adalah temperatur.
6. Penghantaran kalor adalah transpor energi antara elemen volume yang bertetanggga, yang ditimbulkan oleh perbedaan temperatur antara elemen itu sendiri.
7. Besar kalor-kalor yang dibutuhkan untuk merubah temperatur zat tertentu sebanding dengan massa m zat tersebut dan dengan perubahan temperatur ∆T.
Q = mc ∆T atau






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.
• Surya, Yohanes. 1996. Olimpiade Fisika. Jakarta: Primatika Cipta Ilmu
• Hidayat, Heri. 2004. Fisika Untuk SMA. Grafindo: jakarta
• Tipler, Paul A. 1991. Physics for Scientist and Engineers, Third Edition. New Jersey: Worth Publisher.
• Sears. F.W, and Zemanski. 1986. University Physics. New York: Addison-Wesley
• Hadiat, Moedjadi, 2000. Kamus Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta:Balai Pustaka
• www.google.com
• www.wikipedia.com









0 comments:

Post a Comment

There was an error in this gadget