Percobaan-Perpindahan-Kalor
-
Upload
wayan-susane -
Category
Documents
-
view
307 -
download
7
description
Transcript of Percobaan-Perpindahan-Kalor
LAPORAN PERCOBAAN
Perpindahan Kalor
OLEH :
KOMANG SUARDIKA (0913021034)
JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
TAHUN 2010
LAPORAN PRAKTIKUM
PERPINDAHAN KALOR
I. TUJUAN
1. Mengamati peristiwa konveksi di dalam zat cair dan gas.
2. Membandingkan nilai konduktivitas termal (k) pada beberapa logam.
II. LANDASAN TEORI
1. Konveksi
Konveksi merupakan suatu peristiwa perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan
partikel-partikel perantara. Namun, pada dasarnya perpindahan kalor secara konveksi pada
dasarnya adalah proses perpindahan energy gabungan antara konduksi panas, gerak
percampuran dan proses penyimpangan energy. Perpindahan kalor secara konveksi
berlangsung pada zat cair dan zat gas. Konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam
jarak yang besar. Mekanisme perpindahan kalor terjadi dengan tahap sebagai berikut:
a. Kalor mengalir secara konduksi dari permukaan zat padat ke partikel-partikel fluida
(cairan atau gas) yang berbatasan dengan permukaan zat padat tersebut.
b. Kalor yang diterima fluida akan menaikkan suhu partikel-partikel penyusun fluida
tersebut.
c. Partikel fluida yang bersuhu lebih tinggi akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih
rendah, kemudian bercampur dan melepaskan sebagian kalor yang dimilikinya.
Proses perpindahan kalor secara konveksi dapat dinyatakan dengan persamaan yang
dinyatakan oleh Isaac Newton dengan menyatakan bahwa laju perpindahan kalor
denagn cara konveksi dipengaruhi oleh luas permukaan benda A yang bersentuhan
dengan fluida dan beda suhu ΔT diantara benda dan fluida. Jika h adalah koefisien
konveksi yang dipengaruhi oleh bentuk dan kedudukan permukaan, maka diperoleh
persamaan yaitu:
Qt=hA ∆T
Keterangan: ΔT = perubahan suhu (K)
Q = kalor (J)
t = waktu (s)
h = koefisien konveksi (W/m2.K)
A= luas permukaan (m2)
Pada gambar dibawah ini merupakan salah satu contoh peristiwa konveksi yang terjadi pada zat
cair
2. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan
partikel-partikel zat tersebut. Konduksi adalah proses perpindahan kalor di mana kalor
tersebut mengalir dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah dalam suatu
medium atau antara medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung.
Konduksi dapat berlangsung dalam zat padat, zat cair, atau zat gas. Konduksi kalor pada
banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil tumbukan molekul-molekul. Pada logam,
menurut teori modern, tumbukan antara elektron-elektron bebas di dalam logam dan
dengan atom logam tersebut terutama mengakibatkan untuk terjadinya konduksi. Pada
gambar dibawah ini proses terjadinya konduksi.
Pada ujung besi yang dibakar diatas pegang lama kelamaan terasa semakin panas. Hal
ini disebabkan adanya perpindahan kalor yang melalui besi. Konduksi kalor hanya terjadi
jika ada perbedaan temperatur. Dan memang, ditemukan pada percobaan bahwa
kecepatan aliran kalor melalui benda sebanding dengan perbedaan temperatur antara
ujung-ujungnya. Ditemukan dari percobaan bahwa aliran kalor ∆Q per selang waktu ∆t
dinyatakan pada gambar dibawah ini:
Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T1) sedangkan
benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T2). Karena
adanya perbedaan suhu (T1 – T2), kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju
benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor kekanan). Benda yang dilewati kalor
memiliki luas penampang (A) dan panjang (l). Berdasarkan hasil percobaan, jumlah kalor
yang mengalir selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan
suhu (T1 – T2), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan
berbanding terbalik dengan panjang benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :
Qt=
KA (T 1−T2
l
Konduktivitas termal (k) merupakan sifat zat yang menunjukkan kemampuan zat
tersebut dalam memindahkan kalor secara konduksi. Zat-zat dimana k besar,
menghantarkan kalor dengan cepat dan dinamakan konduktor yang baik. Sedangkan, zat-
zat yang memiliki k yang kecil, merupakan penghantar kalor yang buruk dan dengan
demikian dinamakan isolator.
