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 :
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 :
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
4.3 Langkah Kerja
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.
Rekomendasi Laporan lain:
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) :
Abbot, Michael.1979. Termodinamika Edisi 2. Jakarta : Erlangga.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
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
