bab i pendahuluanmansyla.ub.ac.id/wp-content/uploads/2019/03/modul-iii...28 bab i pendahuluan pada...
TRANSCRIPT
28
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang praktikum kalor dan tujuan
praktikum kalor.
1.1 Latar Belakang
Kalor didefinisikan sebagai perpindahan energi kinetik dari suatu benda yang bersuhu
lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor tentunya membutuhkan
media perantara, seperti zat cair, zat padat, maupun gas. Oleh karena itu, jenis perpindahan
kalor antar benda dapat diketahui berdasarkan media perantaranya.
Sedangkan kalor jenis didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau
dilepaskan setiap kilogram massa untuk menaikan atau menurunkan suhunya. Satuan kalor
jenis adalah kal/groC. Jumlah kalor jenis akan bertambah sesuai dengan jenis zat dan suhu
yang digunakan. Kalor jenis mempunyai hubungan dengan kapasitas kalor yang
didefinisikan sebagai perbandingan antara kalor yang diberikan pada zat dengan kenaikan
suhu zat tersebut. Semakin besar kalor jenis maka akan semakin besar pula kapasitas kalor
yang dihasilkan.
Apabila suatu benda diberikan sebuah kalor maka akan terjadi kenaikan suhu yang
diikuti dengan perubahan ukuran benda yang disebut dengan pemuaian. Berdasarkan
pemuaian termal, pemuaian dikelompokkan menjadi pemuaian panjang, pemuaian luas, dan
pemuaian volume. Dapat diketahui bahwa setiap zat mempunyai koefisien muai yang
berbeda-beda.
Pengukuran suhu untuk perhitungan kalor, kalor jenis, maupun kapasitas kalo dapat
dilakukan menggunakan alat. Salah satunya, yaitu infrared thermometer. Infrared
thermometer merupakan alat pengukuran suhu digital yang dapat memudahkan dalam
membaca suhu dari suatu zat.
Dalam dunia perindustrian, kalor dapat digunakan untuk memilih material yang
mempunyai ketahanan panas yang sesuai dengan suatu benda yang akan diproduksi,
membedakan produk berdasarkan tingkat kalor yang dihasilkan, serta juga dapat digunakan
sebagai dasar untuk membuat suatu alat yang mempunyai fungsi untuk membantu proses
produksi.
29
1.2 Tujuan Praktikum
Tujuan dilakukannya praktikum mengenai kalor adalah sebagai berikut.
1. Untuk memahami pengertian kalor.
2. Untuk mengetahui jenis-jenis perpindahan kalor.
3. Untuk mengetahui jenis, prinsip, dan cara kerja alat pengukuran kalor.
4. Untuk dapat menganalisa data hasil pengukuran.
30
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab tinjauan pustaka ini akan menjelaskan landasan teori yang terkait dengan
landasan teori yang mendukung berjalannya praktikum kalor serta fungsi dari alat yang
digunakan untuk mengukur kalor.
2.1 Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang
bersuhu rendah (Karyono, 2009). Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel
benda akan bergetar dan menumbuk partikel lainnya yang bersuhu rendah. Hal ini
berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas
dengan benda yang semula dingin.
2.2 Perpindahan Kalor
Kalor perpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor
berhenti ketika suhu kedua benda sudah sama. Kondisi ketika dua benda memiliki suhu sama
disebut kesetimbangan panas atau kesetimbangan termal. Selama ada perbedaan suhu maka
kalor selalu berpindah hingga tercapai kesetimbangan panas. Terdapat tiga cara perpindahan
kalor antar benda, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Konduksi
Konduksi merupakan perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain melalui benda.
Tapi selama kalor berpindah tidak ada bagian benda maupun atom atau molekul
penyusun benda yang ikut berpindah.
Cepat perambatan kalor dalam zat padat berbeda untuk zat yang berbeda. Semua logam
termasuk zat yang mudah memindahkan kalor. Zat semacam ini disebut konduktor
kalor. Sebaliknya, zat yang sulit menghantarkan kalor disebut isolator kalor. Ukukran
kemampuan zat menghantarkan kalor dikenal dengan konduktivitas panas. Laju
konduksi kalor memnuhi persamaan:
𝑄
𝑡= 𝑘𝐴
𝑇𝑡−𝑇𝑟
𝑙 ........................................................................................................... (2-1)
Sumber: Giancoli (2005)
31
Keterangan:
q = kalor yang dirambatkan perdetik (J/s)
𝑇𝑟 = suhu satu ujung benda yang rendah ( 𝐶𝑜 )
𝑇𝑡 = suhu ujung benda yang lain yang tinggi ( 𝐶𝑜 )
l = panjang benda (m)
A = luas penampang benda (𝑚2)
k = konduktivitas panas (J/m s 𝐶𝑜 )
Berikut merupakan ilustrasi dari persamaan diatas.
