• Tidak ada hasil yang ditemukan

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika"

Copied!
156
0
0

Teks penuh

(1)

TERMAL, KALOR JENIS, DAN KONSTANTA

PENDINGINAN LOGAM ALUMINIUM DAN TEMBAGA

MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN LOGGER PRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh :

Antonius Hendi Rosandy NIM : 131424036

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PEDIDIKA MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

i

TERMAL, KALOR JENIS, DAN KONSTANTA

PENDINGINAN LOGAM ALUMINIUM DAN TEMBAGA

MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN LOGGER PRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh :

Antonius Hendi Rosandy NIM : 131424036

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PEDIDIKA MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(3)
(4)
(5)

iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Karya tulis ini saya persembahkan untuk :

Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa menyertai dalam setiap langkah dan usaha yang aku lakukan

Kedua orangtua saya Alm. Bapak Paulus Mujiran AMK dan Ibu Anna Wisma Purwanti A.Md Keb yang selalu memberikan dukungan, semangat, kasih sayang

dan doa.

Kakak kandung saya Lorentius Nico Advery S.T yang selalu memberi motivasi dan semangat kepada adiknya

Teman-teman Pendidikan Fisika 2013 yang selalu memberikan motivasi dan semangat

(6)
(7)
(8)

vii ABSTRAK

PENENTUAN NILAI KOEFISIEN KONDUKTIVITAS TERMAL, KALOR JENIS, DAN KONSTANTA PENDINGINAN LOGAM ALUMINIUM DAN

TEMBAGA MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN LOGGER PRO

Telah dilakukan penelitian untuk menentukan nilai koefisien konduktivitas termal, kalor jenis dan kostanta pendinginan logam Aluminium dan Tembaga menggunakan sensor suhu dan software LoggerPro. Logam yang diteliti adalah Aluminium dan Tembaga. Logam dipanasi oleh elemen pemanas dengan memvariasi daya listrik, sehingga didapatkan kenaikan suhu yang berbeda-beda. Nilai daya listrik dan kenaikan suhu digunakan untuk membuat grafik hubungan beda suhu terhadap daya listrik yang digunakan untuk menghitung nilai koefisien konduktivitas termal logam Aluminium dan Tembaga sehingga didapatkan nilai k berturut-turut adalah (157 ± 16)W/mC dan (166 ± 58)W/mC. Nilai daya listrik dan kenaikan suhu tidak hanya digunakan untuk menentukan nilai konstanta konduktivitas termal saja, juga digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis logam Aluminium dan Tembaga. Nilai kalor jenis ditentukan menggunakan analisis gradien grafik hubungan perubahan suhu terhadap kalor, nilai kalor jenis logam Aluminium dan Tembaga yang didapatkan berturut-turut adalah (807,5 ± 6,1) J/kgC dan (387,5 ± 0,3) J/kgC. Nilai daya listrik dan kenaikan suhu juga digunakan untuk menentukan nilai konstanta pendinginan logam Aluminium dan Tembaga yang didapat dari penelitian ini dengan memfiting persamaan pendinginan kedalam grafik hubungan suhu logam terhadap waktu pendinginan. Didapat nilai konstanta pedinginan logam Aluminium dan Tembaga berturut-turut adalah (120 ± 0,1) 10-3/ menit dan (100 ± 0,1) 10-3/ menit.

Kata kunci : koefisien konduktifitas terma, kapasitas kalor, pendinginan Newton, sensor suhu, software Logger Pro.

(9)

viii ABSTRACT

DETERMINATION OF COEFFICIENT VALUE OF THERMAL

CONDUCTIVITY, HEAT TYPE, AND METAL CONDUCT OF ALUMINUM AND COPPER USING TEMPERATURE SENSOR AND LOGGER PRO

A research has been conducted to determine the value of thermal conductivity coefficients, heat type and cooling capacity of Aluminium and Copper metals using temperature sensor and LoggerPro software. The metals used in this research are Aluminum and Copper. The metal was heated by a heating element with varied electric power. Consequently, the temperature rise was different for both metals. The value of electric power and temperature rise was used for a graphof a relation between the temperature difference and electric power used to calculate the thermal conductivity coefficient value of Aluminum and Copper metal and the researcher found the value of k is (157,0 ± 15,7) W / mC and (166,0 ± 58,1) W / mC. Electrical power values and temperature rise were not only used to determine the value of thermal conductivity constants only but also to determine the heat value of Aluminum and Copper. The calorific value was determined using graph gradient analysis of the relation between temperature change to heat, the aluminum oxide and copper values obtained were (807,5 ± 6.1) J / kgC and (387,5 ± 0,3 ) J / kgC. Electrical power values and temperature rise were also used to determine the cooling constant value of Aluminum and Copper obtained from this research by fitting the cooling equation into a graph about the relation of metals temperature and the cooling time. The values of cooling Aluminum and Copper were (120 ± 0.1)10-3 / minute and (100 ± 0.1)10-3/ minute.

Keywords: thermal conductivity coefficient, heat capacity, Newton cooling, temperature sensor, Logger Pro software.

(10)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas berkat dan rahmat-Nya yang melimpah selama ini.Atas berkat penyertaan-Nya pula, tugas akhir yang

berjudul“PENENTUAN NILAI KOEFISIEN KONDUKTIVITAS TERMAL,

KALOR JENIS, DAN KONSTANTA PENDINGINAN LOGAM ALUMINIUM DAN TEMBAGA MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN

LOGGER PRO” dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini disusun sebagai

syarat untuk menyelesaikan studi di Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma.

Banyak hambatan yang dialami dalam penulisan tugas akhir ini, oleh karena itu penulisan tugas akhir ini bukan semata hasil kerjakeras dari penelit isaja. Banyak pihak yang telah membantu peneliti dalam penyusunan tugas akhirini.Oleh karena itu, peneliti hendak mengucapkan terimakasih kepada:

1. Dr. Ignasius Edi Santosa, M.S. selaku dosen pembimbing yang dengan sabar membimbing dan mengarahkan penulis ketika menghadapi berbagai persoalan terkait penulisan tugas akhir ini.

2. Bapak Petrus Ngadiono, selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma yang selalu membantu mempersiapkan alat yang digunakan untuk pengambilan data.

3. Drs. Tarsisius Sarkim, M.Ed., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memotivasi dan membantu perkembangan penulisan tugas akhir dari mahasiswa-mahasiswinya.

(11)

x

4. Dr. Yohanes Harsoyo, S.Pd., M.Si., sebagai Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Seluruh dosen Program Studi Pendidikan Fisika yang telam memberikan ilmu serta pengalaman berharga selama kurang lebih 4 tahun perkuliahan di Universitas Sanata Dharma.

6. Almarhum ayah saya, Paulus Mujiran AMK yang semasa hidupnya selalu memberi semangatuntuk selalu mengerjakan tugas akhir dan memberi saran serta prasarana untuk mendukung proses pengerjaan tugas akhir ini. 7. Ibu saya, Anna Wisma Purwanti A.Md Keb memberi semangat untuk

selalu mengerjakan tugas akhir dan memberi saran serta prasarana untuk mendukung proses pengerjaan tugas akhir ini.

8. Kakak saya yang tersayang, Lorentius Nico Advery S.T yang selalu mengingatkan penyelesaian tugas akhir ini.

9. Rosa Dina Putranti yang selalu member semangat serta saran selama pengerjaan tugas akhir ini, serta selalu menghibur penulis ketika mengalami kejenuhan.

10. Antonius Dian Pratama yang selalu membantu memberi saran ketika penulis menjumpai permasalahan dalam pengolahan data.

11. Teman-teman bimbingan tugas akhir :Antonius Dian Pratama Yosephine Novita Apriati, Maria Tefa, Felisia Arum Ratriyantari, dan Septiana Ganeshi yang telah membantu sharing dan diskusi.

