i
RADIASI DENGAN VARIASI BEDA PERLAKUAN PERMUKAAN SPESIMEN UJI
SKRIPSI
Diajukan dalam rangka menyelesaikan Studi Strata 1 untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan
Disusun oleh :
Nama : Kharis Burhani NIM : 5201410063
Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin Jurusan : Teknik Mesin
FAKULTAS TEKNIK
iv ABSTRAK
Kharis Burhani. 2015. Pengembangan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji. Skripsi. Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji dan untuk mengetahui validitas media pembelajaran yang dikembangkan. Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian pengembangan dengan desain penelitian ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation and Evaluation). Bahan penelitian pengembangan ini adalah media pembelajaran perpindahan panas radiasi yang berupa alat peraga dan modul. Responden dalam penelitian ini adalah ahli media pembelajaran, ahli materi perpindahan panas dan mahasiswa peserta mata kuliah perpindahan kalor dasar yang akan menilai kelayakan media pembelajaran yang dikembangkan. Teknik pengumpulan data yang digunakan adalah observasi, angket/kuesioner dan dokumentasi. Tahap analisis data yang digunakan pada penelitian ini menggunakan teknik deskripsi persentase. Hasil pengujian rata-rata laju perpindahan panas radiasi oleh alat peraga dari spesimen alumunium dicat warna hitam doff (Al-Black) adalah 7,12 W, spesimen aluminium dicat warna putih (Al-White) sebesar 7,03 W, spesimen aluminium dengan permukaan kasar (Al-Roughing) sebesar 0,52 W, dan spesimen aluminium dengan permukaan dipoles (Al-Polishing) sebesar 0,29 W. Berdasarkan hasil validasi, didapatkan data bahwa persentase validitas media pembelajaran yang dikembangkan menurut ahli media adalah sebesar 94,64 % dengan kriteria sangat baik. Sedangkan menurut ahli materi perpindahan panas, validitas media pembelajaran yang dikembangkan adalah sebesar 81,54 % dengan kriteria sangat baik. Hasil uji coba penggunaan media pembelajaran yang dikembangkan terhadap mahasiswa mendapatkan perolehan persentase sebesar 84,11 % dengan kriteria sangat baik. Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa media pembelajaran perpindahan panas radiasi yang dikembangkan telah memenuhi kriteria valid. Disarankan kepada pengajar mata kuliah perpindahan panas untuk memanfaatkan media pembelajaran yang dikembangkan pada pembelajaran mata kuliah perpindahan panas.
v
Barang siapa yang menginginkan (kebahagiaan) dunia, maka harus dengan ilmu, barang siapa yang menginginkan kebahagiaan akherat, maka haruslah dengan ilmu, dan barang siapa yang menginginkan (kebahagiaan) keduanya, maka haruslah dengan ilmu (Al-hadist).
Pemenang bukan mereka yang tidak pernah gagal, melainkan mereka yang tidak pernah berhenti mencoba.
Waktu adalah aset paling berharga yang kita miliki.
PERSEMBAHAN
Saya persembahkan karya ini untuk:
1. Ayah dan Ibu tercinta, yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan motivasi untuk selalu menjadi yang terbaik.
2. Nenekku.
3. Kakakku, yang selalu memberi dukungan serta arahan yang baik bagiku.
4. Sahabat-sahabatku Riwan, Gigih, Dul, Sigit, Amin, Asfal, Arif, Totok, Maul, Agus dan Heri.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkat, rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dapat diselesaikan skripsi dengan judul
“Pengembangan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji” dalam rangka menyelesaikan studi Strata Satu untuk mencapai gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
Skripsi ini dapat diselesaikan berkat bimbingan, motivasi dan bantuan semua pihak. Oleh karena itu dengan rendah hati disampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini, antara lain:
1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. 2. Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.
3. Drs. Ramelan, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, arahan, motivasi, saran dan masukan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Drs. Winarno Dwi Rahardjo, M.Pd., selaku penguji I yang telah memberikan banyak arahan, saran serta masukan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Dr. Basyirun, M.T., selaku penguji II yang telah memberikan banyak saran dan masukan.
6. Teman-teman Program Studi Pendidikan Teknik Mesin S1 angkatan 2010, yang telah memberikan motivasi, saran dan masukan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Semua pihak yang telah memberikan motivasi, saran dan masukan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
vii
viii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1
BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Kajian Teori ... 10
1. Media Pembelajaran ... 10
2. Alat Peraga ... 12
3. Perpindahan Panas dan Radiasi Termal ... 13
B. Kajian Hasil Penelitian yang Relevan ... 28
C. Kerangka Pikir Penelitian ... 32
D. Pertanyaan Penelitian ... 34
BAB III METODE PENELITIAN A. Jenis Penelitian ... 35
B. Prosedur Penelitian ... 35
1. Analysis (Analisis) ... 37
2. Design (Perancangan) ... 38
ix
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A.Hasil Penelitian ... 56
1. Data Hasil Pengujian Spesimen Uji dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan pada Alat Peraga Perpindahan Panas Radiasi ... 48
2. Data Laju Perpindahan Panas Radiasi pada Pengujian Spesimen Uji dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji ... 60
3. Data Hasil Validasi Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji ... 65
4. Hasil Uji Coba Penggunaan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi pada Mata Kuliah Perpindahan Kalor Dasar ... 80
B.Pembahasan ... 84
1. Kajian Hasil Pengujian Laju Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji ... 84
2. Kajian Tahapan Pengembangan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan Spesimen Uji ... 90
x
C.Keterbatasan Penelitian ... 97 BAB V SIMPULAN DAN SARAN
xi
Gambar 3. Refleksi spekular dan refleksi baur ... 19
Gambar 4. Faktor geometri untuk piringan sejajar (parallel disks) ... 24
Gambar 5. Diagram alir penelitian ... 36
Gambar 6. Bagan kerja peraga perpindahan panas secara radiasi ... 40
Gambar 7. Grafik kenaikan suhu penerima panas pada alat peraga ... 57
Gambar 8. Grafik laju perpindahan panas radiasi pada pengujian spesimen ... 61
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Total normal emisivitas aluminium ... 21
Tabel 2. Nilai emisivitas cat pada permukaan logam ... 21
Tabel 3. Isi materi modul perpindahan panas radiasi ... 39
Tabel 4. Responden penelitian ... 45
Tabel 5. Kisi-kisi instrumen validasi peraga untuk ahli media pembelajaran ... 46
Tabel 6. Kisi-kisi instrumen validasi modul untuk ahli media pembelajaran ... 46
Tabel 7. Kisi-kisi instrumen validasi peraga untuk ahli materi ... 47
Tabel 8. Kisi-kisi instrumen validasi modul untuk ahli materi ... 48
Tabel 9. Kisi-kisi angket tanggapan mahasiswa terhadap alat peraga ... 49
Tabel 10. Kisi-kisi angket tanggapan mahasiswa terhadap modul ... 49
Tabel 11. Range skor penilaian dan kriteria penilaian kualitatif ... 52
Tabel 12. Range persentase dan kriteria kualitatif ... 55
Tabel 13. Hasil pengukuran kenaikan suhu penerima panas ... 57
Tabel 14. Rerata laju perpindahan panas radiasi pada spesimen ... 60
Tabel 15. Ahli media untuk validasi modul ... 67
Tabel 16. Hasil validasi modul perpindahan panas radiasi oleh ahli media ... 67
Tabel 17. Ahli media untuk validasi alat peraga ... 69
Tabel 18. Hasil validasi alat peraga perpindahan panas radiasi ahli media ... 72
Tabel 19. Ahli materi untuk validasi modul perpindahan panas ... 73
Tabel 20. Tabel hasil validasi modul untuk ahli materi ... 74
Tabel 21. Ahli materi untuk validasi alat peraga ... 76
Tabel 22. Tabel hasil validasi alat peraga untuk ahli materi ... 77
Tabel 23. Skor perolehan tanggapan mahasiswa terhadap modul ... 81
Tabel 24. Skor perolehan tanggapan mahasiswa terhadap alat peraga ... 83
Tabel 25. Hasil pengukuran kenaikan suhu benda hitam dan emisivitas ... 85
Tabel 26. Laju perpindahan panas rata-rata selama 20 menit ... 88
xiii
Lampiran 3. RPP Radiasi pada Uji Coba Penggunaan Media Pembelajaran Lampiran 4. Modul Perpindahan Panas Radiasi
Lampiran 5. Buku Manual Alat Peraga Perpindahan Panas Radiasi Lampiran 6. Data Subjek Uji Coba Penggunaan Media Pembelajaran Lampiran 7. Presensi Uji Coba Penggunaan Media Pembelajaran Lampiran 8. Hasil Angket Tanggapan Mahasiswa
Lampiran 9. Soal Uji Pemahaman Lampiran 10. Hasil Uji Pemahaman Lampiran 11. Dokumentasi Penelitian
Lampiran 12. Angket Kelayakan Modul untuk Ahli Media Pembelajaran Lampiran 13. Angket Kelayakan Modul untuk Ahli Materi
Lampiran 14. Angket Kelayakan Alat Peraga untuk Ahli Media Pembelajaran Lampiran 15. Angket Kelayakan Alat Peraga untuk Ahli Materi
Lampiran 16. Angket Tanggapan Mahasiswa
Lampiran 17. Surat Keterangan Validasi Modul Perpindahan Panas Radiasi Lampiran 18. Surat Keterangan Validasi Alat Peraga Perpindahan Panas Radiasi Lampiran 19. Surat Keterangan Uji Coba Media Pembelajaran pada Mata Kuliah
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Di era modernisasi, kemajuan teknologi informasi memberikan pengaruh yang cukup besar terhadap proses pembelajaran di kelas. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan banyak berkembangnya media pembelajaran yang mendukung teknologi informatika dan komputer dalam pembelajaran. Sudah menjadi hal wajar jika proses belajar mengajar di kelas telah menggunakan berbagai macam kecanggihan teknologi seperti komputer dan juga internet.