Gambar 2.1 Konduksi
Sumber: Karyono (2006)
Konduktivitas panas sejumlah zat adalah sebagai berikut.
Tabel 2.1
Konduktivitas Panas
Zat Konduktivitas panas (J/m s 𝑪𝒐 )
Perak 420
Tembaga 380
Aluminium 200
Baja 40
Es 2
Kaca 0,84
Kayu 0,1
Udara 0,023
32
2. Konveksi
Gambar 2.2 Konveksi
Sumber: Giancoli (2005)
Koveksi merupakan cara perpindahan panas dengan adanya perpindahan molekul atau
atom penyusun benda. Ketika satu bagian benda menerima kalor maka atom-atom
penyusunnya bergerak lebih cepat. Akibatnya, atom-atom tersebut terdorong
(berpindah) ke lokasi dimana atom-atom masih bergetar lambat. Perpindahan atom yang
telah bergerak cepat membawa energi kalor. Konveksi hanya terjadi didalam benda yang
memiliki atom atau molekul yang dapat bergerak bebas. Zat yang mempunyai
karakteristik tersebut ialah cair dan gas.
𝐼 = ∆𝑄
∆𝑡= ℎ𝐴∆𝑇 .................................................................................................... (2-2)
Sumber: Karyono (2006)
Keterangan:
I = laju kalor konveksi, dalam satuan watt atau W (= J/s)
Q = jumlah kalor yang dipindahkan (J)
t = waktu terjadi aliran kalor (s)
T = beda suhu antara benda dan fluida (oC atau K)
H = koefisien konveksi (Wm-2K-1 atau Wm-2 oC-1)
A = luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida (m2)
33
3. Radiasi
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui medium. Ruang antara matahari dan
bumi kebanyakan hampa. Tetapi panas matahari dapat mencapai bumi. Ini adalah salah
satu bukti kalor dapat merambat tanpa melalui medium.
∆𝑄
∆𝑡= 𝑒𝜎𝐴𝑇4 .......................................................................................................... (2-3)
Sumber: Giancoli (2005)
Keterangan:
P = daya yang diradiasikan (watt/W)
E = emisivitas benda atau koefisien pancaran suatu benda
𝜎 = konstanta Stefan (5,6703 x 10-8 W/m2. K4)
A= luas benda yang memancarkan radiasi (m2)
2.3 Infrared Thermometer
Infrared thermometer adalah sebuah alat ukur suhu yang dapat mengukur temperatur
atau suhu tanpa bersentuhan dengan obyek yang akan diukur suhunya. Prinsip dasar
termometer inframerah adalah bahwa semua obyek memancarkan energi infra merah.
Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi
inframerah yang dipancarkan. Infrared Thermometer mengukur suhu menggunakan radiasi
kotak hitam (biasanya inframerah) yang dipancarkan objek.
Gambar 2.3 Infrared Thermometer
Kadang disebut termometer laser jika menggunakan laser untuk membantu pekerjaan
pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untuk menggambarkan kemampuan alat
mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi inframerah yang
dipancarkan oleh objek dan emisi ya, temperatur objek dapat dibedakan.
34
2.4 Termometer Raksa
Termometer konvensional terdiri atas tabung gelas tertutup yang berisi cairan. Cairan
yang umum dipakai dalam termometer kita adalah air raksa (merkuri). Di tepi tabung terlihat
garis-garis yang menunjukkan skala temperatur. Bila suhu meningkat, air raksa dalam
tabung yang sempit itu akan naik. Titik dimana air raksa tersebut berhenti naik menunjukkan
berapa suhu tubuh yang tertera pada skala temperatur. Agar termometer sensitif terhadap
suhu maka ukuran pipa kapiler harus dibuat kecil dan dinding termometer (reservoir) dibuat
setipis mungkin dan apabila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor.
Gambar 2.4 Termometer Raksa
35
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
Di bawah ini akan dijelaskan diagram alir dan prosedur praktikum.