12. Teman-teman Pendidikan Fisika 2013 yang saling mendukung dan memberikan semangat.

(12)
(13)

xii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Rumusan Masalah ... 4

C. Batasan Masalah... 5

D. Tujuan Penelitian ... 5

E. Manfaat Penelitian ... 5

(14)

xiii

BAB II DASAR TEORI... 7

A. Kalor dan Perpindahanya ... 7

B. Hukum Pendinginan Newton ... 11

C. Huhum Kekekalan Energi dan Daya ... 11

BAB III METODE PENELITIAN... 14

A. Persiapan Alat ... 14

B. Pengambilan Data ... 19

C. Analisa Data ... 22

1. Koefisien Kondukivitas Termal ... 22

2. Kalor Jenis ... 23

3. Konstanta Pendinginan ... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28

A. Hasil ... 28

1. Spesifikasi Logam ... 28

2. Penentuan Nilai Koefisien Konduktivitas Termal Logam ... 29

3. PenentuanNilai Kalor Jenis ... 38

4. Penentuan Nilai Konstanta Pendinginan Newton ... 45

B. Pembahasan ... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 63

A. Kesimpulan ... 63

B. Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA ... 66

(15)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Spesifikasi Logam ... 28 Tabel 4.2 Hubungan Beda Suhu terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen

Pemanas yang Diberikan Tegangan dan Kuat Arus pada Logam Alumunium... 31 Tabel 4.3 Hubungan Beda Suhu terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen

Pemanas yang Diberi Tegangan dan Kuat Arus Tertentu pada Logam Tembaga. ... 36

Tabel 4.4 Nilai Koefisien Koduktivitas Termal untuk Logam Aluminium dan Logam Tembaga ... 38 Tabel 4.5 Hubungan Kalor Jenis Aluminium terhadap Daya Listrik yang

Digunakan Elemen Pemanas ... 40 Tabel 4.6 Hubungan Kalor Jenis Tembaga terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen Pemanas. ... 44 Tabel 4.7 Nilai Kapasitas Kalor untuk Logam Alumuium dan Logam Tembaga .. 45 Tabel 4.8 Hubungan Antara Konstanta Pendinginan dengan Daya Listrik Pada

Logam Aluminium ... 48 Tabel 4.9 Hubungan Antara Konstanta Pendinginan dengan Daya Listrik Pada

Logam Tembaga ... 51 Tabel 4.10 Nilai Konstanta Pendinginan untuk Logam Aluminium dan LogamTembaga ... 52

(16)

xv

Tabel 5.1 Nilai Koefisien Konduktivitas Termal untuk Masing-masing Jenis Logam... 63 Tabel 5.2 Nilai KalorJenis untuk Masing-masing Jenis Logam ... 64 Tabel 5.3 Nilai Konstanta Pendinginan untuk Masing-masing Jenis Logam ... 64

(17)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konduksi kalor pada plan-paralel ... 8

Gambar 3.1 Skema rangkaina alat dan bahan penelitian ... 16

Gambar 3.2 Foto rangkaian alat dan bahan penelitian ... 17

Gambar 3.3 Posisi elemen pemanas diatas logam ... 18

Gambar 3.4 Posisi sensor suhu dari sudut perspektif ... 18

Gambar 3.5 TampilanawalLogger Pro ... 19

Gambar 3.6 Tampilan menu Data ... 20

Gambar 3.7 Tampilan kotak dialog “New Calculated Column” dan pengaturannya ... 20

Gambar 3.8 Tampilan menu “Insert” dan sub menu “Graph” ... 20

Gambar 3.9 Tampilan Logger Pro setelah memilih sub menu “Graph” ... 21

Gambar 3.10 Tampilan kotak dialog “Data Collection” dan pengaturannya ... 21

Gambar 3.11 Lambang Curve Fit pada toolbars ... 25

Gambar 3.12 Tampilan kotak dialog setelah mengklik lambang Curve Fit ... 26

Gambar 3.13 Tampilan kotak dialog mengklik Define Function ... 26

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B, Dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x 10-6 m2)yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar(6,5 ± 0,2)  10-1watt ... 30

(18)

xvii

Gambar 4.2 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu pada logam Aluminium(l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2)yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar(6,5 ± 0,2)  10-1watt. ... 30

Gambar 4.3 Grafik hubungan bedasuhu dan daya listrik untuk percobaan pada logam Aluminium(l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) ... 32 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B, Dan suhu

lingkungan terhadap waktu pada logam Tembaga(l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)  10 -1 watt . 34 Gambar 4.5 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu pada logam Tembaga

(l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)  10 -1 watt ... 35 Gambar 4.6 Grafik hubungan beda suhu dan daya listrik untuk percobaan pada

logam Tembaga(l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (15,43 ± 0,3) x10-6 m2) ... 36 Gambar 4.7 Grafik Hubungan Suhu Pada Titik A dan Titik B dan Suhu

Lingkungan terhadap Waktu pada Logam Aluminium(l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik yang belum landai ... 38

(19)

xviii

Gambar 4.8 Grafik hubungan perubahan suhu logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x 10-6 m2) terhadap Kalor menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar(6,5 ± 0,2)  10-1watt ... 39 Gambar 4.9 Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap

Waktu pada Logam Tembaga(l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,0) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik yang belum landai ... 40 Gambar 4.10 Grafik hubungan perubahan suhu rata-rata pada titik A dan titik B

logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap kalor menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)  10-1watt ... 43 Gambar 4.11 Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap

Waktu pada Logam Aluminium (l = (5,0,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x 10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x 10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik daerah pendinginan ... 45 Gambar 4.12 Grafik Hubungan Suhu Logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10

-4

m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap Waktu Pendinginan yang Sebelumnya Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya (6,5 ± 0,2) x10-1 Watt Hingga Suhu 30,360C ... 47

(20)

xix

Gambar 4.13 Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap Waktu pada Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik daerah pendinginan ... 49 Gambar 4.14 Grafik Hubungan Suhu Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4

m, A = (154,3 ± 0,3) x 10-6 m2) terhadap Waktu Pendinginan yang Sebelumnya Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya (6,5 ± 0,2) x10-1 Watt Hingga Suhu 30,57 0C ... 50

(21)

1 BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Fisika adalah ilmu pengetahuan yang paling mendasar, karena berhubungan dengan perilaku dan struktur benda [Giancoli, 2001]. Materi fisika biasanya bersifat abstrak karena selain membutuhkan penguasan teori yang cukup, untuk mempelajari fisika juga membutuhkan imajinasi dan keterampilan matematika yang baik. Dalam mempelajari dan memahami suatu materi fisika, perlu disertai suatu eksperimen. Eksperimen bertujuan untuk memahami konsep Fisika secara nyata.

Termodinamika merupakan salah satu pokok bahasan fisika yang membahas tentang panas, dan pertukaran energi dalam suatu sistem. Pokok bahasan dalam termodinamika salah satunya adalah perpindahan panas. Perpindahan panas dapat terjadi melalui tiga mekanisme yaitu konveksi, radiasi, dan konduksi [Tipler, 1998; Giancoli, 2001].

Konduksi merupakan salah satu mekanisme perpindahan kalor. Konduksi terjadi karena adanya perbedaan suhu antara dua buah bagian dalam satu sistem. Aliran kalor yang terjadi selama konduksi berasal dari bagian yang memiliki suhu lebih tinggi menuju bagian yang memiliki suhu lebih rendah. Konduksi umumnya terjadi pada benda padat. Peristiwa konduksi kalor dihantarkan melalui interaksi antar molekul-molekul yang berdekatan satu sama lain dalam benda tersebut. Proses perpindahan kalor

(22)

secara konduksi tidak disertai perpindahan molekul-molekul penyusun bahan [Kreith, 1964].

Konduktivitas termal merupakan suatu koefisien yang menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan kalor. Semakin baik suatu bahan menghantarkan kalor, maka nilai koefisien konduktivitas termal bahan tersebut semakin besar. Sebaliknya jika bahan tersebut kurang baik dalam menghantarkan kalor, maka nilai koefisien konduktivitas termalnya kecil. Bahan dengan nilai koefisien konduktivitas termal yang besar disebut dengan konduktor. Sedangkan bahan dengan nilai koefisien konduktivitas termal yang kecil disebut isolator. Sebagian besar jenis logam merupakan konduktor, sedangkan kayu dan plastik merupakan contoh bahan yang termasuk isolator [Kreith, 1964; Kern, 1965; Giancoli, 2001].

Ketika energi panas ditambahkan pada suatu zat, maka temperatur zat tersebut naik, hal tersebut dipengaruhi oleh sebuah kalor jenis. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur suatu zat satu derajad per satuan massa [Tipler,1991; Kreith, 1964].

Secangkir susu panas yang dibiarkan begitu saja, maka lama kelamaan secangkir susu tersebut menjadi dingin. Hal ini terjadi karena adanya proses pendinginan. Proses pendinginan menyebabkan susu yang semula bersuhu tinggi mejadi bersuhu lebih redah. Bahkan suhu dari susu mejadi sama dengan suhu lingkungan. Keadaan susu ketika suhunya sama dengan suhu lingkungan menandakan susu telah mencapai kesetimbangan termal.

(23)

Kesetimbangan termal merupakan keadaan dimana suhu antara dua buah sistem bernilai sama. Proses pedinginan suatu benda terjadi karena adanya perpindahan panas. Secara umum, proses pendinginan yang melibatkan perpindahan panas mengikuti suatu hukum yang dikenal sebagai hukum pendinginan Newton [Schroeder, 2000; Tipler; 1991; Young, 2002].

Banyak penelitian yang membahas tentang sifat-sifat termal, yaitu penelitian tentang pengukuran sifat panas dari metal meggunakan metode relaksasi. Sifat panas yang diteliti yaitu kostanta koduktivitas termal dan kalor jenis. Sebenarnya penelitian tersebut sekaligus bisa digunakan untuk menentukan sifat panas yang lain, yaitu konstanta pendinginan. Pengukuran sifat panas dilakukan menggunakan termistor yang dirangkai dengan komponen elektronika. Nilai hasil pembacaan oleh termistor terkadang kurang baik, hal itu tergantung pada perangkaian [Fox dkk, 1975].