Penggunaan komputer sebagai media pembelajaran tentunya akan memberikan kemudahan dalam proses pembelajaran. Namun perlu diperhatikan juga, bahwa tidak semua materi pembelajaran dapat disampaikan menggunakan komputer. Ada beberapa materi pembelajaran yang akan lebih baik disampaikan dengan menggunakan alat peraga. Terutama untuk materi pembelajaran yang berhubungan dengan hal-hal yang bersifat praktis dan kompleks.
12%. Pernyataan tersebut menjelaskan bahwa penggunaan media pembelajaran yang bersifat visual memiliki tingkat persentase keberhasilan yang lebih besar jika dibandingkan dengan media pembelajaran non visual. Alat peraga pendidikan merupakan salah satu media pembelajaran visual yang keberadaannya dapat membantu pengajar dalam menyampaikan materi yang dipelajari oleh peserta didik. Media pembelajaran berupa alat peraga ini merupakan suatu bagian integral dalam proses pembelajaran. Pengajar tidak hanya dapat merumuskan kegiatan belajar mengajar, mengelola kelas, atau metode pembelajaran, akan tetapi dituntut untuk dapat memilih dan menerapkan media yang sesuai dengan materi yang akan disampaikan dengan tujuan yang ingin dicapai (Wicaksono, dkk, 2012: 51).
Perpindahan panas (heat transfer) merupakan disiplin ilmu yang mempelajari bagaimana panas dapat berpindah dari suatu benda ke benda lainnya melalui berbagai macam medium perambatan. Panas dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain akibat adanya perbedaan suhu. Dalam ilmu perpindahan panas, dikenal 3 (tiga) proses perpindahan panas dilihat dari medium perambatannya, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
3
gelombang elektromagnetik. Panas matahari yang sampai ke bumi merupakan salah satu contoh nyata bentuk perpindahan panas secara radiasi. Meskipun jarak antara matahari dan bumi sangat jauh serta dipisahkan oleh ruang hampa, panas matahari tetap dapat sampai ke bumi melalui pancaran.
Laju perpindahan panas radiasi suatu benda dipengaruhi oleh beberapa hal. Koestoer (2002: 184) menjelaskan bahwa laju energi yang dipindahkan tergantung kepada beberapa faktor yaitu temperatur permukaan yang mengemisi dan menerima radiasi, emisivitas permukaan yang teradiasi, refleksi, absorpsi dan transmisi, serta faktor pandang (view’s factor) antara permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi. Salah satu hal yang berpengaruh terhadap laju perpindahan panas secara radiasi adalah kondisi permukaan benda yang memancarkan dan menerima radiasi. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat permukaan benda berpengaruh langsung terhadap emisivitas (daya pancar) benda tersebut. Dengan kata lain, kekasaran permukaan, pelapisan serta perlakuan permukaan terhadap suatu benda akan berpengaruh terhadap proses laju perpindahan panas yang terjadi antara dua benda yang bertukar panas.
jika dibandingkan dengan warna lain. Pemilihan bahan dan karakteristik suatu permukaan dapat diperhitungkan dengan baik pada pembuatan panel surya. Selain itu, pemahaman tentang pengaruh perbedaan perlakuan permukaan terhadap perpindahan panas radiasi juga dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam mendesain dan membuat peralatan/mesin yang berhubungan dengan panas/kalor. Dengan mengetahui pengaruh tersebut, maka pemilihan bahan dan perlakuan permukaan pada peralatan/mesin yang didesain dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang ingin dicapai.
Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang, merupakan salah satu jurusan yang terdapat mata kuliah perpindahan panas. Mata kuliah perpindahan panas ini memiliki bobot 2 sks dan wajib diikuti oleh semua mahasiswa jurusan teknik mesin. Menurut pengalaman yang dialami oleh penulis selama mengikuti mata kuliah perpindahan panas, penyampaian materi perpindahan panas secara radiasi masih terbatas hanya pada pengenalan dan juga perhitungan-perhitungan dasar saja. Dalam penyampaian materi, pengajar lebih banyak menggunakan media papan tulis, LCD proyektor untuk presentasi, serta tanpa didukung dengan alat peraga pendidikan. Hal ini dikira wajar karena di jurusan teknik mesin memang belum tersedia alat peraga perpindahan panas secara radiasi yang dapat membantu memperagakan proses terjadinya perpindahan panas radiasi kepada peserta didik.
5
yang cukup kompleks untuk dipelajari. Penggunaan alat peraga perpindahan panas secara radiasi dirasa perlu untuk menunjang proses perkuliahan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Oleh karena itu, penulis akan mengadakan penelitian dengan judul “Pengembangan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi dengan Variasi Beda Perlakuan
Permukaan Spesimen Uji”. Diharapkan dengan adanya media pembelajaran
perpindahan panas secara radiasi tersebut dapat digunakan untuk menunjang proses perkuliahan dalam rangka pengembangan mata kuliah perpindahan panas.
B. Identifikasi Masalah
Beberapa masalah terkait proses pembelajaran perpindahan panas radiasi di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang dapat diidentifikasikan sebagai berikut.
1. Media pembelajaran yang digunakan pada proses pembelajaran masih menggunakan papan tulis, presentasi dengan bantuan LCD proyektor dan komputer, serta tanpa adanya bantuan peraga pendidikan.
2. Materi perpindahan panas radiasi yang kompleks dan abstrak membutuhkan pendekatan yang bersifat praktis untuk memahami lebih mendalam tentang proses perpindahan panas yang terjadi.
C. Pembatasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada beberapa permasalahan sebagai berikut:
1. Materi yang dibahas dalam media pembelajaran alat peraga perpindahan panas secara radiasi tersebut adalah mengenai perbedaan tingkat laju perpindahan panas secara radiasi dengan variasi spesimen uji berupa perbedaan perlakuan permukaan.
2. Media pembelajaran yang dikembangkan terdiri dari alat peraga perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji dan modul perpindahan panas radiasi yang diuji cobakan kepada mahasiswa peserta mata kuliah perpindahan panas.
3. Modul yang dikembangkan dalam penelitian ini hanya membahas materi perpindahan kalor radiasi dasar.
4. Pengujian media pembelajaran yang dibuat hanya meliputi pengujian kelayakan media pembelajaran perpindahan panas secara radiasi menurut ahli media pembelajaran dan ahli materi perpindahan panas.
5. Uji coba penerapan media pembelajaran perpindahan panas radiasi yang dikembangkan dilakukan untuk mengetahui tanggapan mahasiswa dan tidak diuji pengaruhnya terhadap prestasi hasil belajar mahasiswa.