3.1 Diagram Alir Praktikum
Di bawah ini merupakan diagram alir praktikum kalor konduksi
Mulai
Mengukur dimensi benda
kerja dengan jangka
sorong
Memasang benda kerja
pada ragum
Menyiapkan bunsen
burner
Memanaskan benda kerja
selama waktu yang
ditentukan
A
A
Data suhu
benda kerja
Selesai
Mengukur suhu benda
kerja pada titik yang
sudah ditentukan
Mencatat hasil
pengukuran pada
worksheet
Mematikan bunsen burner Alat dan Bahan
Gambar 3.1 Diagram Alir Praktikum Kalor Konduksi
36
Di bawah ini merupakan diagram alir praktikum kalor radiasi
Mulai
Mengukur luas
permukaan box
Memasang Thermometer
raksa
Mengukur suhu di dalam
box sebelum lampu
dinyalakan
A
A
Selesai
Menyalakan lampu
Mematikan Lampu
Alat dan Bahan
Mengukur suhu dalam
box setelah lampu
dinyalakan
Data Suhu
dalam box
setelah lampu
dinyalakan
Memasang lampu
Gambar 3.2 Diagram Alir Praktikum Kalor Radiasi
37
3.2 Prosedur Praktikum
Berikut ini merupakan langkah-langkah prosedur praktikum kalor konduksi dan radiasi:
Konduksi
1. Mulai
2. Menyiapkan alat dan bahan
3. Mengukur dimensi dari benda kerja dengan Jangka sorong
4. Memasang benda kerja pada ragum.
5. Menyiapkan Bunsen burner.
6. Memanaskan benda kerja selama waktu yang telah ditentukan
7. Mematikan Bunsen burner
8. Mengukur suhu benda kerja pada titik yang sudah ditentukan
9. Mencatat hasil pengukuran pada worksheet
10. Selesai
Radiasi
1. Mulai
2. Menyiapkan alat dan bahan
3. Mengukur luas permukaan box menggunakan penggaris
4. Memasang thermometer raksa
5. Mengukur suhu di dalam box sebelum lampu dinyalakan
6. Memasang lampu
7. Menyalakan lampu
8. Mematikan lampu
9. Mengukur suhu dalam box setelah lampu dinyalakan
10. Selesai
38
BAB IV
LEMBAR KERJA PRAKTIKUM
Pada bab ini terdapat gambaran umum praktikum, tabel hasil pengukuran kalor benda
kerja alumunium alloy & baja, dan pengukuran kalor radiasi box terbuka & tertutup.
4.1 Gambaran Umum Praktikum
Berikut ini adalah penjelasan mengenai benda kerja yang dilakukan pengukuran kalor.
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
39
4.2 Tabel Hasil Pengukuran Kalor dengan Benda Kerja Aluminium Alloy
Panjang (cm)
Waktu (s)
Diameter (cm)
Panjang (cm) Titik Suhu (℃)
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Perhitungan per Titik Perhitungan Langsung
OA
AB
BC
CD
DE
EF
FG
GH
HI
40
4.3 Tabel Hasil pengukuran Kalor dengan Benda Kerja Baja
Panjang (cm)
Waktu (s)
Diameter (cm)
Panjang (cm) Titik Suhu (℃)
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Perhitungan per Titik Perhitungan Langsung
OA
AB
BC
CD
DE
EF
FG
GH
HI
41
4.4 Tabel Hasil Pengukuran Kalor Radiasi
Waktu (s)
Daya (Watt)
Suhu Awal (oC) Suhu Akhir (oC) Selisih (oC)
4.5 Analisis Hasil Pengukuran Kalor
Dari hasil pengukuran kalor benda kerja:
1. Apakah terdapat perbedaan besar kalor antara perhitungan antar titik dengan
perhitungan secara keseluruhan? Jelaskan!
2. Hal apa yang memengaruhi perpindahan kalor secara konduksi? Jelaskan!
3. Apa saja faktor yang memengaruhi suhu akhir pada perpindahan secara radiasi,
sebutkan!
4. Berikan contoh pemanfaatan sifat kalor dalam dunia industri!
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
42
4.6 Soal Pra-Kegiatan
Dibawah ini merupakan soal pra-kegiatan adalah sebagai berikut.
1. Apa yang kalian ketahui mengenai kalor?
2. Sebutkan dan jelaskan jenis perpindahan kalor!
3. Alat apa saja yang dapat digunakan untuk mengukur kalor suatu benda? (min. 3)
4. Batang logam dengan panjang 2 meter, memiliki luas penampang 20 cm2 dan perbedaan
suhu kedua ujungnya 500C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms0C, tentukan
jumlah kalor yang dirambatkan per satuan luas persatuan waktu!
5. Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-
Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata
energi radiasi benda tersebut!
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
...........................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
................................................................................................................................. ...........
....................................................................................................................... .....................
............................................................................................................................. ...............
............................................................................................................................................
............................................................................................................................. ...............
...........................................................................................................................................