Beberapa keterbatasan alat konvensional dalam menampilkan hasil pengukuran menyebabkan kesulitan dalam penelitian. Sehingga dikembangkan peralatan-peralatan yang berbasis komputer. Penelitian-penelitian berbasis komputer juga telah banyak dilakukan. Salah satu penelitian yang pernah dilakukan adalah penelitian tentang penentuan nilai koefisien konduktivitas termal pada beberapa jenis kayu menggunakan sensor suhudan Logger Pro. Penelitian tersebut menggunakan sensor suhu dan software Logger Pro untuk memonitor beda suhu pada kayu. Jangka waktu yang diperlukan dalam pengambilan data terbilang cukup lama,

(24)

sehingga penggunaan sensor suhu sangat membantu peneliti. Hasil yang didapatkan juga lebih akurat dan lebih mudah diolah menggunakan

software Logger Pro [Pratama, 2017].

Penelitian ini untuk mengetahui nilai koefisien konduktivitas termal, kalor jenis, dan konstanta pendinginan dari logam Aluminium dan Tembaga menggunakan sensor suhu dan Logger Pro.

Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan. Para guru diharapkan dapat menjadikan metode yang dilakukan pada penelitian ini sebagai referensi dalam melakukan praktikum. Mengingat praktikum pada jenjang SMA sangat diperlukan bagi peserta didik sebagai sarana pendukung dalam memahami teori-teori fisika yang ada. Dengan metode yang digunakan dalam penelitian ini diharapkan siswa lebih memahami konsep perpindahan panas. Metode dalam penelitian ini juga dapat digunakan untuk praktikum pada tingkat universitas.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana metode untuk menentukan koefisien konduktivitas termal, kalor jenis dan konstanta pendinginan suatu bahan?

2. Berapa nilai koefisien konduktivitas termal, kalor jenis dan kontanta pendinginan untuk logam Aluminium dan logam Tembaga?

(25)

C. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Software yang digunakan untuk memonitor suhu logam, serta mengolah data adalah Logger Pro.

2. Bahan yang digunakan adalah Logam Aluminium dan logam Tembaga.

D. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui metode untuk menentukan koefisien konduktifitas termal, kalor jenis, dan konstanta pendinginan.

2. Mengetahui nilai koefisien konduktifitas termal, kalor jenis, dan konstanta pendidinginan logam Aluminium dan logam Tembaga. E. Manfaat Penelitian

1. Mengetahui cara untuk menganalisis data menggunakan software

Logger Pro.

2. Mengetahui jenis logam yang baik untuk perabotan rumah tangga, khususnya perabotan dapur.

3. Mengetahui jenis logam yang tepat untuk bahan penghantar panas yang baik dalam proses pemanasan.

4. Menjadi referensi dalam melakuakan praktikum di tingkat SMA ataupun universitas, khususnya pada materi perpindahan panas secara konduksi.

(26)

F. Sistematika Penulisan

Sistem penulisan laporan ini adalah sebagai berikut: 1. BAB I Pendahuluan

Dalam bab ini disampaikan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

2. BAB II Dasar Teori

Dalam bab ini dijelaskan mengenai teori-teori yang digunakan. 3. BAB III Metode Penelitian

Dalam bab ini dijelakana mengenai metode pengambilan data dan metode untuk menganalisanya.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Dalam bab ini disampaikan hasil penelitian serta pembahasan hasil penelitian.

(27)

7 BAB II DASAR TEORI

A. Kalor dan Perpindahanya

Ketika 2 buah benda yang memiliki perbedaan suhu bersentuhan satu sama lain, akan terjadi perpindahan kalor. Kalor merupakan suatu bentuk energi yang mengalir ketika terdapat perbedaan suhu antara dua buah benda. Kalor mengalir dari sistem bersuhu tinggi menuju sistem bersuhu rendah. Aliran kalor tidak hanya terjadi antara benda ke benda, namun juga antara benda ke lingkungannya. Kalor tidak dimiliki oleh benda tertentu, meskipun suhu benda tersebut tinggi. Kalor dipahami sebagai suatu aliran yang dipengaruhi oleh perbedaan suhu antara dua buah sistem atau lebih. Bila dua buah sistem yang berbeda suhunya disentuhkan satu sama lain, lambat laun kedua sistem tersebut akan memiliki suhu yang sama. Keadaan ini disebut dengan kesetimbangan termal. Pada keadaan ini, tidak ada kalor lagi yang mengalir. Kalor dinyatakan dalam satuan kalori. Kalor yang diterima atau dilepas, oleh suatu benda bermassa m dan memiliki kalor jenis c, yang mengalami perubahan suhu ΔT mengikuti persamaan [Djojodihardjo, 1985 ; Giancoli, 2001; Suparno, 2009]:

 = . . ∆ (2.1) dengan, c = kalor jenis zat (J/kg.K).

(28)

Pada hakihatnya, perpindahan kalor dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran. 1. Konduksi

Bila dua buah sistem yang berbeda suhunya disentuhkan satu sama lain, lama kelamaan kedua sistem tersebut akan memiliki suhu yang sama. Hal sama juga terjadi ketika terdapat perbedaan suhu antara dua buah titik pada suatu sistem, maka kalor akan mengalir dari ujung yang bersuhu lebih tinggi menuju ujung yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor tersebut sering disebut dengan konduksi. Konduksi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan panas melewati suatu bahan, tanpa disertai perpindahan partikelnya. Gambar 2.1 menunjukkan arah aliran kalor pada proes perpindahan panas secara konduksi. Ketika sebuah balok dengan konduktivitas termal k memiliki beda suhu antara kedua sisinya, akan terjadi aliran kalor. Kalor mengalir dari sisi balok yang bersuhu tinggi T1 pada koordinat x1 menuju sisi balok yang bersuhu rendah T2 pada koordinat x2, melalui bidang A.

Gambar 2.1 Konduksi panas pada keping plan-paralel

T1 T2

A

x2

x1

Arah aliran kalor Bagian bersuhu rendah Bagian bersuhu tinggi

(29)

Besarnya kalor yang mengalir tiap satu satuan waktu melalui bidang balok dapat dinyatakan dengan persamaan [Kern, 1965; Benson, 1995; Naga, 1991]:

 = − . ( )

(  ) (2.2)

 = − . .  (2.3)

dengan, H : arus panas oleh elemen (W) k : konduktivitas panas (W/m. 0C) A : luas penampang (m2)

dT : beda suhu (0C) dx : tebal bahan (meter)

Tanda negatif yang terdapat pada persamaan (2.2) dan (2.3) menunjukkan kalor mengalir dari sistem yang bersuhu tinggi menuju sistem yang bersuhu lebih rendah. Nilai k merupakan nilai yang menunjukkan konduktivitas termal suatu bahan. Sebuah zat yang mempunyai konduktivitas termal k yang besar adalah penghantar kalor yang baik yang dikenal sebagai konduktor, sedangkan zat yang mempunyai konduktivitas termal k yang kecil adalah penghantar kalor yang jelek yang dikenal sebagai isolator seperti wool, fiberglass, kayu, gabus, dan udara [Suparno,2009; Giancoli, 2001; Kreith, 1958].

(30)

2. Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan panas yang melibatkan aliran fluida dan membawa panas dari suatu tempat ke tempat yang lainnya. Besarnya arus panas H yang dialirkan mengikuti persamaan (2.5) sebagai berikut [ Suparno, 2009]:

 = ℎ. .  (2.5) dengan, H : arus panas (W)

h : koefisien konveksi (Wm2.K) A : luas penampang (m2)

ΔT : beda suhu (0C) 3. Radiasi

Radiasi merupakan perpindahan panas dari suatu benda ke benda lain melalui pancaran. Dalam radiasi panas yang berpindah dalam bentuk gelombang elektomaknetik seperti cahaya tampak. Besarnya arus panas H yang dipancarkan mengikuti persamaan (2.6) sebagai berikut (Kreith,1986; Suparno, 2009):

 = . . .  (2.6)

dengan, H : arus panas (W) ε : emisitivitas

σ : konstanta Stefan-Boltzmann (5.67051  10-8 W/m2.K-4) A : luas penampang (m2)

(31)

B. Hukum Pendinginan Newton

Hukum pendinginan Newton menyatakan bahwa laju perubahan suhu suatu benda sebanding dengan perbedaan suhu benda dan suhu ruang (suhu sekitarnya). Oleh karena itu suhu benda T pada setiap saat t, mengikuti persamaan (2.7)

 =  + 

 (2.7)

dengan, T0 : suhu awal

K : konstanta pendinginan Ts: suhu lingkungan C. Hukum Kekekalan Energi

Energi didefiisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melakukan kerja. Beberapa bentuk energi dalam kehidupan sehari-hari adalah energi gerak, energi panas, dan energi listrik, serta energi cahaya. Sebuah benda secara umum memiliki energi total dengan jumlah yang konstan. Energi total dari benda tersebut merupakan kombinasi dari beberapa bentuk energi. Ketika sebuah benda melepas sejumlah energi, energi lain akan masuk ke dalam benda tersebut. Sebaliknya, ketika sebuah benda mendapat sejumlah energi, benda tersebut juga akan melepas sejumlah energi. Sebagai contoh, sebuah lampu pijar yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menerima energi listrik. Lampu pijar tersebut kemudian menyala dan bertambah suhunya. Hal ini menunjukkan bahwa lampu pijar tersebut melepaskan sejumlah energi berupa energi panas dan energi cahaya. Besarnya energi yang dilepaskan oleh sebuah benda tiap

(32)

satu satuan waktu dikenal dengan istilah daya. Besarnya daya dalam kehidupan sehari-hari dinyatakan dalam satuan Watt. [Giancoli, 2001; Tipler, 1998].