D. Rumusan Masalah
7
1. Berapa besar laju perpindahan panas radiasi pada masing-masing variasi spesimen uji dengan beda perlakuan permukaan diukur dengan alat peraga?
2. Bagaimana mengembangkan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji?
3. Bagaimana validitas media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji menurut ahli materi perpindahan panas dan ahli media pembelajaran?
4. Bagaimana tanggapan mahasiswa terhadap media pembelajaran perpindahan panas secara radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengembangkan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji yang memenuhi kriteria valid menurut ahli media pembelajaran dan ahli materi perpindahan panas.
2. Mengetahui validitas media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan beda perlakuan permukaan spesimen uji menurut ahli media pembelajaran dan ahli materi perpindahan panas.
permukaan spesimen uji pada pembelajaran mata kuliah perpindahan kalor dasar.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Manfaat Teoritis
a. Sebagai pengembangan ilmu pengetahuan dan informasi yang terkait dengan proses belajar mengajar pada mata kuliah perpindahan panas. b. Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai bahan
kajian dan informasi bagi yang membutukan. 2. Manfaat Praktis
a. Bagi Universitas
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan media pembelajaran alat peraga perpindahan panas secara radiasi dengan beda perlakuan permukaan pada spesimen uji pada mata kuliah perpindahan kalor di jurusan teknik mesin Universitas Negeri Semarang.
b. Bagi Penulis
9
c. Bagi Akademisi
1 A. Kajian Teori
1. Media Pembelajaran
a. Pengertian Media Pembelajaran
Kata media berasal dari bahasa latin medius yang secara harfiah
berarti „tengah‟, „perantara‟ atau „pengantar‟ (Arsyad, 2011: 3). Gerlach
& Ely dalam Arsyad (2011: 3), mengatakan bahwa media apabila dipahami secara garis besar adalah manusia, materi, atau kejadian yang membangun kondisi yang membuat siswa mampu memperoleh pengetahuan, keterampilan dan sikap. Media adalah perantara atau pengantar pesan dari pengirim ke penerima pesan. Apabila media itu membawa pesan-pesan atau informasi yang bertujuan instruksional atau mengandung maksud-maksud pengajaran maka media itu disebut media pembelajaran (Arsyad, 2011: 4).
11
untuk menyampaikan isi pelajaran/materi merupakan media pembelajaran. Setiawan, dkk (2009: 24) juga mengatakan bahwa media pembelajaran dalam pengajaran merupakan pelengkap yang dapat membantu pengajar menciptakan dorongan psikologis untuk belajar pada murid-murid. Jadi, diharapkan dengan adanya media pembelajaran dalam proses belajar mengajar akan lebih meningkatkan motivasi peserta didik dalam memahami materi yang disampaikan oleh pendidik.
Dari beberapa pendapat yang disampaikan tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa media pembelajaran adalah sebuah alat bantu yang digunakan untuk menciptakan komunikasi dan interaksi timbal balik antara pengajar dengan subjek belajar pada proses belajar mengajar.
b. Fungsi dan Manfaat Media Pembelajaran
Lannon dalam Latuheru (1988: 23), mengatakan beberapa manfaat media pembelajaran dalam penjelasan berikut:
1.) Media pembelajaran berguna untuk menarik minat siswa terhadap materi pengajaran yang disajikan.
2.) Media pembelajaran berguna dalam hal meningkatkan pengertian anak didik terhadap materi pengajaran yang disajikan.
3.) Media pembelajaran mampu memberikan/menyajikan data yang kuat dan terpercaya tentang sesuatu hal atau kejadian.
4.) Media pembelajaran berguna untuk menguatkan suatu informasi.
5.) Dengan menggunakan suatu media pembelajaran, memudahkan dalam hal pengumpulan dan pengolahan data.
Berdasarkan beberapa penjelasan sebelumnya, dapat diambil suatu kesimpulan bahwa fungsi media pembelajaran sangat penting terhadap keberhasilan suatu proses pembelajaran. Media pembelajaran dapat meningkatkan minat dan perhatian peserta didik, memudahkan siswa dalam pemahaman materi, dan dapat memotivasi peserta didik dalam proses pembelajaran.
2. Alat Peraga
13
mendidik atau mengajar, agar materi yang diajarkan oleh guru mudah dipahami oleh siswa. Alat peraga di sini mengandung pengertian bahwa segala sesuatu yang masih bersifat abstrak, kemudian dikonkretkan dengan menggunakan alat agar dapat dijangkau dengan pikiran yang sederhana dan dapat dilihat, dipandang, dan dirasakan.
Alat peraga memiliki fungsi meragakan peristiwa, kegiatan atau fenomena. Sifat alat peraga tidak alamiah karena merupakaan hasil penciptaan, peniruan dari hal sebenarnya. Alat peraga digunakan untuk memperagakan, menirukan atau membuat sesuatu menjadi utuh dan padu. Untuk itu, alat peraga digunakan dalam pembelajaran dengan mempertimbangkan pengalaman belajar yang diharapkan guna memperjelas perilaku dan pengalaman belajar.
3. Perpindahan Panas dan Radiasi Termal a. Perpindahan Panas
Perpindahan panas (heat transfer) merupakan salah satu dari disiplin ilmu teknik termal yang mempelajari cara menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan menukarkan panas di antara sistem fisik. Menurut Kreith (1991: 4) perpindahan panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah tersebut.
perpindahan panas yang menggunakan zat alir sebagai media perantara. Radiasi, yaitu bentuk perpindahan panas yang tidak membutuhkan media perantara karena panas berpindah dengan pancaran.
b. Radiasi
Radiasi merupakan salah satu bentuk dari perpindahan panas yang tidak menggunakan media perantara. Perpindahan panas radiasi terjadi dengan cara pancaran melalui gelombang elektromagnet. Radiasi yang dibahas dalam teori perpindahan panas atau radiasi termal (thermal radiaton) hanya salah satu bentuk dari jenis radiasi elektromagnetik.
Koestoer (2002: 184) mengatakan bahwa radiasi merambat dengan kecepatan cahaya, m/s. Kecepatan ini sama dengan hasil perkalian panjang-gelombang dengan frekuensi radiasi.
... (1) Dengan c = kecepatan cahaya (m/s)
= panjang gelombang (µm)
v = frekuensi(Hz)
Spektrum gelombang radiasi termal, dapat dijelaskan pada Gambar 1. Radiasi termal terletak dalam rentang antara 0,1 sampai 100
15
Gambar 1. Spektrum elektromagnetik Sumber: (Incropera dan Dewitt, 1990: 698)
Menurut Holman (1995: 342), perambatan radiasi termal berlangsung dalam bentuk kuantum-kuantum yang diskrit dan setiap kuantum mengandung energi sebesar
... (2) dengan E = energi setiap kuantum (J)
h = kontanta Planck yang nilainya 6,625 x J.s
Terkait dengan perambatan radiasi panas, Holman (1995: 342) juga pernah menjelaskan dalam pernyataan berikut ini.
Gambaran fisis yang amat kasar tentang perambatan radiasi kita peroleh dengan mengganggap setiap kuantum sebagai suatu partikel yang mempunyai energi, massa, dan momentum, seperti halnya molekul gas. Jadi pada hakekatnya, radiasi dapat digambarkan sebagai “gas foton” (photon gas) yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain.
panas radiasi dapat digambarkan sebagai gas foton yang mengalir dari suatu tempat ke tempat lainnya. Hubungan antara massa dan energi, dapatlah diturunkan pada persamaan untuk massa energi partikel. Menurut Holman (1995: 342), hubungan tersebut yaitu:
... (3)
dengan E = energi partikel (J)
h = konstanta Planck ( J.s) m= massa partikel(kg)
c = kecepatan cahaya (m/s) v = frekuensi (Hz)
Persamaan tersebut menjelaskan bahwa setiap partikel radiasi yang merambat memiliki massa, energi dan momentum. Selanjutnya, dengan menganggap radiasi demikian suatu gas, maka dapatlah diterapkan prinsip termodinamika statistik-kuantum untuk menurunkan persamaan densitas energi radiasi. Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang-gelombang, maka energi total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolutnya. Menurut Holman (1995: 3442), energi radiasi tersebut dapat dihitung dengan persamaan
... (4) dengan = energi radiator ideal / benda hitam (W/m²)
17
Persamaan (4) biasa disebut hukum Stefan-Boltzmann, dimana Eb
ialah energi yang diradiasikan per satuan waktu dan per satuan luas radiator ideal (benda hitam), dan � ialah konstanta Stefan-Boltzmann,
yang nilainya adalah ( dalam watt per meter
persegi, dan T adalah derajat K).
