HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.3. Penentuan Nilai Kalor Jenis Batu Bata
Bagian grafik yang diblock pada gambar grafik 4.4 merupakan daerah yang menunjukkan kenaikan suhu yang belum stabil dan data dari daerah yang diblock tersebut akan dimasukkan kedalam tabel.
Gambar 4.4. Grafik hubungan perbedaan suhu pada titik T2 dan T1 terhadap Waktu pada Batu Bata Merah Oven ( dx = (4,9 ± 0,1) 10-2 m), A=(25,0 ±
0,4) 10-2 m2)) yang dipanasi menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya
Listrik (2,6 ± 0,3) watt selama 6 Jam, beserta Daerah Kurva yang belum landai.
Data-data nilai perbedaan suhu dan waktu terjadinya perbedaan suhu yang didapatkan dari kurva grafik 4.4, dimasukkan kedalam tabel hubungan perbedaan suhu terhadap kalor yang digunakan elemen pemanas yang diberi daya listrik dan waktu tertentu pada batu bata terdapat pada lampiran 3. Data tersebut digunakan untuk membuat grafik hubungan kalor terhadap perbedaan suhu. Nilai kalor (Q) yang diperoleh pada tabel merupakan energi panas yang didapatkan dari hasi kali daya listrik (P) dan waktu pemanasan (t).
Nilai dari gradien grafik inilah yang kita gunakan untuk menghitung nilai kalor jenis batu bata merah oven menggunakan persamaan (2.3) dan (3.8)
Gambar 4.5. Grafik hubungan kalor terhadap perbedaan suhu rata-rata pada titik T2 dan T1 pada Batu Bata Merah Oven ( dx =(4,9 ± 0,1) 10-2 m),
A=(25,0 ± 0,4) 10-2 m2)) yang dipanasi menggunakan Elemen Pemanas
dengan Daya Listrik (2,6 ± 0,3) watt.
Nilai gradien yang diperoleh dari grafik perubahan suhu terhadap Kalor pada gambar 4.5. adalah:
n = ( 175,3) Joule/
Nilai gradien yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis batu bata dengan persamaan (3.9). Melalui persamaan ini dapat diketahui nilai kalor jenis batu bata merah oven yang dipanasi menggunakan daya listrik sebesar (2,6 ± 0,3) watt adalah:
c =
c
= 438,2 J/kgSetalah memperoleh nilai kalor jenis batu bata merah oven dengan menggunakan daya listrik sebesar (2,6 ± 0,3) watt, selanjutnya dengan menggunakan persamaan yang sama kita dapat mencari nilai kalor jenis untuk daya listrik lainnya. Data-data tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2. berikut:
Tabel 4.2. Hubungan Kalor Jenis Batu Bata Merah Oven terhadap Daya Listrik yang digunakan Elemen Pemanas
No Daya Listrik (watt) Kalor Jenis (J/kg 0C) 1 2,6 ± 0,3 438,2 2 4,2 ± 0,3 438,0 3 6,0 ± 0,3 438,0 Rata-rata 438,1
Nilai kalor jenis pada masing-masing daya listrik pada tabel merupakan hasil yang diperoleh dari nilai gradien masing-masing grafik dan hasil perhitungan menggunakan persamaan ((3.8). Data lengkapnya dapat dilihat pada lampiran 3. Nilai rata-rata pada tabel 4.2. adalah nilai kalor jenis batu bata merah dari keseluruhan daya listrik yang digunakan pada penelitian ini. Melalui perhitungan diperoleh nilai kalor jenis batu bata merah oven sebesar 438,1 J/kg . Nilai ketidakpastian dari kalor jenis dapat diperoleh dengan perhitungan berikut:
=
= 0,07
= 0,1
Dari hasil perhitungan diperoleh nilai kalor jenis batu bata beserta nilai ketidakpastiannya adalah:
c = (438,1 ± 0,1) J/kg
4.2. Pembahasan
Konduktivitas adalah kemampuan benda dalam menghantarkan panas/kalor (Suparno, 2009). Kalor merupakan energi yang dapat berpindah dari suatu benda ke benda yang lain. Kalor dapat dipindahkan dengan tiga cara yaitu: konduksi/hantaran, konveksi/aliran dan radiasi/pancaran. Penelitian ini berfokus pada perpindahan kalor secara konduksi/hantaran. Konduksi adalah perpindahan kalor melalui pada benda tanpa disertai perpindahan bagian-bagian benda tersebut, jadi pada intinya yang berpindah hanya kalornya bukan bendanya. Syarat utama agar terjadinya perpindahan kalor secara konduksi ialah adanya perbedaan suhu pada benda.