Sebuah pemanas yang dihubungkan dengan sumber tegangan listrik akan menerima energi listrik. Energi listrik ini kemudian diubah menjadi energi panas atau kalor. Besarnya energi listrik yang diterima oleh suatu sistem atau benda (dalam kasus ini pemanas) tiap satu satuan waktu disebut dengan daya listrik. Besarnya daya listrik yang diterima oleh suatu sistem atau sebuah benda merupakan hasil kali antara nilai tegangan dan kuat arus yang mengalir pada benda tersebut.

P = V I (2.8)

dengan, P : daya listrik (watt) V : beda potensial (volt) I : kuat arus (ampere)

Berdasarkan hukum kekekalan energi, elemen pemanas yang digunakan untuk memanasi suatu bahan akan menerima energi listrik, dan mehantarkan energi panas. Besar hataran panas yang mengalir pada bahan mengikuti persamaan (2.3). Kalor yang diterima oleh elemen pemanas adalah hasil kali dari tegangan dengan arus listrik. Kalor yang mengalir tiap satuan waktu sama dengan daya listrik yang diterima oleh elemen pemanas. Sehigga persamaan (2.3) dapat ditulis menjadi:

(33)

 = − . .

 (2.9)

dengan, P : daya listrik (watt)

k : koefisien konduktivitas termal (W/moC) dl : panjang aliran panas (meter)

A : luas penampang (m2)

∆T : beda suhu antara titik A dan titik B (oC)

Berdasarkan persamaan (2.10), beda suhu sebanding dengan daya listrik, panjang aliran kalor, dan berbanding terbalik dengan konstanta konduktivitas termal dan luas penampang benda.

 =.  .  (2.10)

Nilai konstanta konduktivitas termal dapat dihitung menggunakan persamaan (2.10) dengan mengukur panjang aliran kalor, luas penampang, perbedaan suhu, dan daya listrik.

(34)

14 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Persiapan Alat

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Logam

Logam yang digunakan dalam penelitian ini adalah logam Aluminium dan logam tembaga.

2. Elemen pemanas

Elemen pemanas yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk tabung. Elemen pemanas ini terbuat dari lilitan kawat nikelin berdiameter 0,15 mm.

3. Jangka sorong

Jangka sorong digunakan untuk pengukuran panjang l logam dan luas penampang A logam yang memiliki ketelitian 0,02 mm.

4. Neraca digital

Neraca digital digunakan untuk pengukuran massa m logam. 5. Ampermeter

Amperemeter yang digunakan merupakan amperemeter untuk arus bolak balik. Hal ini dikarenakan arus listrik yang hendak diukur berasal dari sumber tegangan bolak balik PLN.

(35)

6. Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan yang digunakan selama penelitian.

7. Slide regulator

Slide regulator berfungsi untuk mengatur besarnya tegangan yang

digunakan selama penelitian. 8. Sensor Suhu

Sensor suhu digunakan untuk memonitor kenaikan suhu pada logam tiap satuan waktu. Sensor suhu yang digunakan merupakan produk Vernier bernama Stainless Steel Temperature Probe Sensor. Sensor suhu yang digunakan memiliki batas ukur suhu mulai dari -40oC hingga 135oC. Resolusi yang dimiliki oleh sensor suhu adalah 0,17 oC pada suhu -40oC sampai 0oC, 0,03oC pada suhu 0oC sampai 40oC, 0,1oC pada suhu 40oC sampai 100oC, dan 0,25oC pada suhu 100oC sampai 135oC [www.vernier.com].

9. Interface

Interface merupakan alat yang digunakan untuk menghubungkan

sensor suhu dengan laptop. Tujuannya agar hasil rekaman sensor suhu dapat ditampilkan pada laptop untuk kemudian diolah. Interface yang diggunakan penelitian ini adalah interface LabPro.

(36)

10. Laptop

Laptop digunakan untuk menampilkan hasil rekam sensor suhu, serta menyimpan hasil rekaman. Selanjutnya, hasil rekaman dianalisa menggunakan sotfware LoggerPro yang telah terinstall di laptop.

11. Statip dan Klem

Statip dan klem digunakan untuk menjepit kayu tempat logam dan sensor suhu saat dilakukan pemanasan terhadap logam.

Alat dan bahan kemudian dirangkai seperti gambar 3.1 dan 3.2

Gambar 3.1. Skema rangkaian alat dan bahan penelitian.

Keterangan gambar : 1. Sumber tegangan 2. Slide regulator 3. Ampermeter AC 4. Elemen pemanas

(37)

5. Logam

6. Kayu penyelubung logam 7. Sensor suhu

8. Statif dan klem 9. Interface Lab Pro 10. Laptop

Gambar 3.2 Foto rangkaian alat dan bahan penelitian.

Elemen pemanas yang digunakan dalam penelitian merupakan elemen yang terbuat dari kawat nikelin. Elemen pemanas tersebut di letakkan di permukaan logam seperti pada gambar 3.3. Tujuannya supaya elemen pemanas mengalami kontak langsung dengan logam sesuai dengan luasan bidang logam. Pada keadaan ini, panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas sepenuhnya dihantarkan ke logam. Besarnya panas yang dilepaskan oleh elemen pemanas tiap satu satuan waktu pada keadaan ini sama dengan daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas.

(38)

Gambar 3.3. Posisi elemen pemanas di atas logam.

Ketika elemen pemanas dihubungkan pada sumber tegangan PLN, elemen pemanas akan mengalami kenaikan suhu. Perbedaan suhu antara elemen pemanas dan logam menyebabkan aliran kalor.

Pada gambar 3.4, suhu pada 2 titik pada logam dan 1 titik dipermukan kayu (suhu lingkungan logam) dimonitor menggunakan sensor suhu. Posisi sensor suhu yang digunakan untuk memonitor terletak di titik A (berdekatan elemen pemanas), titik B (ujung logam) dan diluar sistem.

(39)

B. Pengambilan Data

Dalam penelitian ini, data yang dicari adalah perbedaan suhu antar dua titik seperti pada gambar 3.4. Langkah-langkah untuk mendapatkan data tersebut adalah sebagai berikut :

1. Merangkai alat seperti pada gambar (3.1). 2. Mengatur tampilan Logger Pro (Gambar 3.5).

Gambar 3.5. Tampilan awal Logger Pro

3. Menambahkan kolom “perbedaan Suhu untuk titik A dan titik B” pada tabel yang tercantum dalam Logger Pro dengan memilih sub menu “New

Calculated Column” pada menu “Data” (Gambar 3.6), kemudian

mengatur nilai-nilai pada kotak dialog “New Calculated Column” (Gambar 3.7).

(40)

Gambar 3.6. tampilan menu Data

Gambar 3.7. Tampilan kotak dialog “New Calculated Column” dan pengaturanya

4. Menambah grafik beda suhu dengan memilih sub menu “Graph” pada menu “Insert” (gambar 3.8).

(41)

Gambar 3.9. Tampilan Logger Pro setelah memiliki sub menu “Graph”

5. Mengatur durasi perekaman pada kotak dialog “Data Collection” (gambar 3.10).

Gambar 3.10. Tampilan kotak dialog “Data Collection” dan pengaturanya

6. Mengatur slide regulator untuk memberikan tegangan dengan nilai tertentu dalam rangkaian.

7. Merekam perubahan suhu pada logam dengan menekan “Collect”. Pemberian tegangan dihentikan ketika grafik beda suhu sudah relatif konstan. Perekaman dihentikan ketika grafik beda suhu pada proses pendinginan memiliki nilai beda suhu yang sama dengan nilai beda suhu pada awal proses pemanasan.