Perlu diketahui bahwa persamaan tersebut merupakan persamaan radiasi untuk benda hitam sempurna. Hal ini disebut radiasi benda hitam (blackbody radiation), karena bahan yang mematuhi hukum tersebut tampak hitam dimata dan menyerap seluruh radiasi yang mengenai permukaannya. Tapi dalam beberapa hal, terdapat beberapa bahan yang tampak putih dimata tetapi ternyata cukup hitam untuk radiasi termal.
Penting dicatat di sini bahwa kehitaman suatu permukaan terhadap radiasi termal tidak hanya diamati melalui pengamatan visual saja, tetapi juga hitam bagi spektrum radiasi termal. Kehitaman bagi spektrum radiasi termal yang dimaksudkan yaitu benda yang memiliki emisivitas tinggi (mendekati 1), meskipun secara fisik mungkin tidak berwarna hitam. Sebagai contoh, permukaan yang ditutup jelaga tampak hitam bagi mata, ternyata juga hitam bagi spektrum radiasi termal. Di lain pihak, salju dan es tampak terang bagi mata, tapi ternyata hitam untuk radiasi termal panjang-gelombang panjang. Banyak cat putih sebenarnya hitam untuk panjang-gelombang panjang.
Menurut Holman (1995: 343), bila energi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian dari radiasi itu dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorpsi) dan sebagian lagi diteruskan (transmisi).
Gambar 2. Fenomena radiasi yang mengenai permukaan benda Sumber : (Holman, 1995: 343)
Jika fraksi yang dipantulkan dinamakan reflektivitas (ρ), fraksi
yang diserap absorptivitas (α), dan fraksi yang dipantulkan dinamakan
reflektivitas ( ), maka:
ρ + α + = 1 ... (5)
dengan ρ = refleksivitas
α = absorptivitas = transmisiviras
Kebanyakan benda padat tidak meneruskan radiasi termal, sehingga untuk kebanyakan soal-soal terapan, transmisivitas dapat dianggap nol. Maka,
Absorpsi α
Radiasi datang Refleksi ρ
19
ρ + α = 1 ... (6)
dengan ρ = refleksivitas
α = absorptivitas
Ada dua fenomena refleksi yang dapat diamati bila radiasi menimpa suatu permukaan. Kreith (1991: 239) menjelaskan bahwa terdapat dua jenis dasar pantulan radiasi: spekular (specular) dan baur (diffuse). Jika sudut pantul sama dengan sudut datang, maka pantulannya disebut spekular. Sebaliknya, jika suatu berkas (beam) yang datang dipantulkan secara seragam ke semua arah, maka pantulannya disebut baur.
Penjelasan lebih lanjut mengenai peristiwa refleksi/pantulan radiasi pada suatu benda dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3. (a)Refleksi spekular dan (b) refleksi baur Sumber: (Holman, 1995: 344)
Terlihat jelas (pada Gambar 3) bahwa refleksi spekular
Sinar Refleksi
Sumber Sumber
Bayangan cermin sumber
memantulkan sinar radiasi yang datang secara terpusat melalui satu titik dimana sudut pantul sama dengan sudut datangnya. Pantulan spekular biasanya terjadi pada benda-benda dengan permukaan yang rata. Sedangkan refleksi baur, akan memantulkan sinar radiasi yang datang menyebar ke semua arah. Benda dengan permukaan kasar biasanya akan memantulkan sinar radiasi secara baur.
d. Emisivitas Benda
Daya emisi (emissive power) E suatu benda ialah energi yang dipancarkan benda itu per satuan luas per satuan waktu (Holman, 1995: 344). Benda hitam merupakan pemancar dan penyerap ideal, dimana semua energi yang mengenai permukaan benda hitam akan diserap. Koestoer (2002: 190), mengatakan beberapa hal terkait dengan sifat-sifat yang ada pada benda hitam.
Permukaan benda hitam adalah permukaan yang paling ideal yang mempunyai sifat-sifat: (1) benda hitam menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat panjang gelombang dan arah datangnya sinar (bersifat diffuse),(2) pada semua temperatur dan panjang gelombang yang diijinkan, tidak ada permukaan yang dapat menghasilkan energi yang lebih banyak dari benda hitam, (3) walaupun emisi radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam adalah fungsi dari panjang gelombang dan temperatur, tetapi tidak tergantung kepada arah datangnya sinar.
Benda hitam merupakan penyerap dan pemancar radiasi yang ideal, sehingga dapat dikatakan bahwa nilai emisivitas dan absorptivitasnya adalah 1.
21
Dengan ϵ = emisivitas benda hitam α = absorptivitas benda hitam
Tidak ada satu permukaanpun yang dapat menyamai permukaan benda hitam. Setiap permukaan benda pasti akan memantulkan radiasi yang diterimanya walaupun sangat kecil. Permukaan benda-benda nyata akan memancarkan radiasi lebih sedikit dari benda hitam. Nilai emisivitas benda-benda nyata lebih besar dari nol dan lebih kecil dari satu (0 < < 1), dan merupakan hasil dari perbandingan daya emisi benda tersebut dengan daya emisi benda hitam pada suhu yang sama.
... (8) Dengan = emisivitas benda nyata
= daya emisi benda nyata = daya emisi benda hitam
Berikut ini adalah kutipan tabel nilai emisivitas dari bahan aluminium.
Tabel 1. Total normal emisivitas aluminium (Koestoer, 2002: 442)
No Material Suhu(°C) Emisivitas
1. 2.
Aluminium,Pelat dipoles sangat licin, kemurnian 98,3 %
Aluminium ,Pelat kasar
225-575 40
0,039-0,057 0,055-0,07
Tabel 2. Nilai emisivitas cat pada permukaan logam (Incropera dan Dewitt, 1990: 753)
No. Permukaan Suhu Emisivitas
1. White paint on metallic substrate 300 K 0,96 2. Black paint on metallic substrate 300 K 0,97
e. Perhitungan Laju Perpindahan Panas Radiasi
Telah disinggung pada pembahasan sebelumnya, bahwa benda hitam adalah benda yang memancarkan energi menurut hukum . Kreith (1991: 218) mengatakan bahwa pancaran total radiasi per luas-permukaan-satuan per waktu-satuan dari suatu benda hitam berkaitan dengan pangkat empat suhu mutlak menurut hukum Stefan-Boltzmann. Dengan kata lain, pancaran radiasi total benda hitam sebesar
... (9) dengan = pancaran radiasi benda hitam per satuan
luas (W/m²)
= pancaran radiasi benda hitam (W) = luas permukaan benda hitam (m²) = suhu mutlak benda hitam (K) = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10־⁸ W/m² K)
Jika suatu benda hitam (black body) dengan luas dan suhu tertentu memancarkan radiasi, maka persamaannya menjadi:
... (10) dengan = laju pancaran energi radiasi benda hitam (W)
= luas permukaan pancaran benda hitam(m²) = suhu mutlak permukaan pancaran benda hitam dalam Kelvin (K).
= konstanta Stefan-Boltzmann dengan nilai
23
Benda-benda yang nyata (real bodies) atau permukaan jenis lain, seperti yang dicat mengkilap atau plat logam yang dipoles tidak memancarkan energi seperti benda hitam, akan tetapi radiasi yang dipancarkan benda-benda itu masih mengikuti proporsionalitas . Untuk memperhitungkan sifat permukaan yang demikian, dimasukkan suatu faktor lain ke dalam persamaan, yaitu emisivitas atau kepancaran (emissivity) dari permukaan benda/bahan seperti yang telah dibahas
sebelumnya.