Penelitian ini menggunakan sensor suhu Stainless Steel Temperature Probe untuk menentukan nilai perbedaan suhu pada batu bata. Stainless Steel Probe Temperature memiliki batas ukur suhu mulai dari -40 hingga 135 (-400 hingga 275 ). Resolusi yang dimiliki oleh sensor suhu adalah 0,17 pada suhu -40 sampai 0 , 0,003 pada suhu 0 sampai
40 , 0,1 pada suhu 40 sampai 100 , dan 0,25 pada suhu 100
sampai 135 . Suhu maksimum yang dapat ditoleransi oleh sensor tanpa
kerusakan adalah 150 . Elemen pemanas yang digunakan disini adalah
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah batu bata merah oven. Batu bata ini banya digunakan dalam pembangunan baik itu perumahan maupun pertokoan. Alasan batu bata masih banyak menjadi pilihan masyarakat karena batu bata merupakan material yang dapat menahan panas dengan baik dan lambat dalam menghantarkannya, tidak mudah terbakar, warna yang menarik dan harga yang ekonomis. Ada dua jenis batu bata merah yang beredar di masyarakat yaitu bata merah biasa dan bata merah oven. Bahan dasar pembuatan batu bata ini sama tetapi yang membedakannya adalah proses produksinya, dimana untuk bata merah biasa masih menggunakan metode yang lama yaitu dibentuk dan dicetak langsung oleh manusia sedangkan untuk bata merah oven dibentuk dan dicetak menggunakan mesin. Proses produksinya yang berbeda menghasilkan hasil yang berbeda juga, hal dapat dilihat dari warna, tingkat kerapatan dan harga dari bata tersebut.
Dalam menentukan nilai koefisien konduktivitas termal batu bata merah oven kita perlu mengetahui massa dari batu bata yang digunakan, luas permukaan arah aliran kalor pada batu bata dan panjang batu bata dimana besaran-besaran ini akan digunakan saat proses analisis data sedangkan untuk perbedaan suhunya akan diperoleh selama penelitian berlangsung. Batu bata yang digunakan dalam penelitian ini berukuran 5 x 10 x 5,2 cm3, batu bata kemudian dililiti dengan elemen pemanas pada salah satu sisi yang sudah ditentukan. Elemen pemanas yang digunakan adalah kawat nikelin yang berfungsi untuk memanaskan batu bata. Pada saat melilitikan elemen pemanas dipastikan tidak ada lilitan yang saling menumpuk dan berhimpit harus ada jaraknya, hal ini dilakukan sehingga arus dan tegangan yang diberikan dapat teraliri dengan baik. Setelah itu sensor suhu diletakan pada masing-masing sisi batu bata yang telah ditentukan. Kemudian menghubungkan tegangan dari catu daya menuju elemen pemanas dan amperemeter lalu arus dari amperemter juga dihubungkan pada elemen pemanas yang dililitkan pada salah satu sisi batu bata. Dalam
penelitian ini alat dan bahannya dirangkai secara seri dan arus yang digunakan adalah arus DC.
Perubahan suhu pada titik T2 (sisi batu bata yang dililiti elemen pemanas) dan titik T1 (sisi lain batu bata yang tidak dililiti elemen pemanas) dimonitor oleh sensor suhu yang terhubung dengan aplikasi Logger Pro yang akan terbaca pada Laptop yang telah terhubung. Sensor suhu dan aplikasi Logger Pro akan terus memonitor hingga batas waktu yang telah ditentukan. Dari hasil perekaman seperti yang gambar grafik 4.1. terlihat bahwa lama kelamaan bentuk kedua grafik terlihat saling sejajar, pada keadaan tersebut dikatakan bahwa kedua suhu telah mencapai keadaan setimbang. Pada saat pengambilan data tidak hanya terjadi perpindahan kalor secara konduksi tetapi juga perpindahan kalor secara konveksi. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi antara udara di dalam ruangan dengan udara di luar ruangan laboratorium, walaupun nilainya tidak terlalu besar tetapi pada saat itu terjadi perpindahan panas secara konveksi.
Eksperimen pendahuluan sangat penting dilakukan untuk meminimalisir input-input pengganggu yang mungkin muncul saat melakukan eksperimen. Penelitian ini menggunakan dua buah sensor suhu yang berfungsi untuk memonitor perbedaan suhu pada titik T2 dan titik T1
yang diletakkan dimasing-masing sisi batu bata. Nilai dari perbedaan suhu pada masing-masing titik inilah yang akan diolah untuk menentukan nilai koefisien konduktivitas termal batu bata merah oven. Tegangan dari catu daya akan diteruskan ke amperemeter, amperemeter berfungsi untuk menunjukkan besarnya kuat arus yang digunakan dalam rangkaian. Arus listrik yang dialiri pada elemen pemanas yang telah dililitkan disalah satu sisi batu bata ini menyebabkan terjadinya aliran kalor. Kemudian nilai tegangan dan kuat arus yang terlihat pada amperemter dan catu daya dicatat karena akan digunakan dalam perhitungan daya listrik yang digunakan dalam eskperimen. Daya listrik yang digunakan menunjukkan besarnya energi yang diberikan elemen pemanas tiap satu satuan waktu,
hal ini juga yang mempengaruhi nilai perbedaan suhu pada masing-masing titik untuk setiap nilai daya listriknya. Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali dengan nilai tegangan dan arus yang berbeda.
Nilai koefisien konduktivitas termal batu bata merah oven ditentukan melalui data perbedaan suhu dari titik T2 dan titik T1 saat keadaan konduksi telah stabil. Dari data perbedaan suhu ini kemudian dibuat grafik hubungan antara perbedaan suhu terhadap daya listrik, grafik yang dihasilkan adalah grafik linear. Dari grafik perbedaan suhu terhadap daya listrik akan diperoleh nilai gradiennya, dimana nilai gradien tersebut akan digunakan dalam persamaan (3.3) untuk mencari nilai koefisien konduktivitas termal.
Dari hasil perhitungan, didapatkan nilai koefisien konduktivitas termalnya sebesar (0,36 ± 0,12) 10-1 W/m . Seperti yang telah dijelasakan pada dasar teori bahwa semakin besar nilai k suatu benda maka benda tersebut merupakan konduktor (penghantar panas) yang baik begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai k suatu benda maka benda tersebut tergolong sebagi konduktor yang kurang baik. Penelitian lain yang telah menentukan nilai k dari batu bata adalah penelitian yang dilakukan oleh T Ficker. Nilai k yang didapatkan pada penelitian tersebut adalah (0,81 ± 0,02) W/m .
Nilai k yang diperoleh dalam penelitian ini dan penelitian yang telah dilakukan berbeda tetapi nilai yang diperoleh dalam penelitian ini berada dalam rentang data nilai k untuk berbagai jenis bahan pada tabel 1.1 nomor 4 sebesar 0,034 – 2,6 W/m . Namun dapat disumpulkan bahwa batu bata
merupakan salah satu benda yang tergolong dalam isolator yang baik karena nilai k yang kecil.
Data rata-rata perubahan suhu yang digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis batu bata adalah dari daerah yang kurva grafiknya mengalami kenaikan suhu secara linear. Hal ini dikarenakan pada daerah tersebut mudah untuk melihat kenaikan suhu sebesar 1 . Nilai kalor jenis
ditentukan melalui nilai gradien grafik hubungan perbedaan suhu rata-rata di titik T2 dan titik T1 terhadap kalor. Grafik hubungan perbedaan suhu rata-rata dititik T2 dan titik T1 terhadap kalor yang dibuat memiliki bentuk linear. Hal ini sesuai dengan persamaan (2.3) yang menyatakan bahwa nilai kalor berbanding lurus dengan niai perubahan suhu. Dari perhitungan didapatkan nilai kalor jenis batu bata merah oven adalah (438,1 ± 0,1) J/kg . Dari tabel 4.2. hubungan kalor jenis batu bata merah oven
terhadap daya listrik dapat dilihat bahwa nilai kalor jenis semakin kecil saat daya yang diberikan semakin besar, walaupun pengurangannya relatif kecil.
Penelitian ini mengandalkan sensor suhu serta software Logger Pro sebagai pengganti termometer air raksa. Penggunaan sensor suhu dan software Logger Pro sangat membantu hal ini dapat dibandingkan dengan prosedur praktikum termofisika. Dari segi prosedur sangat sederhana, ketelitian yang lebih baik dan dapat mempermudah pengguna dalam mengolah data karena diengkapi dengan persamaan-persamaan fisika. Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan dan bidang penelitian. Untuk bidang pendidikan diharapkan para guru dapat menjadikan metode ini sebagai bahan ajar dikelas sehingga siswa dapat mengetahui penggunaan peralatan-peralatan yang berbasis komputer seperti Logger Pro dan untuk tingkat perguruan tinggi metode ini dapat digunakan untuk menentukan nilai koefisien konduktivitas termal bahan konduktor dan isolator lainnya. Penelitian ini juga diharapkan mampu membantu peserta didik untuk lebih memahami tentang materi kalor dan perpindahan kalor.
41