Laporan Praktikum Hukum Stefan-Boltzmann

Daftar isi

1. Latar belakang
2. Tujuan Percobaan
3. Dasar Teori
4. Metodologi Percobaan
5. Data dan Analisa
6. Kesimpulan
7. Daftar Pustaka
8. Bagian Pengesahan
9. Lampiran

HUKUM STEFAN BOLTZMANN

I. Latar belakang

—

II. Tujuan Percobaan

1. Menentukan nilai R_t dan R₀ serta pengaruhnya terhadap T.
2. Menentukan Hukum Stefan-Boltzmann tentang radiasi benda.

III. Dasar Teori

—

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan

1. Bangku penyangga (1 buah).
2. Lampu wolfram, 25 W AC 220 V (1 buah).
3. Thermopile bersungkup (1 buah).
4. Sumber listrik (220V-AC) (1 buah).
5. Pengatur tegangan (dimmer) (1 buah).
6. Voltmeter-AC (1 buah).
7. Amperemeter-AC (1 buah).
8. Millivoltmeter-DC (1 buah).
9. Kabel penghubung (1 buah).

4.2 Gambar Alat

—

4.3 Langkah Kerja

Gambar 1. Rangkaian alat stefan boltzmann

4.3.1 Merangkai alat sesuai gambar 1

4.3.1.1 Rangkaian I

1. Arus dari lampu keluar menuju amperemeter.
2. Dari amperemeter arus masuk ke regulator tegangan (dimmer).
3. Setelah keluar dari dimmer, arus masuk menuju ke voltmeter ac.
4. Arus yang diparalelkan pada voltmeter masuk pada lampu ke amperemeter.

nb: arus yang masuk pada multimeter, kabel penghubung dimasukkan pada lubang 'com'.

4.3.1.2 Rangkaian II

1. Hubungkan thermopile pada amplifier (sumber tegangan) dengan kabel penghubung, dengan menancapkan kabel pada lubang input pada amplifier.
2. Hubungkan juga amplifier dengan millivoltmeter (DC) dengan kabel penghubung, dari lubang output.

4.3.2 Menentukan nilai R_t

1. Set voltmeter (AC) dalam auto.
2. Set amperemeter (AC) dalam auto.
3. Putar perlahan dimmer hingga V_AC = 10 volt.
4. Catat nilai V_AC, V_DC, dan I_AC, hitung nilai R_t dan R₀ menggunakan Hukum Ohm dan hitung suhu nya menggunakan persamaan:
   
   \begin{equation} T = 273 + \frac{1}{2\beta}\left[\sqrt{\alpha^2 + 4\beta\left(\frac{R_t}{R_0}-1 \right)}-\alpha\right] \tag{1} \end{equation}

4.3.3 Menentukan nilai tetapan Boltzman

1. Tentukan jarak antara thermopile dan lampu.
2. Putar perlahan regulator tegangan (dimmer).
3. Variasikan nilai V_AC dengan selisih ± 10 volt, hingga lampu menyala maksimal.
4. Catat nilai V_AC, I_AC, V_DC di tiap variasi V_AC nya.
5. Buatlah grafik log V_DC dan log T sesuai dengan persamaan:
   
   \begin{equation} \log V_{DC} = 4 \log T + \mathrm{konstanta} \tag{2} \end{equation}
6. Buatlah tetapan konstanta Boltzman

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

Tabel 1. Data percobaan pengukuran V_AC, V_DC, dan I_AC

No.	VAC (volt)	IAC (ampere)	VDC (volt)
1	20,98	0,03736	0,1006
2	30,60	0,04200	0,1008
3	40,40	0,04260	0,1013
4	50,40	0,05040	0,1019
5	60,60	0,03440	0,1060
6	70,70	0,05790	0,1046
7	80,00	0,06140	0,1061
8	90,70	0,06510	0,1081
9	100,50	0,06830	0,1096
10	110,40	0,07160	0,1120
11	120,30	0,07460	0,1141
12	130,30	0,07760	0,1173
13	140,20	0,08650	0,1200
14	150,50	0,08350	0,1230
15	160,20	0,08600	0,1251
16	170,60	0,08880	0,1300
17	180,60	0,09140	0,1329
18	190,10	0,09390	0,1360
19	200,40	0,09630	0,1397
20	210,20	0,09870	0,1431
21	220,80	0,10130	0,1473

5.2 Analisa Data

Prinsip pada percobaan ini adalah menggunakan prinsip Hukum Botzmann yaitu yang menyatakan bahwa daya radiasi total yang dipancarkan akan bertambah ketika suhu bertambah. Apabila sebuah benda lebih panas daripada sekelilingnya, benda tersebut akan meradiasikan lebih banyak energi dibandingkan energi yang diserapnya dan suhunya akan menurun. Saat lampu wolfram tepat akan menyala, lampu wolfram mulai memancarkan cahaya tampak yang besarnya suhu ini akan diukur oleh thermopile. Apabila suhu terus naik, maka panjang gelombang akan memendek. Lampu wolfram yang semula menyala dengan warna merah tua, lama kelamaan akan menjadi warna kucing (karena panjang gelombangnya memendek) dan daya radiasinya semakin besar.