Disamping itu, harus pula diperhitungkan kenyataan bahwa radiasi dari suatu permukaan tidak seluruhnya sampai ke permukaan lain, karena radiasi elektromagnetik berjalan menurut garis lurus dan sebagian hilang ke lingkungan. Untuk memperhitungkan situasi tersebut, maka ditambahkan faktor baru ke persamaan, yang disebut dengan faktor geometrik atau faktor bentuk. Holman (1995: 352) menjelaskan bahwa nama lain dari faktor bentuk radiasi ialah faktor pandang (view factor), faktor sudut (angle factor), faktor konfigurasi (configuration factor). Dengan demikian, untuk menghitung laju perpindahan panas radiasi dari benda nyata, digunakan persamaan berikut (Holman, 1995: 13).
... (11) Dengan : laju pancaran energi radiasi suatu benda
dalamWatt.
: faktor emisivitas bahan/permukaan. : faktor pandang/faktor geometri. : luas permukaan pancaran m².
: konstanta Stefan-Boltzmann dengan nilai
watt/ .
Pada penelitian ini, untuk menentukan besarnya faktor geometri, digunakan rumus antara dua buah piringan sejajar atau parallel disk (Incropera dan Dewitt, 1990: 798).
Gambar 4. Faktor geometri untuk piringan sejajar (parallel disks)
... (12)
Penelitian ini menggunakan bidang piringan paralel (parallel disk) dengan besar jari-jari (r) yang sama, sehingga rumus tersebut dapat disederhanakan menjadi persamaan berikut ini.
Jika, ri = rj maka,
25
... (13) dengan, FG = Faktor geometri
Fij = Faktor geometris dari lingkaran i ke j.
Fji = Faktor geometris dari lingkaran j ke i.
R = Perbandingan jari-jari lingkaran terhadap jarak.
f. Pengaruh Sifat Permukaan dan Warna Benda Terhadap Nilai Emisivitas
Telah dibahas sebelumnya bahwa terdapat dua fenomena pantulan yang terjadi apabila radiasi datang mengenai suatu permukaan, yaitu refleksi spekular (specular) dan refleksi baur (diffuse). Menurut Kreith (1991: 239), tidak ada permukaan nyata yang spekular atau baur. Pada umumnya, pantulan dari permukaan yang sangat dipoles dan halus mendekati ciri-ciri spekular, sedangkan pantulan dari permukaan yang kasar dalam perngertian perindustrian mendekati ciri-ciri baur. Dari hal tersebut, dapat disimpulkan bahwa tingkat kekasaran dari suatu permukaan benda memang memberi pengaruh terhadap nilai emisivitas dan juga absorptivitasnya. Benda dengan permukaan kasar cenderung lebih bersifat baur jika dibandingkan dengan benda berpermukaan halus yang bersifat spekular. Hal tersebut menjelaskan pula mengapa benda dengan permukaan kasar memiliki emisivitas yang lebih besar jika dibandingkan dengan benda dengan yang berpermukaan halus.
pemantulan dari sinar radiasi, disampaikan oleh Koestoer (2002: 208) sebagai berikut:
Bahwa proses penyerapan dan pemantulan ini akan sangat mempengaruhi warna dari suatu medium yang kita lihat. Sebagai contoh, warna daun yang kita lihat adalah hijau. Hal ini terjadi karena daun mempunyai chlorophyl (zat warna hijau daun) dimana zat yang sangat kuat diserap adalah warna biru dan warna merah sedangkan warna yang paling banyak dipantulkan adalah warna hijau.
Dengan kata lain, warna dari benda-benda yang terlihat oleh mata merupakan hasil pantulan gelombang elektromagnetik yang mengenai permukaan benda tersebut. Permukaan akan terlihat berwarna hitam jika permukaan tersebut menyerap semua sinar irradiasi yang datang dan akan terlihat putih jika permukaan tersebut memantulkan semua sinar irradiasi yang datang. Jadi, seperti apa warna permukaan suatu benda, juga berpengaruh terhadap seberapa besar energi radiasi yang dipancarkan dan diserap oleh suatu permukaan.
g. Spesimen Uji dengan Variasi Beda Perlakuan Permukaan
27
sedangkan untuk ketahanan korosi, dapat dilakukan dengan proses pelapisan permukaan logam dengan pengecatan ataupun memperhalus permukaan logam melalui pemolesan (polishing).
Penelitian ini menggunakan spesimen uji sebanyak 5 (lima) buah dimana masing-masing spesimen diberlakukan perlakuan permukaan yang berbeda-beda yaitu roughing (pengerjaan kasar), polishing (pemolesan) dan painting (pengecatan).
1) Roughing (Pengerjaan Kasar)
Istilah roughing yang dimaksud dalam penelitian ini yaitu proses pengerjaan kasar dengan menggunakan mesin perkakas pada logam spesimen uji yang akan digunakan pada penelitian. Dalam pembuatan spesimen uji ini, logam dibentuk menggunakan proses permesinan sampai pada tahap pengasaran (roughing). Spesimen uji yang diberi perlakuan pengasaran sebanyak 1 spesimen.
2) Polishing (pemolesan)
3) Painting 1 (Warna Hitam Doff)
Pengecatan (painting) merupakan perlakuan permukaan dengan melapisi logam dengan cat atau pigmen warna tertentu. Spesimen uji yang akan dilapisi dengan cat berwarna hitam metalik/mengkilap terlebih dahulu dibentuk dengan proses permesinan sampai tahap finishing, kemudian dicat dengan warna hitam mengkilap.
4) Painting 2 (Warna Putih)
Spesimen uji painting 2 ini adalah logam aluminium yang diberi perlakuan permukaan dengan dicat dengan warna putih setelah sebelumnya dibentuk melalui proses permesinan.
B. Kajian Hasil Penelitian yang Relevan
29
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Widjanarko, dkk (2010: 9) tentang penerapan panel peraga multi fungsi sistem kelistrikan bodi untuk meningkatkan kompetensi mahasiswa bidang kelistrikan bodi pada mata kuliah kelistrikan otomotif semester ganjil 2009/2010, mengatakan bahwa rata-rata kompetensi mahasiswa dalam pembelajaran setelah penggunaan peraga multi fungsi kelistrikan bodi otomotif meningkat sebesar 31,87 % jika dibandingkan dengan sebelum menggunakan alat peraga. Penelitian serupa juga pernah dilakukan oleh Sanjoyo dan Karnowo (2011: 45) dengan judul penggunaan alat peraga untuk meningkatkan pemahaman mahasiswa tentang sistem kelistrikan bodi sepeda motor supra PGM FI (Programmed Fuel Injection), mengatakan bahwa kemampuan pemahaman mahasiswa yang menggunakan alat peraga pada kelompok eksperimen lebih besar 16,84% jika dibandingkan dengan kelompok kontrol yang tanpa alat peraga. Penelitian tersebut mengindikasikan bahwa media pembelajaran berupa alat peraga pendidikan memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap tingkat keberhasilan proses pembelajaran.
energi panas radiasi yang terjadi di alam sekitar. Dengan menggunakan alat peraga tersebut, diharapkan dapat memudahkan pengajar dalam menyampaikan materi perpindahan panas radiasi secara sederhana.
Materi yang dibahas dalam penelitian ini adalah mengenai pengaruh perbedaan perlakuan permukaan terhadap laju perpindahan panas radiasi. Penelitian terkait pengaruh perbedaan perlakuan permukaan suatu benda terhadap radiasi panas, juga sudah pernah dilakukan oleh beberapa peneliti. Dalam penelitian yang dilakukan Richmond dan Harrison (1962: 261), yang
berjudul “ Total Hemispherical Emittance of Coated and Uncoated Inconel
and Types 321 and 430 Stainless Steel”, mengatakan bahwa “the total hemispherical emittance was markedly affected by the surface treatment. In general emmitance was low for polished specimens, intermediate for
sandblasted specimens, and high for oxidized or ceramic-coated specimens of each alloy”. Inti dari pernyataan tersebut menjelaskan bahwa daya pancar total sangat dipengaruhi oleh perlakuan permukaan. Secara umum, daya pancar untuk spesimen dipoles adalah rendah, daya pancar untuk spesimen dengan perlakuan sandblasting adalah sedang, dan untuk spesimen yang dioksidasi atau spesimen yang dilapisi keramik memiliki daya pancar yang tinggi.