(42)

8. Mencatat nilai kuat arus dan tegangan pada rangkaian.

9. Melakukan langkah 6 sampai 8 kembali untuk 4 atau 5 nilai tegangan yang berbeda. Nilai tegangan diatur menggunakan slide regulator . 10. Melakukan langkah 3 sampai 9 kembali untuk jenis logam yang berbeda. C. Analisa Data

1. Koefisien Konduktivitas Termal

Nilai koefisien konduktivitas dapat dihitung dengan terlebih dulu mengetahui nilai beberapa besaran. Besaran-besaran tersebut adalah daya listrik, jarak dua buah titik, beda suhu antar dua buah titik tersebut, dan luas batang logam. Selain daya listrik dan beda suhu, semua besaran yang digunakan dalam perhitungan memiliki nilai konstan. Nilai koefisien konduktivitas termal ditentukan menggunakan grafik hubungan antara perbedaan suhu antara dua buah titik pada logam (dT) terhadap daya listrik (P). Daya listrik yang digunakan menunjukan besarnya kalor yang dilepaskan oleh elemen pemanas setiap satu satuan waktu. Grafik hubungan perbedaan suhu terhadap daya listrik yang diperoleh merupakan grafik linear dengan persamaan grafik:

! =  + " (3.1) dengan, dT : beda suhu(C)

m : gradien grafik (C/Watt) P : daya listrik (Watt) b : konstanta

(43)

Berdasarakan persamaan (2.10) dan (3.1), diperoleh persamaan gradien grafik:

 =  (3.2)

dengan, m : gradien grafik (C/Watt)

Berdasarkan (3.2), nilai koefisien konduktivitas termal dapat dihitung menggunakan persamaan:

=$  (3.3)

dengan, A : luas penampag (m2) m : gradien grafik (C/Watt) l : panjang aliran kalor (m)

2. Kalor Jenis

Persamaan kalor dapat digunakan untuk menentukan besarnya kalor jenis. Besaran yang digunakan untuk meghitung besarnya kalor jenis adalah perubahan suhu, kalor yang diterima dan massa bahan. Selain perubahan suhu dan kalor yang diterima, semua besaran yang digunakan dalam perhitungan memiliki nilai konstan.

Nilai perubahan suhu rata-rata titik A dan titik B pada logam digunaka untuk mencari besarnya nilai kalor jenis. Nilai perubahan suhu tersebut dapat ditentukan dengan cara, sebagai berikut:

(44)

a. Tampilan “Grafik hubungan atara suhu titik A, titik B, dan suhu ligkungan terhadap waktu pada logam yang dipanaskan dengan daya listrik” yang menunjukkan perubahan suhu yang linear diblok. b. Nilai perubahan suhu rata-rata dicatat kedalam tabel hubungan energi

panas dan waktu pendinginan logam yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik.

Nilai kalor jenis ditentukan menggunakan grafik hubungan antara kalor yang diterima (Q) terhadap perubahan suhu (ΔT). Kalor yang diterima tersebut berupa energi panas yang merupakan hasil kali antara daya listrik (P) dikali dengan waktu perekaman (t). Grafik hubungan nilai perubahan suhu rata-rata terhadap kalor yang diterima yang diperoleh merupakan grafik linear dengan persamaan grafik:

 = % ! + " (3.4)

dengan, dT : perubahan suhu(C) m : gradien grafik (Joule/C) Q : kalor yang diterima (Joule) C : kapasitas kalor (J/C) b : konstanta

Berdasrakan persamaan (2.1) dan (3.4), diperoleh persamaan gradien grafik:

% =   (3.5)

dengan, mb : massa benda (kg) c : kalor jenis (J/kgC)

(45)

Nilai kapasitas kalor pada persamaan (3.5) didapatkan dari nilai gradien grafik hubungan nilai perubahan suhu rata-rata terhadap kalor. Berdasarkan persamaan (3.5), nilai kalor jenis dapat dihitung menggunakan persamaan:

 =$$

& (3.6)

3. Konstanta Pendinginan

Nilai konstanta pendinginan dapat ditentukan dengan melakukan pengukuran suhu setiap saat dan kemudian memfitnya dengan persamaan (2.7) di atas. Berikut ini adalah cara memfitting data menggunakan

software LoggerPro, sebagai berikut:

a. Mengambil suhu proses pendinginan pada titik A serta waktu pedingiannya dari grafik hubugan antara suhu pada titik A dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam.

b. Membuat grafik hubungan pendinginan pada logam terhadap waktu pedinginan.

c. Fitting data dilakukan dengan mengklik “curve fit” seperti yang ditunjukkan gambar 3.11. Sehingga akan tampil kotak seperti gambar 3.12.

(46)

Gambar 3.12. Tampilan kotak dialog setelah mengklik lambang Curve Fit

d. Fitting data pada penelitian ini dilakukan dengan memasukan persamaan, dengan mengklik “Define Fungction” seperti ditunjukkan pada gambar 3.12. Sehingga akan tampil kotak seperti gambar 3.13.

Gambar 3.13. Tampilan kotak dialog mengklik Define Function

e. Persamaan yang akan digunakan untuk memfit data beserta penamaannya diketik pada kotak dialog “User Define Function” (Gambar 3.13).

(47)

f. Memfitting data dilakukan dengan mengklik “try fit” (Gambar 3.13). Bagian Coefficients tampilan bentuk persamaan beserta nilai-nilai koefisiennya. Apabila hasilnya tampak sudah sesuai atau cocok, tekan tombol “OK” untuk keluar, dan menampilkan hasil fitting untuk grafik beda suhu terhadap waktu.

(48)

28 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Logam yang digunakan dalam penelitian ini adalah Aluminium dan tembaga. Logam-logam tersebut dipanasi menggunakan elemen pemanas menggunakan daya listrik yang berbeda-beda. Proses pemanasan bertujuan untuk melihat kenaikan suhu tiap satu satuan waktu pada dua buah titik dari sebuah logam. Data kenaikan suhu tiap satu satuan waktu tersebut digunakan untuk menetukan nilai koefisien konduktivitas termal, kalor jenis, dan konstanta pendinginan.

1. Spesifikasi Logam

Logam yang akan diteliti berbentuk balok, dimasukan kedalam kayu yang sudah dilubangi menyerupai bentuk logam tersebut. Kayu tersebut dibor pada dua buah tempat, sehingga didapatkan dua buah lobang sebagai tempat memasukkan sensor suhu. Titik-titik tersebut dinamai dengan titik A, dan titik B.

Tabel 4.1 Spesifikasi Logam.

No. Jenis Logam Panjang Logam (x 10-4 m) Luas Penampang (x10-6 m2) Massa (10-4 kg) 1 Aluminium 510,1 ± 0,1 162,6 ± 0,3 221,7 ± 0,1 2 Tembaga 512,2 ± 0,1 154,3 ± 0,3 676,2 ± 0,4

(49)

2. Penentuan Nilai Koefisien Konduktivitaas Termal Logam a. Nilai Koefisien Konduktivitas Termal Logam Aluminium

Logam Aluminium berbentuk balok yang memiliki panjang (510,1 ± 0,1) x 10-4 m dan luas penampang (162,6 ± 0,3) x 10-6 m2 dipanasi menggunakan elemen pemanasan. Daya yang digunakan dibuat bervariasi untuk mendapatkan nilai beda suhu yang berbeda-beda. Nilai daya listrik divariasi dengan mengatur nilai tegangan yang digunakan oleh elemen pemanas. Slide regulator digunakan untuk mengatur besarnya tegangan yang digunakan pada elemen pemanas. Besar tegangan dan kuat arus listrik yang digunakan berturut-turut diatur sebagai berikut (3,4 ± 0,1) volt dan (1,9 ± 0,5) x 10-1 A. Nilai daya listrik yang dihitung menggunakan persamaan (2.8) sebesar (6,5 ± 0,2) 10-1 watt.

Elemen pemanas kemudian memberikan energi panas (kalor). Hal ini menyebabkan terjadinya aliran kalor yang berasal dari elemen pemanas menuju logam. Adanya aliran kalor menyebabkan kenaikan suhu pada setiap titik pada logam. Data perubahan suhu pada dua titik pada logam dimonitor oleh Logger Pro, kemudian dihasilkan grafik perubahan suhu pada titik A dan titik B. Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan antara suhu pada titik A dan titik B terhadap waktu pada logam Aluminium yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 0,2)  10 -1

(50)

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B, dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2) X 10-1 watt.

Setelah didapatkan grafik seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.1, dibuatlah grafik hubungan beda suhu terhadap waktu seperti pada gambar 4.2. Grafik pada gambar 4.2 digunakan untuk mencari nilai beda suhu antara titik A dan titik B pada keadaan pebedaan suhu yang stabil. Hal ini ditunjukkan oleh kurva grafik beda suhu yang cenderung landai.

Gambar 4.2. Grafik hubungan perbedaan suhu terhadap waktu pada logam Aluminium (l = (5101 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2) X 10-1 watt.

(51)

Data grafik beda suhu pada titik A dan titik B, grafik beda suhu, dan tabel percobaan secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 2.

Data-data pada kurva grafik cenderung landai dihitung rata-ratanya. Daerah yang diblok pada grafik di gambar 4.2 merupakan daerah kurva grafik yang cenderung landai. Nilai beda suhu yang didapatkan dari hasil perhitungan nilai beda suhu rata-rata adalah (13,6 ± 0,1)10-1C.