TABEL KONDUKTIVITAS TERMAL
Zat Konduktivitas Termal, k
Kkal/s m Co J/s m Co
Perak 10 x 10-2 420
Tembaga 9,2 x 10-2 380
Aluminium 5,0 x 10-2 200
Baja 1,1 x 10-2 40
Kuningan 0,24 x 10-2 10
Es 5 x 10-4 2
Batu bata dan Beton 2,0 x 10-4 0,84
Gabus dan serat kaca 0,1 x 10-4 0,042
Wol 0,1 x 10-4 0,040
Udara 0,055 x 10-4 0,023
III. ALAT DAN BAHAN
a. Konveksi untuk Zat Cair
1. Tabung konveksi
2. Pembakar Spritus
3. Statif 2 buah
4. Korek api
5. Gelas ukur
6. Serbuk dupa
7. Kaki tiga + kassa
8. Air
b. Konveksi untuk Zat Gas
1. Lilin
2. Dua buah cerobong asap
3. Obat nyamuk
4. Korek api
Pembakar spritus
c. Konduksi
1. Logam tembaga
2. Logam besi
3. Logam kuningan
4. Logam aluminium
5. 4 potongan lilin dengan massa yang sama (0,58 gram)
6. Kaki Tiga
7. Pembakar Spritus
8. Stopwatch (nst = 0,2 sekon)
9. Korek api
10. Neraca ohaus (nst = 0,01 gram)
11. Cutter
IV. LANGKAH KERJA
a. Konveksi pada Zat Cair
1. Menyiapkan alat dan bahan.
2. Set-up alat seperti gambar di bawah ini:
3. Memasukkan air ke dalam tabung konveksi sampai air terisi penuh
4. Memasukkan serbuk dupa ke dalam tabung kaca
5. Menyalakan pembakar spiritus
6. Mengamati peristiwa yang terjadi
A
B
E
C
D
kuningan
tembaga
aluminium
besi
Gambar 3
b. Konveksi Pada Gas
1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan
2. Set up alat seperti gambar di bawah ini
3. Memasukkan lilin sebanyak satu buah pada cerobong satu dan amati hasilnya
4. Menambahkan lilin sebannyak satu buah pada cerobong dua kemudian amati hasilnya
5. Menambahkan lilin sebanyak satu buah pada tengah-tengah diantara cerobong satu dan
dua.
c. Konduksi
1. Menyiapkan alat dan bahan.
2. Set-up alat seperti gambar di bawah ini:
Kotak Kaca
Cerobong 2
Obat nyamuk
Cerobong 1
Lilin
3. Menimbang lilin dengan menggunakan Neraca Ohaus untuk memastikan memiliki
massa yang sama.
4. Meletakkan lilin di atas logam-logam kemudian di bawahnya diletakkan kaki tiga dan
pembakar spritus.
5. Menyalakan pembakar spritus yang bersamaan dengan menekan stopwatch untuk
mengukur waktu yang diperlukan masing-masing logam untuk melelehkan lilin.
6. Mencatat waktu yang diperlukan lilin mulai meleleh pada masing-masing logam.
V. DATA HASIL PENGAMATAN
1. Konveksi (zat cair dan gas)
Pada peristiwa konveksi data tidak dalam bentuk kuantitatif melainkan secara
kualitatif yaitu mengamati peristiwa perpindahan kalor secara konveksi.
Adapun hasil yang diperoleh dari percobaan yang kami lakukan adalah:
A. Konveksi pada zat cair
Dari hasil pengamatan dari praktikum yang dilakukan pada percobaan
gambar 1, saat pembakar spritus diletakkan pada ujung titik D, maka serbuk dupa
tersebut akan bergerak dari titik A,E,D,C dan kembali ke A atau dengan kata lain
pergerakannya membentuk suatu siklus.
