Konduktivitas Panas

PERCOBAAN 5

KONDUKTIVITAS PANAS

Disusun Oleh :

Ferdian Santa Limantara (6132073)

Johanes (6132083)

FAKULTAS TEKNIK

I. Tujuan

1. Memahami peristiwa perpindahan panas secara konduksi serta parameter-parameter yang mempengaruhinya

2. Menentukan konduktivitas panas bahan isolasi.

II. Dasar Teori

Konduktivitas atau keterhantaran termal (k) adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk mengahantarkan panas.

Konduktivitas termal adalah kuantitas panas yang ditransmisikan, karena satuan suhu gradien, dalam satuan waktu dalam kondisi yang stabil dalam arah normal ke permukaan satuan luas, ketika perpindahan panas hanya tergantung pada gradien suhu.

konduktivitas termal = laju aliran panas × jarak / (luas × perbedaan suhu). Besaran ini didefinisikan sebagai panas (Q) yang dihantarkan selama waktu t melalui ketebalan (L), dengan arah normal ke permukaan dengan luas A yang disebabkan oleh perbedaan suhu (ΔT) dalam kondisi tunak dan jika perpindahan panas hanya tergantung dengan perbedaan suhu tersebut.

Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis

Kapasitas kalor (C) merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co.

Q = C T

Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c :

Kalor jenis c merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co.

Q = m c T

Konduksi adalah proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan

partikel. Jika anda membiarkan sebuah panci logam dalam api untuk waktu yang cukup lama, maka pegangan dari panci tersebut akan menjadi panas. Energi ditransfer dari api ke pegangan secara konduksi (termal).

Untuk persamaan yang digunakannya adalah:

Keterangan Persamaan itu adalah : Q/t = laju perpindahan kalor(J/s)

k = konduktivitas termal bahan (W/m2 K) A = luas penampang bahan (m2)

∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K)

L = panjang atau tebal batang (m)

Untuk menghitung suhu sambungan pada dua benda kita gunakan:

Keterangan untuk rumus suhu dua sambungan tersebut: Ts = suhu sambungan

T1 = suhu ujung bebas benda 1 T2 = suhu ujung bebas benda 2 k1 = koefisien konduksi benda 1

k2 = koefisien konduksi benda 2 A1 = luas penampang benda 1 A2 = luas penampang benda 2 L1 = panjang benda 1

L2 = panjang benda 2

III. Alat dan Cara Kerja

Alat-alat yang diperlukan :

1. Statif percobaan konduktivitas 2. Ketel uap 3. Kompor listrik 4. Stop watch 5. Termometer (2 buah) 6. Mikrometer 7. Jangka sorong 8. Ketel air panas

9. Bahan uji (mika dan kaca)

Cara Kerja :

1. Plat bawah kuningan ditimbang dan massa serta kalor jenis plat kuningan ditimbang.

2. Tebal serta diameter masing-masing bahan uji diukur (mika dan kaca). 3. Ketel diisi dengan air hingga volume ketel ¾ dari volume ketel.

4. Ketel yang berisi air panas dipanaskan. Uap dari ketel air panas disalurkan dengan selang ke ketel uap yang disebut juga plat atas.

5. Termometer yang ditancapkan pada ketel uap akan mengukur suhu pada air yang mendidih pada ketel air panas .Suhu sekitar 90-95oC (T2o).

6. Plat bawah yang telah ditancapkan thermometer pada statif dipanaskan, dilanjutkan dengan bahan uji diletakkan diatas plat bawah kuningan.

8. Waktu yang diperlukan untuk kenaikan dicatat 1oC . Percobaan ini dulakukan hingga suhu 50oC untuk bahan uji mika dan 60oC untuk bahan uji kaca.