Rekomendasi Laporan lain:

• Laporan Lensa
• Laporan Interferensi dan Difraksi Cahaya
• Laporan Efek Fotolistrik

Prinsip kerja alat pada percobaan ini adalah dengan mengaliri arus listrik dari catu daya (sumber tegangan) ke sumber radiasi yaitu lampu wolfram yang tegangannya diukur oleh dimmer. Aliran arus listrik ini diukur oleh amperemeter (AC) yang dipasang secara seri dan tegangannya diukur oleh milivoltmeter (DC) dan voltmeter (AC) yang dipasang secara paralel. Ketika lampu wolfram menyala maka besarnya intensitas lampu ini ditangkap oleh alat pengukur suhu yaitu thermopile. Percobaan ini memvariasikan suhu (variabel bebas) dari lampu wolfram dengan cara mengatur tegangan V_AC pada dimmer. Sedangkan V_DC menjadi variabel terikat karena V_DC merupakan efek atau hasil dari variasi suhu tersebut. V_DC menjadi variabel terikat karena tegangannya konstan, sedangkan tegangan V_AC naik turun. Hal ini lah yang membuat V_AC menjadi pengatur atau yang mengendalikan suhu pada lampu wolfram, sehingga variabel suhu ini dapat divariasikan.

Pada tabel data percobaan 1 dapat dilihat bahwa data dari V_AC dan V_DC mengalami kenaikkan yang sama besar dengan setiap kenaikan I_AC, atau dapat dikatakan bahwa V_AC dan V_DC berbanding lurus dengan I_AC, hal ini sesuai dengan prinsip dari Hukum Ohm (V ~ I). Pada perhitungan didapatkan nilai R₀ sebesar 356,6667 Ω dan nilai R_t bervariasi antara 561,56 - 2179,66 Ω. Nilai suhu lampu wolfram yang didapatkan pada percobaan ini berkisar antara 281,86 - 300,14 K yaitu sekitar 8 - 27°C, hasil ini bersesuaian dengan suhu lampu wolfram (pijar) pada umumnya.

Dari percobaan ini juga dapat dilihat bahwa nyala lampu semakin terang seiring bertambahnya tegangan V_AC, hal ini sesuai dengan Hukum Stefan Boltzmann tentang hubungan fluks energi yang diubah menjadi tegangan listrik dengan suhu dipangkatkan 4 (V ~ T⁴). Hubungan antara R_t dengan T adalah nilai T akan semakin besar ketika R_t semakin besar (T ~ R_t) yaitu dengan meningkatkan nilai dari V_AC karena R_t berbanding lurus dengan V_AC. Hubungan R₀ dengan T adalah nilai T akan semakin besar ketika R₀ semakin kecil (T ~ 1/R₀) yaitu dengan menurunkan nilai dari V_DC karena R₀ berbanding lurus dengan V_DC. Kemudian data dari V_DC dan T ini diplot ke dalam grafik dengan log T sebagai variabel bebas (x) dan log V_DC sebagai variabel terikatnya (y) dengan persamaan garisnya sesuai dengan persamaan (2). Berikut ini adalah gambar grafiknya:

Gambar 2. Grafik hubungan log V_DC dengan log T

Pada literatur dari Fisika Dasar edisi 7 karya Serway Jewett dikatakan bahwa jika gradien atau slope pada grafik percobaan Hukum Stefan Boltzmann sama dengan 4 maka hukum Stefan Boltzmann terbukti kebenarannya. Pada percobaan ini didapatkan nilai gradiennya sebesar m_t = 0,351 dengan ketelitian 75,3%. Hasil ini sangat jauh dari nilai gradien atau slope pada literatur. Adanya perbedaan ini disebabkan oleh beberapa hal, yaitu pembacaan nilai (paralaks) pada voltmeter dan amperemeter yang kurang tepat, suhu ruang saat percobaan kurang diperhatikan, emisivitas wolfram yang kurang, beberapa alat yang umurnya sudah tua, dan proses perhitungan pada microsoft excel yang kurang cermat.

VI. Kesimpulan

1. Pengaruh antara R_t dan T adalah nilai T akan semakin besar ketika R_t semakin besar (T ~ R_t) yaitu dengan meningkatkan nilai dari V_AC karena R_t berbanding lurus dengan V_AC. Pengaruh R₀ dengan T adalah nilai T akan semakin besar ketika R₀ semakin kecil (T ~ 1/R₀) yaitu dengan menurunkan nilai dari V_DC karena R₀ berbanding lurus dengan V_DC.
2. Hukum Stefan-Boltzmann belum terbukti kebenarannya karena besarnya nilai gradien atau slope pada percobaan ini adalah sebesar 0,351 yang mana sangatlah jauh dari nilai slope pada grafik Hukum Stefan Boltzmann literatur yaitu sebesar 4.

VII. Daftar Pustaka

—

VIII. Bagian Pengesahan

—

IX. Lampiran