B. Konveksi pada gas
Ketika kita memasukkan lilin pada cerobong 1 dan obat nyamuk
diletakkan pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk akan masuk ke
dalam kotak dan asap akan keluar ke cerobong 1.
Ketika kita menambah lilin dan diletakkan pada cerobong 2 dimana letak
obat nyamuk pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk sebagian
besar akan tidak masuk pada kotak tetapi sebagian kecil asap masuk
dalam kotak, dalam hal ini asap keluar kembali melalui cerobong 2.
Ketika kita menambahkan lagi lilin dan diletakan antara lilin yang ada
pada cerobong 1 dan cerobong 2 sedangkan asap obat nyamuk diletakkan
pada cerobong 2, maka asap tidak ada yang masuk pada kotak tetapi asap
keluar pada cerobong 2.
2. Konduksi
No Jenis Logam t (waktu habis lilin meleleh)
sekon
1 Tembaga 59,0
2 Aluminium 60,0
3 Besi 120,0
4 Kuningan 360,0
VI. TEHNIK ANALISIS DATA
Dalam praktikum ini, tidak menggunakan analisis dalam bentuk perhitungan, namun
hanya membandingkan sebuah teori dengan hasil pengamatan yang diperoleh saat
percobaan. Selain itu, juga mengamati pergerakan zat pewarna dalam air pada gelas kimia.
Sedangkan pada gas kita hanya mengamati pergerakan asap. Pada percobaan konduksi,
membandingkan nilai konduktivitas pada beberapa logam.
VII. PEMBAHASAN
a. Konveksi pada zat cair
Dari hasil pengamatan dari praktikum yang dilakukan pada percobaan
gambar 1, saat pembakar spritus diletakkan pada ujung titik D, maka serbuk dupa
tersebut akan bergerak dari titik A,E,D,C dan kembali ke A atau dengan kata lain
pergerakannya membentuk suatu siklus. Berdasarkan teori yang ada, memang
benar pergerakan serbuk dupa seperti itu, sehingga percobaan yang kami lakukan
sesuai dengan teori. Peristiwa konveksi yang terjadi di dalam air berlangsung
seperti sebuah siklus karena ketika partikel diberikan kalor, maka partikel tersebut
akan menjadi lebih ringan dan bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa
jenis yang lebih besar. Begitu pula partikel yang mempunyai massa jenis lebih
besar bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil
sehingga terjadi peristiwa siklus
b. Konveksi pada zat gas
Ketika kita memasukkan lilin pada cerobong 1 dan obat nyamuk diletakkan pada
cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk akan masuk ke dalam kotak dan asap
akan keluar ke cerobong 1. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan suhu
masing-masing cerobong tersebut. Partikel-partikel udara yang berisi lilin pada
cerobong 1 akan menerima kalor yang menyebabkan udara tersebut akan memuai
sehingga massa jenis udara yang ada pada cerobong 1 akan mengecil
dibandingkan dengan massa jenis udara yang ada diluar kotak. Partikel udara
yang telah panas tersebut akan bergerak ke atas sehingga tekanan didalam kotak
konveksi akan menjadi lebih rendah dibandingkan dengan tekanan udara sekitar.
Sedangkan udara yang lebih dingin dan memiliki tekanan yang lebih rendah pada
cerobong 2 akan turun menuju udara yang lebih panas. Rapat massa dan tekanan
udara yang berada pada cerobong 2 lebih besar sehingga asap akan menuju
kerapat massa dan tekanan udara yang lebih kecil.
Ketika kita menambah lilin dan diletakkan pada cerobong 2 dimana letak obat
nyamuk pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk sebagian besar akan tidak
masuk pada kotak tetapi dalam hal ini asap keluar kembali melalui cerobong 2.
Hal ini disebabkan karena,tidak adanya perbedaan massa jenis udara. Karena
kedeua cerobong diisi dengan lilin, maka massa jenis udara dikedua cerobong
tersebut menjadi lebih ringan dari massa jenis udara di lingkungan. Sehingga
asap obat nyamuk akan mengarah keatas (kembali ke tempat dimasukkannya obat
nyamuk) dan tidak bisa masuk ke dalam kotak konveksi. Jadi konveksi tersebut
hanya terjadi antara obat nyamuk dengan udara dalam lingkungan.