31
Heat Transfer”, menjelaskan bahwa pelapisan permukaan logam dapat meningkatkan daya penyerapan (absorptivitas) panas radiasi suatu benda. Penelitian tersebut dilakukan untuk mengetahui perbedaan waktu lebur logam aluminium di dalam tungku lebur kering. Aluminium yang diuji pada percobaan tersebut sebanyak dua buah dimana salah satu dari spesimen yang diuji dilapisi dengan pelapis logam (dengan merk Pyrocoat FM). Hasil percobaan menunjukkan bahwa waktu lebur aluminium yang diberi pelapis adalah selama 45 menit, sedangkan waktu lebur untuk spesimen tanpa pelapisan adalah 1 jam lebih. Hasil percobaan tersebut dapat menjelaskan bahwa perlakuan permukaan terhadap logam alumunium melalui pelapisan dapat meningkatkan daya serap panas permukaan aluminium, sehingga waktu peleburan aluminium pada tungku kering, jauh lebih cepat jika dibandingkan dengan aluminium tanpa pelapisan.
Contoh lain mengenai penelitian pengaruh kekasaran permukaan benda terhadap daya pancar radiasi dapat ditemukan pada penelitian Wen dan Mudawar (2002: 551-562) dengan judul “Experimental Investigation of Emissivity of Aluminium Alloys and Temperature Determination Using
Berdasarkan hasil-hasil penelitian yang telah dijelaskan di atas, maka dapat dikatakan bahwa perbedaan perlakuan permukaan suatu benda akan mempengaruhi laju perpindahan panas radiasi, daya pancar (emisivitas) dan juga daya serap (absorptivitas) benda tersebut. Mengingat betapa pentingnya pemahaman terkait pengaruh perlakuan permukaan terhadap laju perpindahan panas radiasi, maka pengembangan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji perlu dilakukan. Hasil-hasil penelitian tentang penggunaan alat peraga yang telah disampaikan di atas juga menegaskan betapa pentingnya penggunaan alat peraga dalam proses pembelajaran. Alat peraga dapat menarik minat dan juga memudahkan pemahaman peserta didik dalam proses belajar. Selain itu, alat peraga dapat memudahkan pengajar dalam menjelaskan materi-materi yang cukup kompleks dan abstrak seperti pembahasan terkait perpindahan panas radiasi.
C. Kerangka Pikir Penelitian
Untuk mempelajari konsep dasar dari proses pepindahan panas secara radiasi memang tidak mudah. Pemahaman secara teori saja tidak cukup untuk dapat memahami isi substansi yang lebih mendalam. Perpindahan panas secara radiasi memuat materi yang cukup sulit dan abstrak untuk disajikan tanpa menggunakan media pembelajaran yang tepat. Apalagi jika pengajar hanya menggunakan media pembelajaran yang kurang menarik minat peserta didik.
33
satu alternatif yang tepat dalam rangka menarik minat siswa/mahasiswa dalam mempelajari isi materi pembelajaran tentang perpindahan panas secara radiasi. Makin banyak alat indera yang digunakan untuk mempelajari sesuatu, makin mudah diingat apa yang dipelajari. Dengan menggunakan alat peraga, diharapkan mahasiswa dapat lebih cepat memahami substansi dasar yang ada pada materi perpindahan panas secara radiasi. Berdasarkan pada beberapa alasan tersebut, peneliti akan mengembangkan media pembelajaran berupa alat peraga perpindahan panas secara radiasi dengan variasi spesimen uji berupa perbedaan perlakuan permukaan.
Dalam proses pengembangan alat peraga perpindahan panas secara radiasi, peneliti mendapat masukan dari dosen ahli materi dan ahli media pembelajaran. Hasil masukan dari para ahli kemudian akan digunakan untuk merevisi kekurangan yang masih ada pada alat peraga tersebut dalam rangka untuk mengembangkan alat peraga pendidikan yang sesuai dengan kriteria kevalidan produk. Proses validasi alat peraga akan dilakukan setelah melalui beberapa proses uji coba dan juga perbaikan.
Setelah mendapatkan validasi dari ahli media dan ahli materi, media pembelajaran yang dibuat diterapkan langsung pada pembelajaran mata kuliah perpindahan kalor dasar di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Selanjutnya, mahasiswa yang mengikuti mata kuliah tersebut diminta kesediaannya untuk memberikan tanggapan dengan cara mengisi angket yang berkaitan dengan penggunaan alat peraga perpindahan panas secara radiasi dengan beda perlakuan permukaan pada spesimen uji. Hasil dari proses validasi dan tanggapan siswa terhadap media pembelajaran tersebut kemudian dianalisis dan ditarik suatu kesimpulan.
D. Pertanyaan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah pada bab I, pertanyaan penelitian yang akan dijawab dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Berapa besar laju perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji diukur menggunakan alat peraga?
2. Bagaimana validitas media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji yang dikembangkan ditinjau dari sisi kelayakan media?
3. Bagaimana validitas media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji yang dikembangkan ditinjau dari sisi substansi?
35 BAB III
METODE PENELITIAN
A.Jenis Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian pengembangan. Metode penelitian dan pengembangan (Research & Development) adalah metode penelitian yang digunakan untuk menghasilkan produk tertentu dan menguji keefektifan suatu produk (Sugiyono, 2011: 297). Penelitian pengembangan ini dilakukan untuk menghasilkan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji. Media pembelajaran yang dikembangkan terdiri dari alat peraga dan modul perpindahan panas radiasi.
B.Prosedur Penelitian
Media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji dikembangkan dengan model ADDIE melalui beberapa langkah, yaitu Analisys (Analisis), Design (Desain/Perancangan), Development (Pengembangan), Implementation (Penerapan), Evaluation (Evaluasi). Penjelasan tentang langkah-langkah penelitian pengembangan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir penelitian Ya
Tidak
Analisis
Desain awal peraga perpindahan panas secara radiasi
Penyusunan instrumen
Pembuatan media pembelajaran (alat peraga dan modul)
Media pembelajaran
Uji validasi
Media layak?
Uji coba media pembelajaran (Alat peraga perpindahan panas secara radiasi dan Modul)
Selesai
37
1. Analysis (Analisis)
Tahap analisis merupakan tahap awal penelitian dimana peneliti melakukan studi pustaka dan melakukan observasi awal untuk mengidentifikasi permasalahan yang ada terkait pembelajaran perpindahan panas. Berdasarkan hasil pengamatan dan pengamalan peneliti selama mengikuti perkuliahan perpindahan panas, terdapat beberapa permasalahan yang berkaitan dengan proses pembelajaran perpindahan panas khususnya pembahasan materi radiasi. Beberapa permasalahan terkait pembelajaran perpindahan panas tersebut adalah sebagai berikut:
a. Pembelajaran perpindahan panas yang ada di kelas masih mengandalkan media papan tulis, dan juga media pembelajaran presentasi dengan bantuan komputer dan LCD proyektor.
b. Belum adanya fasilitas media pembelajaran visual yang dapat memperagakan proses perpindahan panas secara langsung guna menarik minat belajar mahasiswa peserta didik.
2. Design (Perancangan)
Tahap perancangan/desain merupakan tahap perancangan alat peraga perpindahan panas dan modul perpindahan panas secara radiasi yang nantinya akan digunakan sebagai media pembelajaran. Langkah-langkah dalam proses perancangan media pembelajaran alat peraga perpindahan panas secara radiasi dengan beda perlakuan permukaan pada spesimen uji adalah sebagai berikut:
a. Peneliti membuat desain gambar rancangan alat peraga perpindahan panas secara radiasi, membuat sistem kerja alat peraga, serta menentukan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai alat peraga tersebut.
b. Pembuatan kerangka isi dari modul perpindahan panas secara radiasi dengan beda perlakuan permukaan pada spesimen uji.
c. Persiapan pembuatan alat peraga, dimana pada tahap ini, peneliti melakukan persiapan bahan-bahan alat peraga perpindahan panas secara radiasi.
d. Pembuatan media pembelajaran, dimana pada tahap ini, peneliti membuat alat peraga perpindahan panas secara radiasi, serta modul alat peraga perpindahan panas tersebut.
39
Alat peraga perpindahan panas radiasi yang dikembangkan berfungsi untuk memperagakan proses perpindahan panas yang terjadi dari beberapa variasi spesimen uji dengan perbedaan perlakuan permukaan. Sedangkan untuk modul perpindahan panas radiasi dikembangkan sebagai bahan pembelajaran pada saat uji coba alat peraga perpindahan panas radiasi dalam pembelajaran mata kuliah perpindahan kalor dasar di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang Semester Ganjil Tahun Ajaran 2014/2015.