9. Melakukan langkah yang sama untuk bahan uji yang berbeda.

IV. Data Hasil Pengukuran

Massa plat bawah kuningan : m = 449 gr Kalor jenis kuningan : c =0.094 kal/groC

Bahan Uji: 1(mika) 2(kaca)

Tebal : x = 4.95 mm Tebal : x = 4.72 mm

= 0.495 cm = 0.472 cm

Suhu awal = suhu kamar : T2o = 28oC Suhu plat atas T1 = 89oC Tabel hasil pengukuran

Untuk bahan uji 1 : mika

Untuk bahan uji : kaca Diameter (d) (cm) Diameter (d) (cm) d1 d2 d3 d1 d2 d3 11.35 11.25 11.50 11.50 11.50 11.75 suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) 29 3,08 40 367,77 29 2,65 45 127,61 30 7,91 41 403,89 30 7,52 46 139,46 31 14,55 42 449,80 31 11,43 47 149,68 32 40,64 43 494,67 32 17,15 48 159,65 33 74,86 44 540,61 33 23,71 49 171,80 34 105,45 45 586,96 34 32,08 50 183,05 35 159,64 46 639,23 35 37,24 51 194,43 36 195,70 47 688,27 36 45,08 52 208,74 37 243,30 48 751,52 37 52,11 53 222,40 38 285,17 49 799,52 38 60,18 54 236,46 39 323,58 50 860,27 39 75,52 55 252,26 40 83,83 56 265,80

41 91,49 57 273,61 42 100,93 58 300,99 43 109,49 59 310,26 44 118,69 60 324,72 V. Analisa Data H = - K.A ... (1) _{... (2)} ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] [ ] Sehingga : Y = Bx X = [ ] Y = t B =

a) Menghitung konduktivitas mika

suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) (Y) (T1-T2)/(T1-T2º) X=-ln[(T1-T2)/(T1-T2º)] X² X.Y

29 3,08 0,984 0,02 0,00026 0,05 30 7,91 0,968 0,03 0,00108 0,26 31 14,55 0,952 0,05 0,00246 0,72 32 40,64 0,935 0,07 0,00445 2,71 33 74,86 0,919 0,08 0,00707 6,29 34 105,45 0,903 0,10 0,01036 10,73 35 159,64 0,887 0,12 0,01435 19,13 36 195,70 0,871 0,14 0,01909 27,04

Menentukan B dari suhu 34o Y = BX t = B. [ ] B = [ ] = =1054,5 B = 1054,5 = K = 0,0009 [kal.cm/det.oC]

Menghitung nilai A (kalkulator) A ∑ _∑ ∑ ∑ ∑ _{(∑ )} A _{( )} A = A = -86,62 Y = BX+A Y = 1054,5X – 86,62 37 243,30 0,855 0,16 0,02460 38,16 38 285,17 0,839 0,18 0,03094 50,16 39 323,58 0,823 0,20 0,03815 63,20 40 367,77 0,806 0,22 0,04627 79,11 41 403,89 0,790 0,24 0,05537 95,04 42 449,80 0,774 0,26 0,06550 115,12 43 494,67 0,758 0,28 0,07672 137,02 44 540,61 0,742 0,30 0,08910 161,37 45 586,96 0,726 0,32 0,10270 188,10 46 639,23 0,710 0,34 0,11761 219,22 47 688,27 0,694 0,37 0,13391 251,86 48 751,52 0,677 0,39 0,15168 292,69 49 799,52 0,661 0,41 0,17103 330,65 50 860,27 0,645 0,44 0,19207 377,02

b) Menghitung konduktivitas Kaca suhu [°C] (T2) Waktu [s] (t) (Y) (T1-T2)/(T1-T2º) X=-ln[(T1-T2)/(T1-T2º)] X² X.Y 29 2,65 0,984 0,02 0,00026 0,04 30 7,52 0,968 0,03 0,00108 0,25 31 11,43 0,952 0,05 0,00246 0,57 32 17,15 0,935 0,07 0,00445 1,14 33 23,71 0,919 0,08 0,00707 1,99 34 32,08 0,903 0,10 0,01036 3,27 35 37,24 0,887 0,12 0,01435 4,46 36 45,08 0,871 0,14 0,01909 6,23 37 52,11 0,855 0,16 0,02460 8,17 38 60,18 0,839 0,18 0,03094 10,59 39 75,52 0,823 0,20 0,03815 14,75 40 83,83 0,806 0,22 0,04627 18,03 41 91,49 0,790 0,24 0,05537 21,53 42 100,93 0,774 0,26 0,06550 25,83 43 109,49 0,758 0,28 0,07672 30,33 44 118,69 0,742 0,30 0,08910 35,43 45 127,61 0,726 0,32 0,10270 40,90 46 139,46 0,710 0,34 0,11761 47,83 47 149,68 0,694 0,37 0,13391 54,77 48 159,65 0,677 0,39 0,15168 62,18 y = 2119.4x - 86.486 R² = 0.9964 -200.00 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 -l n [(T1 -T2)/( T1 -T2 °)] Waktu (s)