Langkah diatas dilakukan untuk mendapatkan data perbedaan suhu untuk masing-masing nilai daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas. Data-data yang didapatkan, yaitu nilai tegangan, kuat arus, daya listrik, dan beda suhu antara titik A dan titik B yang dimasukkan ke dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2. Hubungan Perbedaan Suhu terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen Pemanas yang Diberi Tegangan dan Kuat Arus Tertentu pada Logam Aluminium. No Teganga (Volt) Kuat Arus ( 10-1 A) Daya Listrik ( 10-1 W) Perbedaan Suhu (10-1C) 1 3,4 ± 0,1 1,9 ± 0,5 6,5 ± 0,2 13,6 ± 0,1 2 3,6 ± 0,1 2,0 ± 0,5 7,2 ± 0,2 14,9 ± 0,1 3 3,6 ± 0,1 2,1 ± 0,5 7,6 ± 0,2 15,9 ± 0,2

(52)

Data beda suhu dan daya listrik pada tabel 4.2 kemudian digunakan untuk membuat grafik hubungan antara suhu dan daya listrik. Gradien grafik ini kemudian digunakan untuk menghitung nilai koefisien konduktivitas termal Aluminium menggunakan persamaan (2.10) dan (3.3).

Gambar 4.3. Grafik hubungan beda suhu dan daya listrik untuk percobaan pada logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2).

Nilai gradien yang diperoleh dari grafik pada gambar 4.3 adalah m =(2,0 ± 0,2)C/Watt

Nilai gradien yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai koefisien konduktivitas termal berdasarkan persamaan (3.3). Melalui perhitungan, didapatkan nilai koefisien konduktivitas termal logam Aluminium sebesar:

(53)

=$ 

k = '*,*×*-/$

0,12/4×(*50,5 *-6)$

k = 156,86W/C m

k =157 W/mC.

Perhitungan nilai ketidakpastian dari koefisien konduktivitas termal adalah sebagai berikut:

Δk k = 89 Δl l: 0 + 9ΔAA:0+ 9Δmm:0 Δk = 89Δl l: 0 + 9ΔA A: 0 + 9Δm m: 0  k ΔK = ;<'*,*,* >0+ <*50,5,? >0+ <,00,>0  157 W/m 0 C ΔK = 16 W/ m0 C

Nilai koefisien koduktivitas termal untuk logam Aluminium adalah:

k = (157 ± 16) W/mC

b. Nilai Koefisien Konduktivitas Termal Logam Tembaga

Logam Tembaga berbentuk balok yang memiliki panjang (512,2 ± 0,1) x 10-4 m dan luas penampang (154,3 ± 0,3) x10-6 m2 dipanasi menggunakan elemen pemanas. Logam Tembaga

(54)

mula-mula dipanasi menggunakan elemen pemanas yang diberi tegangan (3,4 ± 0,1)volt. Besarnya kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah (1,9 ± 0,5)10-1 A. Nilai daya litrik yang diguakan pada elemen pemans adalah sebesar (6,5 ± 0,2)10 -1watt.

Data perubahan suhu pada dua titik logam dimonitor oleh

Logger Pro, kemudian dihasilkan grafik perubahan suhu pada titik

A dan titik B terhadap waktu pada logam Tembaga yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 0,2)10 -1

watt.

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B, Dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)10 -1 watt.

(55)

Gambar 4.5. Grafik hubungan perbedaan suhu terhadap waktu pada logam Tembaga (l = (51,22 ± 0,01) x 10-3 m, A = (15,43 ± 0,03) x10-5 m2)yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)10 -1

watt.

Data grafik perubahan suhu pada titik A dan titik B, grafik beda suhu, dan tabel data percobaan secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 3.

Data-data yang termasuk ke dalam kurva grafik yang cenderung landai dihitung nilai beda suhu rata-ratanya. Cara perhitungan yang digunakan sama seperti cara perhitugan nilai beda suhu rata-rata logam Aluminium. Nilai beda suhu rata-rata yang didapatkan adalah (17,50 ± 0,05) 10-1C. Data beda suhu untuk setiap daya listrik yang diberikan pada elemen pemanas untuk memanaskan logam Tembaga ditampilkan pada tabel 4.3.

(56)

Tabel 4.3. Hubungan Beda Suhu terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen Pemanas yang Diberi Tegangan dan Kuat Arus Tertentu pada Logam Tembaga. No. Teganga (Volt) Kuat Arus ( 10-1 A) Daya Listrik ( 10-1 W) Beda Suhu (10-1C) 1 3,4 ± 0,1 1,9 ± 0,5 6,5 ± 0,2 17,5 ± 0,1 2 3,6 ± 0,1 2,0 ± 0,5 7,2 ± 0,2 19,6 ± 0,1 3 3,6 ± 0,1 2,1 ± 0,5 7,6 ± 0,2 21,5 ± 0,1 4 3,9 ± 0,1 2,2 ± 0,5 8,6 ± 0,2 21,8 ± 0,1 Data beda suhu dan daya listrik pada tabel 4.3. digunakan untuk membuat grafik hubungan beda suhu terhadap daya listrik.

Gambar 4.6. Grafik hubungan beda suhu dan daya listrik untuk percobaan pada logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2).

Nilai gradien yang diperoleh dari grafik pada gambar 4.6 adalah (2,0 ± 0,7)C/watt. Nilai koefisien konduktivitas termal dari logam Tembaga kemudian dihitung dengan persamaan (3.3), beserta ketidakpastiannya adalah:

(57)

=$ 

k = '*0,0×*-/$

0,12/4×(*',? *-6)$

k = 165,97W/C m

k =166 W/mC.

Perhitungan nilai ketidakpastian dari koefisien konduktivitas termal adalah sebagai berikut:

Δk k = 89 Δl l : 0 + 9ΔAA:0+ 9Δmm:0 Δk = 89Δl l: 0 + 9ΔA A: 0 + 9Δm m: 0  k ΔK = ;<'*0,0,* >0+ <*',?,? >0+ <,E0,>0  166 W/m 0 C ΔK = 22,78 W/ m0 C

Nilai koefisien koduktivitas termal untuk logam Tembaga adalah:

k = ( 166± 58) W/mC.

c. Nilai Koefisien Konduktivitas Termal

Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan nilai koefisien konduktivitas termal ditampilkan pada tabel 4.4.

(58)

Tabet 4.4. Nilai Koefisien Koduktivitas Termal untuk Logam Aluminium dan Logam Tembaga

No. Jenis Logam Nilai Koefisien Konduktivitas Termal (W/mC)

1 Aluminium 157 ± 16

2 Tembaga 166 ± 58

3. Penentuan Nilai Kalor Jenis

a. Nilai Kalor Jenis Logam Aluminium

Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam Aluminium yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 0,2)10-1watt yang digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis logam Aluminium.

Bagian kurva grafik yang diblok pada gambar 4.7 menunjukkan keadaan sebelum terjadinya kenaikan suhu yang stabil, pada bagian tersebut digunakan untuk mencari nilai perubahan suhu pada titik A, titik B dan waktu perubahan suhu.

(59)

Gambar 4.7. Grafik Hubungan Suhu pada Titik A, Titik B dan Suhu Ligkungan terhadap Waktu pada Logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ±0,2) x10-1watt, beserta Daerah Kurva Grafik yang belum landai.

Data nilai perubahan suhu dan waktu terjadinya perubahan suhu yang didapatkan dari kurva grafik yang diblok pada gambar 4.7, dimasukkan kedalam tabel hubungan perubahan suhu terhadap kalor yang diberi daya listrik dan waktu perubahan suhu yang terdapat pada lampiran 4. Data tersebut kemudian digunakan untuk membuat grafik hubungan kalor terhadap perubahan suhu. Gradien grafik ini kemudian digunakan untuk menghitung nilai kalor jenis Aluminium menggunakan persamaan (2.1) dan (3.5)

Gambar 4.8. Grafik hubungan perubahan suhu logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap Kalor menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2) X 10-1 watt.

Nilai gradien yang diperoleh dari gradien grafik pada gambar 4.8 adalah

(60)

Nilai gradien yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis berdasarkan persamaan (3.6). Melalui perhitungan, didapatkan nilai kalor jenis logam Aluminium yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)  10-1 watt adalah:

 = 

 =220,71017,5 

c =792,93 J/kgC

Setelah didapatkan nilai kalor jenis pada percobaan menggunakan elemen pemanas dengan daya (6,5 ± 0,2)  10-1 watt. Langkah yang sama dilakukan untuk mendapatkan data kalor jenis untuk masing-masing nilai daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas. Data-data yang didapatkan, yaitu daya listrik dan kalor jenis yang dimasukkan ke dalam tabel 4.5.

Tabel 4.5. Hubungan Kalor Jenis Aluminium terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen Pemanas.

No. Daya Listrik (Watt) Kalor jenis (J/kgC)

1 0,65 792,93 2 0,72 792,48 3 0,76 816,04 4 0,84 817,40 5 0,89 818,76 Rata-rata 807,52

Nilai rata-rata kalor jenis pada tabel 4.5 merupakan nilai kalor jenis dari logam Aluminium. Melalui perhitungan, didapatkan nilai kalor jenis logam Aluminium sebesar 807,52 J/kgC.