Tabel 3. Isi materi modul perpindahan panas radiasi Standar
Kompetensi Dasar Kompetensi Materi Belajar Perpindahan c. Radiasi benda hitam. d. Emisivitas Benda.
berhubungan dengan materi belajar tentang pembahasan hukum Stefan-Boltzmann dan perhitungan laju perpindahan panas radiasi.
Desain awal alat peraga perpindahan panas secara radiasi dengan beda perlakuan permukaan, seperti yang terlihat pada gambar 8, merupakan alat peraga yang digunakan untuk memperagakan perbedaan laju perpindahan panas pada material logam aluminium dengan variasi perlakuan permukaan berupa roughing, polishing dan painting (black doff dan white). Bagian-bagian alat peraga tersebut terdiri dari spesimen uji, heater, thermocouple 1, display 1, temperature controller, benda hitam, thermocouple 2, dan display 2. Berikut ini
adalah penjelasan singkat mengenai bagian-bagian alat peraga yang telah disebutkan.
41
Keterangan:
a. Heater, sebagai sumber panas yang kemudian disalurkan ke benda kerja untuk dipancarkan panasnya menuju benda hitam.
b. Spesimen uji, sebagai bahan uji yang akan memancarkan radiasi panasnya menuju benda hitam.
c. Benda hitam, sebagai bahan penerima besar pancaran panas yang dipancarkan oleh spesimen uji.
d. Thermocouple 1, sebagai sensor suhu dari spesimen uji.
e. Display 1/ Temperature controller, sebagai penampil besar suhu dari spesimen uji dan pengatur suhu spesimen uji agar tetap konstan, sesuai dengan setting.
f. Thermocoupel 2, sebagai pembaca suhu pada benda hitam/penerima pancaran.
g. Display 2, sebagai penampil besar suhu dari benda hitam.
h. Sumber listrik, sebagai sumber arus guna menghidupkan alat peraga.
3. Development (Pengembangan)
a. Proses perpindahan panas pada pengujian dianggap hanya terjadi antara spesimen dan benda hitam (penerima panas) saja.
b. Perpindahan panas yang terjadi melalui konduksi dan konveksi dianggap tidak ada/diabaikan.
c. Penerima pancaran pada alat peraga perpindahan panas radiasi dianggap/diasumsikan sebagai benda hitam yang memiliki emisivitas dan absorptivitas 1.
Selama proses pengujian dan pengembangan, peneliti mencatat dan memperbaiki beberapa kekurangan yang ada pada alat peraga tersebut. Pengecekan juga dilakukan pada modul perpindahan panas yang dibuat, guna meneliti beberapa kekurangan yang ada terkait tata tulis, bahasa, isi materi dan tampilan.
Setelah proses ujicoba selesai dilakukan, media pembelajaran perpindahan panas tersebut diuji kelayakannya kepada ahli media pembelajaran dan ahli materi perpindahan panas. Hasil pengujian dan saran dari para ahli, selanjutnya dijadikan acuan untuk mengembangkan/merevisi beberapa kekurangan yang masih ada pada alat peraga perpindahan panas dan modul tersebut. Proses pengembangan media pembelajaran tersebut dilakukan sampai ahli media dan ahli materi perpindahan panas dapat menvalidasi alat peraga dan modul perpindahan panas. Setelah media pembelajaran memenuhi kriteria valid, maka proses penerapan alat peraga kepada mahasiswa peserta didik dapat dilakukan.
43
Tahap implementasi/penerapan ini dilakukan dengan menerapkan peraga tersebut ke dalam pembelajaran sebagai media pembelajaran perpindahan panas yang sesungguhnya. Pada tahap implementasi ini, alat peraga perpindahan panas, modul yang dibuat tersebut diterapkan langsung dalam proses perkuliahan perpindahan kalor dasar kepada mahasiswa di Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang semester ganjil tahun ajaran 2014/2015.
Setelah diterapkan dalam proses pembelajaran, kemudian mahasiswa/peserta didik tersebut dimintai tanggapan terhadap alat peraga perpindahan panas tersebut dengan cara mengisi angket/kuesioner. Angket/kuesioner tersebut berisi pertanyaan tertutup mengenai tanggapan mahasiswa setelah mengikuti pembelajaran dengan bantuan media pembelajaran peraga perpindahan panas secara radiasi.
5. Evaluation (Evaluasi)
C. Validasi dan Uji Coba Media Pembelajaran
Validasi media pembelajaran dilakukan untuk menguji kelayakan media pembelajaran yang dikembangkan menurut ahli media pembelajaran dan ahli materi perpindahan panas. Sedangkan uji coba produk dilakukan untuk mengetahui tanggapan mahasiswa terhadap media pembelajaran yang dikembangkan.
1. Bahan Penelitian
Bahan penelitian ini adalah media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji yang meliputi alat peraga dan modul perpindahan panas radiasi.
2. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan April 2014 sampai Januari 2015 di laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang, sedangkan untuk uji coba penggunaan mahasiswa dilakukan di dalam kelas mata kuliah perpindahan kalor dasar semester gasal tahun ajaran 2014/2015.
3. Responden Penelitian
45
Tabel 4. Responden penelitian No. Tahapan Responden
Penelitian
1 orang Berdasarkan keahlian/kepakaran
2 orang Berdasarkan keahlian/kepakaran
48 orang Peserta mata kuliah perpindahan kalor dasar
Uji coba penerapan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dilakukan kepada mahasiswa peserta mata kuliah perpindahan kalor di dasar Jurusan Teknik Mesin Unnes semester ganjil tahun ajaran 2014/2015. Uji coba ini dimaksudkan untuk mengetahui tanggapan mahasiswa terhadap media pembelajaran yang dibuat.
4. Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan pada penelitian ini berupa instrumen validasi ahli media, instrumen validasi ahli materi perpindahan panas, dan instrumen angket tanggapan mahasiswa. Untuk lebih jelasnya, beberapa instrumen tersebut akan dijelaskan sebagai berikut:
a. Instrumen Validasi Ahli Media Pembelajaran
bagian-bagian alat peraga, aspek kejelasan pembacaan suhu, tampilan spesimen uji, kemudahan perawatan, tampilan alat peraga secara umum, serta kemudahan penggunaan. Untuk validasi modul, aspek yang dinilai meliputi format modul, bahasa, tampilan dan juga isi materi pada modul.
Tabel 5. Kisi-kisi instrumen validasi alat peraga perpindahan panas radiasi untuk ahli media pembelajaran
No Aspek Penilaian Indikator Jumlah Butir
4. Perawatan Kemudahan dalam perawatan alat peraga
1 5. Tampilan alat peraga Tampilan peraga secara
umum
2 6. Penggunaan alat
peraga
Tabel 6. Kisi-kisi instrument validasi modul perpindahan panas radiasi untuk ahli media pembelajaran
No Aspek
Penilaian Indikator
Jumlah Butir
1. Format Kesesuaian format. 1
2. Bahasa Kesesuaian struktur kalimat dengan KBBI. 3. Isi materi Kesesuaian dengan kebutuhan
47
b. Instrumen Validasi Ahli Materi Perpindahan Panas
Validasi ahli materi perpindahan panas untuk media pembelajaran perpindahan panas radiasi diperlukan agar media yang dikembangkan sesuai dengan materi/teori perpindahan panas radiasi. Berikut ini adalah kisi-kisi instrumen validasi ahi materi perpindahan panas untuk media pembelajaran yang dikembangkan.
Tabel 7. Kisi-kisi instrumen validasi alat peraga untuk ahli materi perpindahan panas
No Aspek
Penilaian Indikator
Jumlah Butir 1. Pembacaan suhu Kemudahan pembacaan suhu pada
spesimen dan benda hitam.
2 2. Waktu Waktu pencapaian pengaturan
suhu.
Pembacaaan suhu spesimen uji. Pembacaan suhu benda hitam.
1 1 1 3. Panas Panas terbuang.
Panas yang diterima benda hitam. Panas pancaran spesimen uji.
1 masing spesimen uji dengan variasi beda perlakuan permukaan.
4
Jumlah 12
petunjuk penggunaan modul, bahasa, isi modul, serta penilaian umum tentang tampilan modul.