Ketika kita menambahkan lagi lilin dan diletakan antara lilin yang ada pada
cerobong 1 dan cerobong 2 sedangkan asap obat nyamuk diletakkan pada
cerobong 2, maka asap tidak ada yang masuk pada kotak tetapi asap keluar pada
cerobong 2. Hal ini disebabkan karena,tidak adanya perbedaan massa jenis udara.
Karena kedeua cerobong diisi dengan lilin, maka massa jenis udara dikedua
cerobong tersebut menjadi lebih ringan dari massa jenis udara di lingkungan.
Sehingga asap obat nyamuk akan mengarah keatas (kembali ke tempat
dimasukkannya obat nyamuk) dan tidak bisa masuk ke dalam kotak konveksi.
Jadi konveksi tersebut hanya terjadi antara obat nyamuk dengan udara dalam
lingkungan.
c. Konduksi
Dari hasil percobaan yang diperoleh, maka lilin yang diletakkan pada logam tembaga
paling pertama meleleh dengan waktu 59,0 sekon, yang kedua meleleh lilin yang
diletakkan pada logam aluminium dengan waktu 60,0 sekon, yang ketiga meleh lilin yang
diletakkan pada logam besi dengan waktu 120,0 sekon, dan yang terakhir meleleh adalah
lilin yang diletakkan pada logam kuningan dengan waktu 360,0 sekon. Dari teori yang
ada menyatakan bahwa semakin besar nilai konduktifitas termal, maka lilin akan lebih
cepat meleleh. Dari tabel konduktifitas termal, dapat dilihat bahwa k tembaga = 9,2 x 10-2
Kkal/s m Co, k untuk aluminium 5,0 x 10-2 Kkal/s m Co, k untuk besi = 1,1 x 10-2 Kkal/s m
Co,dan k untuk kuningan = 0,24 x 10-2 Kkal/s m Co. sehingga percobaan yang dilakukan
sesuai dengan teori.
Dalam percobaan ini meskipun hasil yang diperoleh secara kualitatif sesuai dengan
teori , namun dalam percobaan yang kami lakukan juga terjadi Kesalahan ,antara lain:
1. Kesalahan umum, Kesalahan ini terjadi karena kesalahan pengamat saat melakukan
praktikum. Kesalahan umum yang terjadi yaitu ketidaktepatan dalam mengukur
masing – masing massa lilin agar keempat massa lilin itu sama.
2. Kesalahan sistematis. Kesalahan ini disebabkan oleh alat ukur dan lingkungan.
Kesalahan ini terjadi pada saat api dari pemanas bunsen yang ditiup oleh angin
sehingga nyalanya tidak rata.
Adapun kendala yang kami hadapi dalam melaksanakan praktikum, antara lain:
1. Kesulitan dalam mengukur keempat massa lilin yang digunakan agar memiliki
massa yang sama.
2. Sulitnya mengkondisikan agar pemanas bunsen tepat berada di tengah-tengah logam
yang di akibatkan oleh adanya angin yang bertiup.
VIII. KESIMPULAN
1. Perpindahan kalor secara konveksi pada zat cair akan membentuk sebuah siklus yang
disebabkan karena ketika partikel diberikan kalor, maka partikel tersebut akan menjadi
lebih ringan dan bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih
besar. Begitu pula partikel yang mempunyai massa jenis lebih besar bergerak ke arah
partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil. Sedangkan perpindahan kalor
secara konveksi pada gas, dimana asap obat nyamuk bisa masuk ke kotak atau tidak
disebabkan karena adanya perbedaan temperature dan perbedaan massa jenis.
2. Pada perpindahan kalor secara konduksi, nilai konduktivitas termal (k) pada logam akan
berpengaruh terhadap cepat lambatnya lilin tersebut meleleh. Dimana logam yang
memiliki nilai konduktivitas termal (k) paling besar akan menyebabkan lilin paling
cepat meleleh, sedangkan logam yang memiliki nilai konduktivitas termal (k) paling
kecil, akan menyebabkan lilin lebih lambat meleleh.