(61)

Perhitungan nilai ketidakpastian dari kalor jenis logam Aluminium adalah sebagai berikut:

CJ = 8∑(c − cM)n(n − 1)0

CJ = 8(792,93 − 807,52)0+ (792,48 − 807,52)0+ (816,04 − 807,52)5(5 − 1) 0+ (817,4 − 807,52)0+ (818,76 − 807,52)0

CJ = 836,7820

CJ = 6,06

Nilai ketidakpastian kalor jenis untuk logam Aluminium adalah: c = (807,5 ± 6,1) J/kgC

b. Nilai Kalor Jenis Logam Tembaga

Gambar 4.4 merupakan grafik hubungan antara suhu pada titik A, titik B dan suhu lingkungan terhadap waktu pada logam Tembaga yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 0,2)  10-1 watt yang digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis logam Tembaga.

Bagian kurva grafik yang diblok pada gambar 4.9 menunjukkan keadaan sebelum terjadinya kenaikan suhu yang stabil, pada bagian tersebut digunakan untuk mencari nilai perubahan suhu pada titik A, titik B dan waktu perubahan suhu.

(62)

Gambar 4.9 Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap Waktu pada Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik yang belum landai.

Data nilai perubahan suhu dan waktu terjadinya perubahan suhu yang didapatkan dari kurva grafik yang diblok pada gambar 4.9, dimasukkan kedalam tabel hubungan perubahan suhu terhadap kalor yang diberi daya listrik dan waktu perubahan suhu yang terdapat pada lampiran 5. Data tersebut kemudian digunakan untuk membuat grafik hubungan kalor terhadap perubahan suhu. Kalor disini merupakan energi panas yang didapatkan dari hasil kali daya listrik dan waktu pemanasan. Gradien grafik ini kemudian digunakan untuk menghitung nilai kalor jenis Tembaga menggunakan persamaan (2.1) dan (3.5).

(63)

Gambar 4.10 Grafik hubungan perubahan suhu rata-rata pada titik A dan titik B logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap kalor menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2)  10 -1

watt.

Nilai gradien yang diperoleh dari gradien grafik pada gambar 4.10 adalah

m = (26,2 ± 2,2 ) Joule/C

Nilai gradien yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai kalor jenis berdasarkan persamaan (3.6). Melalui perhitungan, didapatkan nilai kalor jenis logam Tembaga yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik sebesar (6,5 ± 0,2) X 10-1 watt adalah:  =   =67,6226,2 10 ? c =386,87 J/kgC

(64)

Setelah didapatkan nilai kalor jenis pada percobaan menggunaka elemen pemanas dengan daya (6,5 ± 0,2)  10-1 watt. Langkah yang sama dilakukan untuk mendapatkan data kalor jenis untuk masing-masing nilai daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas. Data-data yang didapatkan, yaitu daya listrik dan kalor jenis yang dimasukkan ke dalam tabel 4.6.

Tabel 4.6. Hubungan Kalor Jenis Tembaga terhadap Daya Listrik yang Digunakan Elemen Pemanas.

No. Daya Listrik (Watt) Kalor jenis (J/kgC)

1 0,65 386,87

2 0,72 388,20

3 0,76 387,90

4 0,86 386,87

Rata-rata 387,46

Nilai rata-rata kalor jenis pada tabel 4.6 merupakan nilai kalor jenis dari logam Tembaga. Melalui perhitungan, didapatkan nilai kalor jenis logam Tembaga sebesar 387,46 J/kgC.

Perhitungan nilai ketidakpastian dari kalor jenis logam Tembaga adalah sebagai berikut:

CJ = 8∑(c − cM)n(n − 1)0

CJ = 8(386,87 − 387,46)0+ (388,2 − 387,46)4(4 − 1)0+ (387,9 − 387,46)0+ (386,87 − 387,46)0

CJ = 81,4416

(65)

Nilai ketidakpastian kalor jenis untuk logam Tembaga adalah: c = (387,5± 0,3) J/kgC

c. Nilai Kalor jenis

Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan nilai kalor jenis ditampilkan pada tabel 4.7.

Tabet 4.7. Nilai Kalor jenis untuk Logam Alumuium dan Logam Tembaga

No. Jenis Logam Nilai Kalor jenis (J/kgC)

1 Aluminium 807,5 ± 6,1

2 Tembaga 387,5 ± 0,3

4. Penentuan Nilai Konstanta Pendinginan Newton

a. Nilai Konstanta Pendinginan Newton Logam Aluminium

Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan antara suhu pada titik A dan titik B terhadap waktu pada logam Aluminium yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 1,2)  10 -1

watt. Grafik pada gambar 4.1 pada keadaan proses pemberian daya listrik dihentikan setelah terjadiya konduksi yang stabil diblok digunakan untuk mencari nilai perubahan suhu pada titik A. Hal ini ditunjukkan oleh gambar 4.11.

(66)

Gambar 4.11. Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap Waktu pada Logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik daerah pendinginan.

Setelah didapatkan nilai perubahan suhu pada titik A yang diblok. Data yang didapat dimasukkan kedalam tabel hubungan perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan logam Aluminium yang sebelumnya dipanasi dengan elemen pemanas yang diberi daya listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu tertentu, yang terdapat pada lampiran 6.

Data waktu pendinginan dan perubahan suhu pada titik A kemudian digunakan untuk membuat grafik penurunan suhu pada Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10-4 m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6

m2)

terhadap waktu pendinginan yang sebelumnya dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu 30,360C seperti pada gambar 4.12, sekaligus untuk mencari nilai konstanta pendinginan. Konstanta pendinginan didapatkan dengan memfitting waktu pendinginan dan perubahan suhu pada titik A kedalam persamaan (2.7).

(67)

Gambar 4.12.Grafik Hubungan Suhu Logam Aluminium (l = (510,1 ± 0,1) x 10

-4

m, A = (162,6 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap Waktu Pendinginan yang Sebelumnya Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya (6,5 ± 0,2) x10-1 Watt Hingga Suhu 30,360C.

Grafik yang terdapat pada gambar 4.12 diatas, konstanta pendinginan logam Aluminium yang sebelumnya dipansi dengan elemen pemanas yang diberi daya listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu 30,360C sebesar 0,08/ menit.

Data grafik hubungan perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan logam Aluminium, dan grafik perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 6.

Setelah didapatkan nilai konstanta pendinginan pada percobaan yang sebelumnya dipanasi dengan daya (6,5 ± 0,2) X 10-1 watt. Langkah yang sama dilakukan untuk mendapatkan data konstanta pendinginan untuk masing-masing nilai daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas. Data-data yang didapatkan, yaitu

(68)

daya listrik dan konstanta pendinginan yang dimasukkan ke dalam tabel 4.8.

Tabel 4.8. Hubungan Antara Konstanta Pendinginan dengan Daya Listrik Pada Logam Aluminium.

No. Daya Listrik (Watt) Konstanta Pendinginan (/ Menit) 1 0,65 0,08 2 0,72 0,12 3 0,75 0,14 4 0,84 0,12 5 0,90 0,12 Rata-rata 0,12

Nilai rata-rata pada konstanta pendinginan tabel 4.8 merupakan nilai konstanta pendinginan dari logam Aluminium. Melalui perhitugan, didapatkan nilai konstanta pendinginan Aluminium sebesar 0,12/ menit.

Perhitungan nilai ketidakpastian dari konstanta pendinginan logam Aluminium adalah sebagai berikut:

kJ = 8∑(k − kM)n(n − 1)0

kJ = 8(0,08 − 0,12)0+ (0,12 − 0,12)0+ (0,14 − 0,12)5(5 − 1) 0+ (0,12 − 0,12)0+ (0,12 − 0,12

kJ = 80,00220

(69)

Nilai konstanta pendinginan untuk logam Aluminium adalah: k = (120 ± 0,1)10-3/ menit.

b. Nilai Konstanta Pendinginan Newton Logam Tembaga

Gambar 4.4 merupakan grafik hubungan antara suhu pada titik A dan titik B terhadap waktu pada logam Tembaga yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya listrik (6,5 ± 0,2)  10 -1

watt. Grafik pada gambar 4.4 pada keadaan proses pemberian daya listrik dihentikan setelah terjadiya konduksi yang stabil diblok digunakan untuk mencari nilai perubahan suhu pada titik A. Hal ini ditunjukkan oleh gambar 4.13.

Gambar 4.13. Grafik Hubungan Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap Waktu pada Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) yang Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt, beserta Daerah Kurva Grafik daerah pendinginan.

Setelah didapatkan nilai perubahan suhu pada titik A yang diblok. Data yang didapat dimasukkan kedalam tabel hubungan perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan logam Tembaga

(70)

yang sebelumnya dipanasi dengan elemen pemanas yang diberi daya listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu tertentu, yang terdapat pada lampiran 7.

Data waktu pendinginan dan perubahan suhu pada titik A kemudian digunakan untuk membuat grafik penurunan suhu pada Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap waktu pendinginan yang sebelumnya dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu 30,330C seperti pada gambar 4.14, sekaligus untuk mencari nilai konstanta pendinginan. Konstanta pendinginan didapatkan degan memfitting waktu pendinginan dan perubahan suhu pada titik A kedalam persamaan (2.7).