Tabel 8. Kisi-kisi instrumen validasi modul untuk ahli materi perpindahan panas
No Aspek Penilaian Indikator Jumlah Butir 2. Isi modul Kesesuaian dengan kebutuhan.
Kesesuaian dengan teori 3. Bahasa Kesesuaian dengan KBBI.
Kefektifan bahasa. Bahasa mudah dipahami.
1 1 1 4. Penilaian umum Modul dapat dipelajari secara
mandiri.
Tampilan modul.
1 1
Jumlah 11
c. Instrumen Angket Uji Coba Penggunaan Media Pembelajaran Uji coba penggunaan dimaksudkan untuk mendapatkan data tentang umpan balik/tanggapan dari mahasiswa calon pengguna terhadap media pembelajaran yang dikembangkan. Data tersebut didapatkan dengan pengisian angket/kuesioner oleh mahasiswa. Angket tersebut berisi pernyataan tertutup tentang media pembelajaran perpindahan panas radiasi yang digunakan dalam pembelajaran perpindahan kalor dasar.
49
dinilai adalah terkait petunjuk penggunaan, gambar, daya tarik dan penggunaan modul senbagai bahan perkuliahan.
Tabel 9. Kisi-kisi angket tanggapan mahasiswa terhadap alat peraga perpindahan panas radiasi
2. Kemudahan Kemudahan penggunaan. 1
3 Kegunaan Alat peraga membantu dalam memahami konsep.
1 4. Sumber belajar Penggunaan alat peraga sebagai
sumber belajar.
1
5. Tampilan Tampilan peraga menarik. 1
Jumlah 5
Tabel 10. Kisi-Kisi Angket Tanggapan Mahasiswa Terhadap Modul Perpindahan Panas Radiasi
No Aspek Penilaian Indikator Jumlah Butir 1. Petunjuk Kejelasan petunjuk penggunaan. 1
2. Gambar Kemudahan pemahaman gambar 1
3. Daya tarik Daya tarik dalam penggunaan modul.
1 4 Pemahaman materi Kemudahan pemahaman materi. 1
5. Tampilan Tampilan modul menarik. 1
Jumlah 5
5. Metode Pengumpulan Data
Penelitian ini menggunakan 3 (tiga) teknik pengumpulan data yaitu:
a. Observasi
radiasi yang ada di laboratorium Perpindahan Panas Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.
b. Angket/Kuesioner
Angket dalam penelitian ini digunakan untuk mendapatkan informasi/data dalam proses validasi alat peraga perpindahan panas yang telah dibuat. Penelitian ini menggunakan angket yang berupa pertanyaan dalam bentuk checklist yang bersifat tertutup untuk para pakar ahli media pembelajaran dan pakar materi. Untuk mahasiswa sampel penelitian juga akan diberikan angket yang bertujuan untuk mengetahui tanggapan mereka terhadap media pembelajaran alat peraga perpindahan panas yang telah dibuat.
c. Dokumentasi
Metode dokumentasi dalam penelitian ini digunakan untuk mendata para responden meliputi ahli media sebanyak 1 orang, ahli materi perpindahan panas radiasi sebanyak 2 orang dan mahasiswa peserta mata kuliah perpindahan kalor dasar.
6. Teknik Analisis Data
Data yang diperoleh dianalisis dengan cara dekriptif persentase, yaitu dengan cara menghitung skor yang dicapai dari seluruh aspek pada angket yang telah dinilai oleh responden. Teknik analisis yang digunakan adalah sebagai berikut:
51
Dengan % = persentase sub variabel = jumlah skor tiap variabel N = jumlah skor maksimum
Setelah data dari perhitungan persentase telah diperoleh, kemudian ditransformasikan ke dalam tabel agar pembacaan hasil penelitian menjadi mudah. Untuk menentukan kriteria kualitatif dilakukan dengan cara menentukan persentase skor ideal (skor maksimum), persentase skor terendah (skor minimum), range,interval yang dibutuhkan (sangat baik, baik, kurang, sangat kurang), dan menentukan lebar interval.
Penentuan kriteria pada tiap aspek dapat dicari dengan menentukan interval skor, yaitu menentukan reratanya terlebih dahulu kemudian dilanjutkan mencari kelas interval skor menggunakan skala likert yang telah dibuat. Menurut Sugiyono (2011: 93), skala likert digunakan untuk mengukur sikap, pendapat dan persepsi seseorang atau sekelompok orang tentang fenomena sosial. Skala penilaian untuk masing-masing angket yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Skala tertinggi = 4 (Sangat Baik)
b. Skala terendah = 1 (Sangat Kurang)
c. Jumlah kriteria yang ditentukan = 4 kriteria
d. Interval skor =
Tabel 11. Range skor penilaian dan kriteria penilaian kualitatif
No. Interval Kriteria
1. 3,25 < skor ≤ 4,00 Sangat Baik
2. 2,50 < skor ≤ 3,25 Baik
3. 1,75 < skor ≤ 2,50 Kurang
4. 1,00 < skor ≤ 1,75 Sangat Kurang
Maka, untuk menentukan kriteria terhadap media yang diujikan kepada ahli media, ahli materi, dan mahasiswa dapat dijabarkan sebagai berikut:
a. Analisis Ahli Media
1) Menghitung Jumlah Maksimal
2) Menghitung Skor Minimal
3) Menghitung Persentase Maksimal
53
5) Menghitung Rentang Persentase
6) Menghitung Interval Kelas Persentase
b. Analisis Ahli Materi
1) Menghitung Jumlah Maksimal
2) Menghitung Skor Minimal
3) Menghitung Persentase Maksimal
5) Menghitung Rentang Persentase
6) Menghitung Interval Kelas Persentase
c. Analisis Pengguna Mahasiswa 1) Menghitung Jumlah Maksimal
2) Menghitung Skor Minimal
55
4) Menghitung Persentase Minimal
5) Menghitung Rentang Persentase
6) Menghitung Interval Kelas Persentase
Tabel 12. Range persentase dan kriteria kualitatif
No. Interval Kriteria
1. 81,25% < skor ≤ 100 % Sangat Baik
2. 62,50% < skor ≤ 81,25% Baik
3. 43,75% < skor ≤ 62,50% Kurang 4. 25,00% < skor ≤ 43,75% Sangat Kurang
Media pembelajaran dikatakan layak apabila dari angket diperoleh
hasil yang berada pada rentang 62,50% < skor ≤ 81,25% dan 81,25% <
98 A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan terhadap media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji, dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Hasil pengujian rata-rata laju perpindahan panas radiasi oleh alat peraga dari spesimen alumunium dicat warna hitam doff (Al-Black) adalah 7,12 W, spesimen aluminium dicat warna putih (Al-White) sebesar 7,03 W, spesimen aluminium dengan permukaan kasar (Al-Roughing) sebesar 0,52 W, dan spesimen aluminium dengan permukaan dipoles (Al-Polishing) sebesar 0,29 W.
2. Tahapan dalam pengembangan media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan dilakukan melalui ADDIE, yang terdiri dari tahap Analysis (analisis), Design (Perancangan), Development (pengembangan), Impelementation (Penerapan) dan Evaluation (evaluasi).
99
pembelajaran yang dikembangkan sebesar 94,64 % dengan kriteria “sangat baik”.
4. Validitas media pembelajaran perpindahan panas radiasi dengan variasi beda perlakuan permukaan spesimen uji yang dikembangkan, telah memenuhi kriteria valid ditinjau dari sisi substansi/materi. Rerata hasil presentase penilaian ahli materi perpindahan panas terhadap media pembelajaran yang dikembangkan sebesar 81,54 % dengan kriteria “sangat baik”.
5. Hasil uji coba penggunaan media pembelajaran perpindahan panas radiasi terhadap mahasiswa, mendapatkan tanggapan yang sangat baik. Rerata hasil presentase penilaian mahasiswa terhadap media pembelajaran yang
dikembangkan sebesar 84,11 % dengan kriteria “sangat baik”. Sebagian
besar mahasiswa memberikan tanggapan yang sangat positif terhadap penggunaan media pembelajaran perpindahan panas radiasi pada mata kuliah perpindahan kalor dasar.
B. Saran
Beberapa saran terkait pemanfaatan hasil penelitian tentang media pembelajaran perpindahan panas secara radiasi sebagai berikut:
