Laporan Praktikum Konduktivitas Termal

www.hajarfisika.com
Laporan Praktikum Konduktivitas Termal



KONDUKTIVITAS TERMAL


I. Latar Belakang
          Setiap bahan atau material mempunyai karakteristik dan sifat yang berbeda-beda. Karakteristik dan sifat-sifatnya tidak bisa diamati secara langsung, sehingga perlu dilakukan percobaan untuk mengamati karakter dan sifatnya. Setiap bahan pun juga memiliki sifat penghantaran panas yang berbeda, ada yang bersifat konduksi, konveksi, dan radiasi(Donald,1997).
          Untuk dapat mengetahui seberapa cepat dan seberapa besar suhu yang dapat berubah pada sebuah bahan atau material, maka harus mengetahui konduktivitas termal dari bahan tersebut. Oleh karena itu dilakukanlah percobaan konduktivitas termal untuk dapat memahami lebih dalam mengenai konduktivitas termal dari suatu bahan.


II. Tujuan Percobaan
2.1 Menjelaskan konsep perpindahan panas
2.2 Menghitung konduktivitas termal dari suatu material


III. Dasar Teori
          Suhu adalah penunjuk derajat panas daru suatu benda. Semakin tinggi suhu suatu benda, maka semakin panas benda tersebut. Suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Pada saat suatu material suhunya dinaikkan, maka molekul-molekul didalamnya akan mengalami pergerakan. Pergerakan molekul-molekul ini berbeda-beda, tergantung pada jenis material. Ketika suhu dinaikkan, molekul-molekul akan bergerak secara vibrasi, translasi, ataupun rotasi. Jika suhu terus dinaikkan maka akan terjadi perubahan wujud pada suatu material tersebut(Abbot,1979).
          Panas berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ketempat yang bersuhu rendah. Ada 3 cara dalam perpindahan panas, yaitu (Bradbury,1997) :
1. Konveksi, perpindahan panas secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Perpindahan panas secara konveksi ini terjadi karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. Perpindahan panas yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnya disebut konveksi/aliran
2. Radiasi, perpindahan panas ini dilakukan melalui pancaran. Contoh ketika energi panas matahari dapat sampai kebumi, pada saat duduk api unggun ataupun pada saat menjemur pakaian. Perpindahan ini dilakukan secara pancaran dan tidak melalui perantara
3. Konduksi, perpindahan panas ini dilakukan dengan menggunakan zat perantara. Contohnya pada saat mengaduk kopi panas, maka lama-kelamaan tangan juga akan ikut merasakan panas. Zat perantaranya tidak ikut berpindah.
          Laju aliran panas (H) adalah panas atau kalor setiap satuan luas dan waktu yang menembus bidang. Dalam satuan MKS H memiliki satu J/m2, sedangkan gradien temperaturnya kelvin/m. Hubungan antara perpindahan panas dengan konduksi suatu bahan adalah sebagai berikut :
persamaan laju aliran panas (H)
dengan,
H = laju aliran panas (W)
K = konduktivitas termal (W/mK)
A = luas penampang (m2)
ΔT = perubahan suhu (K)
Δx = panjang (m)
Perpindahan panas secara konduksi terjadi antara dua benda padat yang berbeda temperatur akan terjadi kontak secara langsung(Zemansky,1954). 


IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Terhmocouple (1 buah), berfungsi untuk mengukur suhu
b. WaterBath (1 buah), berfungsi untuk memanaskan air
c. Sampel logam (tembaga (2 buah), kuningan (2 buah), aluminium (1 buah)), berfungsi sebagai bahan uji
d. Jangka sorong (1 buah), berfungsi untuk mengukur diameter dan tinggi bahan
e. Tabung pendingin (1 buah), berfungsi untuk mendinginkan air
f. Selang (1 buah), berfungsi untuk mengalirkan air
g. Air (secukupnya), berfungsi sebagai bahan yang digunakan untuk menghasilkan panas


4.2 Gambar Rangkaian Alat

rangkaian alat konduktivitas termal


4.3 Langkah Kerja
diagram alir percobaan konduktivitas termal


V. Data dan Analisa


5.2 Analisa Data
          Prinsip pada percobaan ini adalah dengan mengalirkan panas atau kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kemudian setiap persambungan dari benda diukur suhunya, sehingga didapatkan konduktivitas thermal dari benda tersebut.
          Pada percobaan ini menggunakan 3 jenis logam, yaitu logam aluminium, kuningan , dan tembaga. Reservoir panas berada diatas logam dan reservoir dingin berada dibawahnya, digunakan 2 reservoir ini agar terjadi keseimbangan termal. Perpindahan antar molekul pada percobaan ini melalui medium zat padat atau sering disebut sebagai konduksi. Nilai kerapatan dari suatu zat juga berpengaruh pada besar konduktivitas thermalnya, semakin besar nilai kerapatan dari suatu zat maka semakin besar juga nilai konduktivitas thermalnya, hal ini terjadi karena antar molekul menjadi lebih dekat dalam proses tumbukan, sehingga energi yang tersalur menjadi lebih besar. Nilai konduktivitas termal dari suatu bahan dapat ditentukan dengan menggunakan suatu acuan zat yang mempunyai laju alir standar. Dalam hal ini H standar yang digunakan adalah dari alumunium. Alumunium dipilih karena mempunyai struktur yang mudah menghantarkan panas. Alasan lain adalah karena alumunium telah diketahui besar nilai K yang di dapat dari acuan literatur yaitu sebesar 202 W/mk.
          Tabel percobaan 1 adalah hasil pengukuran tinggi dan diameter masing-masing logam. Logam kuningan mempunyai rata-rata diameter yang lebih besar daripada aluminium dan tembaga. Tinggi dari yang paling besar dimiliki oleh tembaga, aluminium, dan kuningan. Berdasarkan perhitungan tembaga memiliki luas penampang (A) 1,86.10-5 m2, aluminium sebesar 2,01.10-5 m2, dan kuningan sebesar 2,03.10-5 m2. Pada tabel percobaan 2 didapatkan bahwa T1 > T2 > T3 > T4. Hal ini dikarenakan T1 yang paling dekat dengan reservoir panas, sehingga semakin ke atas aliran panas yang didapatkan semakin kecil. Kemudian didapatkan nilai dari suhu aluminium (ΔTA) sebesar 2,84°C, suhu tembaga (ΔTT) sebesar 3,52°C, dan suhu kuningan (ΔTK) sebesar 8,12°C. Dari data ini dapat dihitung nilai konduktivitas termal dengan menentukan H standar aluminium terlebih dahulu melalui persamaan 3, dengan memasukkan nilai H yang di dapat maka dapat di cari nilai konduktivitas thermal (K) dari kuningan dan tembaga melalui persamaan 3. Berdasarkan perhitungan didapatkan nilai H sebesar 7,844 W, sehingga didapatkan nilai konduktivitas thermal dari kuningan sebesar 65,31 W/mK dan tembaga sebesar 194 W/mK.
          Menurut literatur dari Dasar-Dasar Fisika Universitas karya Sears Zemansky, nilai konduktivitas thermal dari logam kuningan, aluminium, tembaga adalah sebesar 109 W/mK, 202 W/mK, dan 385 W/mK. Hasil pada percobaan ini sedikit berbeda dengan nilai pada literatur. Perbedaan hasil ini disebabkan oleh beberapa hal antara lain seperti umur logam yang sudah terlalu tua dan terlalu sering digunakan dalam percobaan sehingga struktur kerapatan logam agak sedikit berbeda yang berakibat mempengaruhi pada hasil penghantaran panasnya (konduktivitas thermalnya), pengaruh suhu ruangan, suhu didalam bathwater yang tidak terisolasi, sulitnya mencapai kesetimbangan thermal antara reservoir panas dan reservoir dingin, skala termokopel digital yang terus berubah-ubah (karena suhu tidak terisolasi) sehingga nilai dari suhu antar sambungan logam sulit ditentukan, dan lain-lain. 



VI. Kesimpulan
6.1 Perpindahan kalor pada percobaan ini melalui medium zat padat atau sering disebut sebagai konduksi. Panas atau kalor dari suatu benda berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Nilai kerapatan dari suatu zat berpengaruh pada daya perpindahan kalor, semakin besar nilai kerapatannya maka semakin besar juga daya perpindahan kalornya (konduktivitas termalnya), hal ini terjadi karena antar molekul menjadi lebih dekat dalam proses tumbukan sehingga energi yang tersalur menjadi lebih besar.

6.2 Nilai konduktivitas termal aluminium menjadi nilai acuan zat untuk menentukan konduktivitas termal dari tembaga dan kuningan, yaitu sebesar KA = 202 W/mK. Aluminium menjadi nilai acuan standar karena mempunyai alju alir yang standar dan mempunyai struktur yang mudah menghantarkan panas. Berikut ini adalah nilai konduktivitas termal dari logam kuningan (KK) dan tembaga (KT) :
KK = 65,31 W/mK
KT = 194 W/mK
Literatur :
KA = 202 W/mK
KK = 109 W/mK
KT = 385 W/mK


VII. Daftar Pustaka
Abbot, Michael.1979. Termodinamika Edisi 2. Jakarta : Erlangga.
Bradbury.1997. Dasar Metalurgi untuk Rekasawan. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
Donald, R.1997. Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga.
Zemansky, Sears.1954. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta : Bina Cipta.


VIII. Bagian Pengesahan
-


IX. Lampiran
9.1 Word
9.2 Excel


0 Response to "Laporan Praktikum Konduktivitas Termal"

Post a Comment