Gambar 4.14. Grafik Hubungan Suhu Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10-4 m, A = (154,3 ± 0,3) x10-6 m2) terhadap Waktu Pendinginan yang Sebelumnya Dipanasi Menggunakan Elemen Pemanas dengan Daya (6,5 ± 0,2) x10-1 Watt Hingga Suhu 30,33 0C.

(71)

Grafik yang terdapat pada gambar 4.14 diatas nilai konstanta pendinginan logam Tembaga yang dipanasi dengan elemen pemanas yang diberi daya listrik (6,5 ± 0,2) x10-1 watt hingga suhu 30,33 0C sebesar 0,08 / menit.

Data grafik perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan logam Tembaga, dan grafik perubahan suhu pada titik A terhadap waktu pendinginan secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 7.

Setelah didapatkan nilai konstanta pendinginan pada percobaan menggunakan elemen pemanas dengan daya (6,5 ± 1,2) X 10-1 watt. Langkah yang sama dilakukan untuk mendapatkan data konstanta pendinginan untuk masing-masing nilai daya listrik yang digunakan oleh elemen pemanas. Data-data yang didapatkan, yaitu daya listrik dan konstanta pendinginan yang dimasukkan ke dalam tabel 4.9.

Tabel 4.9. Hubungan Antara Konstanta Pendinginan dengan Daya Listrik Pada Logam Tembaga.

No. Daya Listrik (Watt) Konstanta Pendinginan (/Menit) 1 0,65 0,08 2 0,72 0,1 3 0,76 0,1 4 0,86 0,1 5 0,92 0,12 Rata-rata 0,1

(72)

Nilai rata-rata pada konstanta pendinginan tabel 4.9 merupakan nilai konstanta pendinginan dari logam Tembaga. Nilai konstanta pendingian untuk logam Tembaga adalah:

k=(100 ± 0,1)10-3/menit. c. Nilai Konstanta Pendinginan

Berdasarkan perhitungan-perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan nilai konstanta pendinginan ditampilkan pada tabel 4.10.

Tabet 4.10. Nilai Konstanta Pendinginan untuk Logam Aluminium dan Logam Tembaga

No. Jenis Logam Nilai Konstanta Pendinginan (10-3 (/menit))

1 Aluminium 120 ± 01

2 Tembaga 100 ± 0,1

B. Pembahasan

Perpindahan kalor terjadi ketika dua buah benda yang memiliki perbedaan suhu, perpindahan kalor terjadi dari bagian yang bersuhu tinggi menuju bagian yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor dengan cara tersebut merupakan perpindahan kalor secara konduksi. Energi panas dalam proses konduksi dihantarkan melalui interaksi antar atom-atom penyusun dalam bahan tersebut. Ketika atom-atom diberi panas, maka energi kinetik atom-atom penyusun bahan semakin tinggi. Hal ini

(73)

mengakibatkan atom-atom tersebut bergetar dan mengimbas atom-atom di sekitarnya [Tipler, 1998].

Ketika sebuah balok dengan konduktivitas termal k memiliki beda suhu antara kedua sisinya, akan terjadi aliran kalor. Aliran kalor tersebut dari sisi balok yang bersuhu tinggi T1 pada koordinat x1 menuju sisi balok yang bersuhu rendah T2 pada koordinat x2, melalui bidang A. Besarnya kalor yang mengalir kalor yang mengalir pada keadaan ini mengikuti persamaan (2.3).

Kalor yang mengalir tiap satu satuan waktu melalui suatu bahan atau sistem dipengaruhi beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut adalah luas bidang yang dilewati oleh kalor, dan perbedaan suhu antara dua buah titik pada suatu bahan atau sistem. Selain itu, jenis bahan juga mempengaruhi jumlah kalor yang mengalir tiap satu satuan waktu. Jenis bahan yang baik dalam menghantarkan kalor disebut konduktor. Sedangkan jenis bahan yang kurang baik dalam menghantarkan kalor disebut isolator. Baik tidaknya suatu bahan dalam menghantarkan kalor secara konduksi ditunjukkan oleh nilai koefisien konduktivitas termal. Semakin besar nilai koefisien konduktivitas termal bahan, maka semakin baik bahan tersebut menghantarkan kalor. Sebaliknya, semakin kecil nilai koefisien konduktivitas termal suatu bahan, maka semakin buruk bahan tersebut menghantarkan kalor.

Suatu benda yang bersuhu tinggi bila diletakkan di lingkungan yang bersuhu rendah maka lama kelamaan suhu benda tersebut menjadi rendah

(74)

bahkan akan menjadi sama dengan suhu lingkungan sekitarnya. Hal ini terjadi karena adanya proses pendinginan. Proses pendinginan suatu benda terjadi karena adanya kesetimbangan termal antara suhu sistem dengan suhu lingkungan.

Penelitian ini menggunakan logam sebagai bahan yang hendak ditentukan nilai koefisien konduktivitas, kalor jenis, dan koefisien pendinginannya. Logam yang digunakan adalah logam Aluminium dan logam Tembaga dengan panjang 510-2 m. Logam tersebut berbentuk balok. Logam tersebut dimasukan kedalam ruang isolasi dari bahan kayu yang sudah dilubangi menyerupai bentuk logam tersebut. Ruang isolasi tersebut dibuat dari bahan kayu karena kayu memiliki nilai konduktivitas termal yang sangat kecil dibandingkan bahan lain [Suparno,2009]. Hal ini dilakukan untuk meminimalisir input pegganggu yang akan mempengaruhi suhu logam saat proses pengambilan data berlangsung. Kayu yang digunakan untuk ruang isolasi adalah kayu jati, karena kayu jati memiliki nilai konduktivitas termal yang sangat kecil dibandingkan jenis kayu yang lainnya [Pratama,2017]. Kayu tersebut dibor pada dua buah tempat, sehingga didapatkan dua buah lubang. Hal ini dilakukan sebagai tempat memasukkan sensor suhu yang nantinya digunakan untuk memonitor suhu pada kedua titik pada logam tersebut. Kemudian logam-logam tersebut dipanasi menggunakan elemen pemanas. Elemen pemanas yang digunakan terbuat dari kumparan kawat nikelin yang diselubungi oleh pipa Aluminium. Elemen pemanas ini digunakan untuk memanaskan logam

Gambar

Tabel 4.1  Spesifikasi Logam ..................................................................................
Gambar 4.2  Grafik  hubungan  beda  suhu terhadap waktu pada logam  Aluminium(l = (510,1 ± 0,1) x 10 -4  m, A = (162,6 ± 0,3) x10 -6  m 2 )yang dipanasi menggunakan elemen pemanas dengan daya  listrik sebesar(6,5 ± 0,2)   10 -1 watt
Gambar 4.8  Grafik  hubungan  perubahan  suhu logam Aluminium (l = (510,1 ±  0,1) x 10 -4  m, A = (162,6 ± 0,3) x 10 -6  m 2 ) terhadap Kalor  menggunakan  elemen pemanas  dengan  daya listrik sebesar(6,5 ±  0,2)   10 -1 watt .............................
Gambar 4.13  Grafik  Hubungan  Perubahan Suhu Titik A dan Titik B terhadap  Waktu pada Logam Tembaga (l = (512,2 ± 0,1) x 10 -4  m, A =  (154,3 ± 0,3) x10 -6  m 2 ) yang Dipanasi Menggunakan Elemen    Pemanas dengan Daya Listrik (6,5 ± 0,2) x10 -1  watt, b
+7

Referensi

Dokumen terkait

BAB III. TATA LAKSANA SURVEY.. 1) Survey untuk memperoleh masukan dari tokoh masyarakat dan lintas sektor terhadap kegiatan,progam dan layanan di puskesmas yang di lakukan satu tahun

analisis data meliputi 3 langkah, yaitu : Persiapan, tabulasi, penerapan data sesuai demgan pendekatan penelitian. Penafsiran data sangat penting kedudukannya dalam

Nazi in Poland as portrayed in the novel, The True Story of Hansel and. Gretel by

mereka tidak henti$henhtinya melakukan sosialisasi untuk menaaga mutu sesuai Standar &amp;suhan Keperawatan (S&amp;K+&#34; amun, semua usaha dari Sub Mutu Komite Keperawatan

Sumber sekunder dalam penelitian ini meliputi: buku, kitab, maupun sumberlainnya yang berisi pembahasan yang mengenai tinjuan hukum islam yang terkait erat dengan reksadana

Respons Pertumbuhan dan Produksi Kailan ( Brassica Oleraceae L .) pada Pemberian Berbagai Dosis Pupuk Organik Cair Paitan ( Tithonia Diversifolia (Hemsl.)

Sedangkan dalam Undang-undang No 23 Tahun 2002 Tentang Perlindungan Anak pengertian perlindungan anak adalah segala kegiatan untuk menjamin dan melindungi anak dan

• steps in personal selling process • role of the sales manager.. •