Grafik Waktu terhadap

-Ln[(T1-T2)/(T1-T2ᵒ)]

49 171,80 0,661 0,41 0,17103 71,05 50 183,05 0,645 0,44 0,19207 80,22 51 194,43 0,629 0,46 0,21490 90,13 52 208,74 0,613 0,49 0,23966 102,19 53 222,40 0,597 0,52 0,26648 114,81 54 236,46 0,581 0,54 0,29552 128,54 55 252,26 0,565 0,57 0,32694 144,24 56 265,80 0,548 0,60 0,36093 159,69 57 273,61 0,532 0,63 0,39769 172,55 58 300,99 0,516 0,66 0,43745 199,07 59 310,26 0,500 0,69 0,48045 215,06 60 324,72 0,484 0,73 0,52698 235,73

Menentukan B dari suhu 34o :

Y = BX t = B. [ ] B = [ ] = = 320,8 B = 539.1 = K = 0.003[kal.cm/det.oC] Menghitung nilai A (kalkulator)

A ∑ _∑ ∑ ∑ ∑ _{(∑ )} A _{( )} A = A = -16,47 Y = BX+A Y = 539.1X - 16,47

VI. Pembahasan

Konduktivitas termal adalah kuantitas panas yang ditransmisikan, karena satuan suhu gradien, dalam satuan waktu dalam kondisi yang stabil dalam arah normal ke permukaan satuan luas, ketika perpindahan panas hanya tergantung pada gradien suhu.

Percobaan konduktivitas panas dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter yang mempengaruhi konduktivitas panas dan untuk menentukan nilai konduktivitas bahan isolasi. Percobaan ini dilakukan dengan memanaskan ketel yang berisi air panas, ketel panas tersebut terhubung dengan ketel uap melaluI selang. Selang tersebut berguna untuk memindahkan uap air dari ketel air panas yang mendidih. Termometer yang ditancapkan pada ketel uap akan mengukur suhu konstan air yang mendidih pada ketel air panas (T1). Tidak lupa kita juga harus mengetahui suhu ruangan (T2o) untuk mengetahui pada mula-mula suhu berapa waktu diukur. Bahan uji diletakan diantara ketel uap dan plat kuningan. Termometer yang diletakkan pada plat kuningan akan mengukur waktu yang diperlukan bahan uji untuk menghantarkan panas dari ketel sampai suhu yang diinginkan. Dengan percobaan tersebut kita dapat mengetahui konduktivitas dari masing masing bahan uji. Tergantung pada parameter-parameter yang mempengaruhinya. Berdasarkan hasil percobaan,

y = 463.87x - 16.271 R² = 0.9979 -50.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 -l n [(T1 -T2/(T1 -T2 °)] Waktu (s)

Grafik Waktu terhadap

-Ln[(T1-T2)/(T1-T2ᵒ)]

vitas yaitu tebal masing-masing bahan uji, koefisien konduktivitas dari setiap bahan uji, suhu dari ketel uap itu sendiri, suhu ruangan, dan suhu dari setiap bahan uji.

Dari percobaan tersebut diperoleh koefisien konduktivitas dari bahan uji mika yaitu 0,0009 [kal.cm/det.oC]. Dan konduktivitas bahan uji kaca diperoleh sebesar 0.003 [kal.cm/det.oC].

VII. Kesimpulan

1. Parameter-parameter yang mempengaruhi kuantitas konduktivitas panas antara lain adalah tebal masing-masing bahan uji,koefisien konduktivitas dari setiap bahan uji,suhu dari ketel uap itu sendiri,suhu ruangan,dan suhu dari setiap bahan uji.

2. Konduktivitas dari bahan uji mika adalah 0,0009[kal.cm/det.oC] dan konduktivitas dari bahan uji kaca adalah 0.003 [kal.cm/det.oC].

VIII. Daftar Pustaka

http://prada-na.blogspot.com/2013/01/laporan-sifat-konduktivitas-thermal_16.html

http://garda-pengetahuan.blogspot.com/2013/10/pengertian-perpindahan-kalor-secara.html