BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang praktikum kalor dan tujuan praktikum kalor. 1.1 Latar Belakang Kalor didefinisikan sebagai perpindahan energi kinetik dari suatu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Perpindahan kalor tentunya membutuhkan media perantara, seperti zat cair, zat padat, maupun gas. Oleh karena itu, jenis perpindahan kalor antar benda dapat diketahui berdasarkan media perantaranya. Sedangkan kalor jenis didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan setiap kilogram massa untuk menaikan atau menurunkan suhunya. Satuan kalor jenis adalah kal/gr o C. Jumlah kalor jenis akan bertambah sesuai dengan jenis zat dan suhu yang digunakan. Kalor jenis mempunyai hubungan dengan kapasitas kalor yang didefinisikan sebagai perbandingan antara kalor yang diberikan pada zat dengan kenaikan suhu zat tersebut. Semakin besar kalor jenis maka akan semakin besar pula kapasitas kalor yang dihasilkan. Apabila suatu benda diberikan sebuah kalor maka akan terjadi kenaikan suhu yang diikuti dengan perubahan ukuran benda yang disebut dengan pemuaian. Berdasarkan pemuaian termal, pemuaian dikelompokkan menjadi pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume. Dapat diketahui bahwa setiap zat mempunyai koefisien muai yang berbeda-beda. Pengukuran suhu untuk perhitungan kalor, kalor jenis, maupun kapasitas kalo dapat dilakukan menggunakan alat. Salah satunya, yaitu infrared thermometer. Infrared thermometer merupakan alat pengukuran suhu digital yang dapat memudahkan dalam membaca suhu dari suatu zat. Dalam dunia perindustrian, kalor dapat digunakan untuk memilih material yang mempunyai ketahanan panas yang sesuai dengan suatu benda yang akan diproduksi, membedakan produk berdasarkan tingkat kalor yang dihasilkan, serta juga dapat digunakan sebagai dasar untuk membuat suatu alat yang mempunyai fungsi untuk membantu proses produksi. 28
29 1.2 Tujuan Praktikum Tujuan dilakukannya praktikum mengenai kalor adalah sebagai berikut. 1. Untuk memahami pengertian kalor. 2. Untuk mengetahui jenis-jenis perpindahan kalor. 3. Untuk mengetahui jenis, prinsip, dan cara kerja alat pengukuran kalor. 4. Untuk dapat menganalisa data hasil pengukuran.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab tinjauan pustaka ini akan menjelaskan landasan teori yang terkait dengan landasan teori yang mendukung berjalannya praktikum kalor serta fungsi dari alat yang digunakan untuk mengukur kalor. 2.1 Kalor Kalor adalah bentuk energi yang mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah (Karyono, 2009). Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel benda akan bergetar dan menumbuk partikel lainnya yang bersuhu rendah. Hal ini berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dengan benda yang semula dingin. 2.2 Perpindahan Kalor Kalor perpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor berhenti ketika suhu kedua benda sudah sama. Kondisi ketika dua benda memiliki suhu sama disebut kesetimbangan panas atau kesetimbangan termal. Selama ada perbedaan suhu maka kalor selalu berpindah hingga tercapai kesetimbangan panas. Terdapat tiga cara perpindahan kalor antar benda, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 1. Konduksi Konduksi merupakan perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain melalui benda. Tapi selama kalor berpindah tidak ada bagian benda maupun atom atau molekul penyusun benda yang ikut berpindah. Cepat perambatan kalor dalam zat padat berbeda untuk zat yang berbeda. Semua logam termasuk zat yang mudah memindahkan kalor. Zat semacam ini disebut konduktor kalor. Sebaliknya, zat yang sulit menghantarkan kalor disebut isolator kalor. Ukukran kemampuan zat menghantarkan kalor dikenal dengan konduktivitas panas. Laju konduksi kalor memnuhi persamaan: Q = ka T t T r... (2-1) t l Sumber: Giancoli (2005) 30
31 Keterangan: q = kalor yang dirambatkan perdetik (J/s) T r = suhu satu ujung benda yang rendah ( o C) T t = suhu ujung benda yang lain yang tinggi ( o C) l = panjang benda (m) A = luas penampang benda (m 2 ) k = konduktivitas panas (J/m s o C) Berikut merupakan ilustrasi dari persamaan diatas. Gambar 2.1 Konduksi Sumber: Karyono (2006) Konduktivitas panas sejumlah zat adalah sebagai berikut. Tabel 2.1 Konduktivitas Panas Zat Konduktivitas panas (J/m s o C) Perak 420 Tembaga 380 Aluminium 200 Baja 40 Es 2 Kaca 0,84 Kayu 0,1 Udara 0,023
32 2. Konveksi Gambar 2.2 Konveksi Sumber: Giancoli (2005) Koveksi merupakan cara perpindahan panas dengan adanya perpindahan molekul atau atom penyusun benda. Ketika satu bagian benda menerima kalor maka atom-atom penyusunnya bergerak lebih cepat. Akibatnya, atom-atom tersebut terdorong (berpindah) ke lokasi dimana atom-atom masih bergetar lambat. Perpindahan atom yang telah bergerak cepat membawa energi kalor. Konveksi hanya terjadi didalam benda yang memiliki atom atau molekul yang dapat bergerak bebas. Zat yang mempunyai karakteristik tersebut ialah cair dan gas. I = Q t = ha T... (2-2) Sumber: Karyono (2006) Keterangan: I = laju kalor konveksi, dalam satuan watt atau W (= J/s) Q = jumlah kalor yang dipindahkan (J) t = waktu terjadi aliran kalor (s) T = beda suhu antara benda dan fluida ( o C atau K) H = koefisien konveksi (Wm -2 K -1 atau Wm -2 o C -1 ) A = luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida (m 2 )
33 3. Radiasi Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui medium. Ruang antara matahari dan bumi kebanyakan hampa. Tetapi panas matahari dapat mencapai bumi. Ini adalah salah satu bukti kalor dapat merambat tanpa melalui medium. Q t = eσat4... (2-3) Sumber: Giancoli (2005) Keterangan: P = daya yang diradiasikan (watt/w) E = emisivitas benda atau koefisien pancaran suatu benda σ = konstanta Stefan (5,6703 x 10-8 W/m 2. K 4 ) A= luas benda yang memancarkan radiasi (m 2 ) 2.3 Infrared Thermometer Infrared thermometer adalah sebuah alat ukur suhu yang dapat mengukur temperatur atau suhu tanpa bersentuhan dengan obyek yang akan diukur suhunya. Prinsip dasar termometer inframerah adalah bahwa semua obyek memancarkan energi infra merah. Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi inframerah yang dipancarkan. Infrared Thermometer mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam (biasanya inframerah) yang dipancarkan objek. Gambar 2.3 Infrared Thermometer Kadang disebut termometer laser jika menggunakan laser untuk membantu pekerjaan pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untuk menggambarkan kemampuan alat mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan emisi ya, temperatur objek dapat dibedakan.
34 2.4 Termometer Raksa Termometer konvensional terdiri atas tabung gelas tertutup yang berisi cairan. Cairan yang umum dipakai dalam termometer kita adalah air raksa (merkuri). Di tepi tabung terlihat garis-garis yang menunjukkan skala temperatur. Bila suhu meningkat, air raksa dalam tabung yang sempit itu akan naik. Titik dimana air raksa tersebut berhenti naik menunjukkan berapa suhu tubuh yang tertera pada skala temperatur. Agar termometer sensitif terhadap suhu maka ukuran pipa kapiler harus dibuat kecil dan dinding termometer (reservoir) dibuat setipis mungkin dan apabila memungkinkan dibuat dari bahan yang konduktor. Gambar 2.4 Termometer Raksa
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM Di bawah ini akan dijelaskan diagram alir dan prosedur praktikum. 3.1 Diagram Alir Praktikum Di bawah ini merupakan diagram alir praktikum kalor konduksi Mulai A Alat dan Bahan Mematikan bunsen burner Mengukur dimensi benda kerja dengan jangka sorong Mengukur suhu benda kerja pada titik yang sudah ditentukan Memasang benda kerja pada ragum Mencatat hasil pengukuran pada worksheet Menyiapkan bunsen burner Data suhu benda kerja Memanaskan benda kerja selama waktu yang ditentukan Selesai A Gambar 3.1 Diagram Alir Praktikum Kalor Konduksi 35
36 Di bawah ini merupakan diagram alir praktikum kalor radiasi Mulai A Alat dan Bahan Menyalakan lampu Mengukur luas permukaan box Mematikan Lampu Memasang Thermometer raksa Mengukur suhu dalam box setelah lampu dinyalakan Mengukur suhu di dalam box sebelum lampu dinyalakan Data Suhu dalam box setelah lampu dinyalakan Memasang lampu Selesai A Gambar 3.2 Diagram Alir Praktikum Kalor Radiasi
37 3.2 Prosedur Praktikum Berikut ini merupakan langkah-langkah prosedur praktikum kalor konduksi dan radiasi: Konduksi 1. Mulai 2. Menyiapkan alat dan bahan 3. Mengukur dimensi dari benda kerja dengan Jangka sorong 4. Memasang benda kerja pada ragum. 5. Menyiapkan Bunsen burner. 6. Memanaskan benda kerja selama waktu yang telah ditentukan 7. Mematikan Bunsen burner 8. Mengukur suhu benda kerja pada titik yang sudah ditentukan 9. Mencatat hasil pengukuran pada worksheet 10. Selesai Radiasi 1. Mulai 2. Menyiapkan alat dan bahan 3. Mengukur luas permukaan box menggunakan penggaris 4. Memasang thermometer raksa 5. Mengukur suhu di dalam box sebelum lampu dinyalakan 6. Memasang lampu 7. Menyalakan lampu 8. Mematikan lampu 9. Mengukur suhu dalam box setelah lampu dinyalakan 10. Selesai
BAB IV LEMBAR KERJA PRAKTIKUM Pada bab ini terdapat gambaran umum praktikum, tabel hasil pengukuran kalor benda kerja alumunium alloy & baja, dan pengukuran kalor radiasi box terbuka & tertutup. 4.1 Gambaran Umum Praktikum Berikut ini adalah penjelasan mengenai benda kerja yang dilakukan pengukuran kalor. 38
39 4.2 Tabel Hasil Pengukuran Kalor dengan Benda Kerja Aluminium Alloy Panjang (cm) Waktu (s) Diameter (cm) Panjang (cm) Titik Suhu ( ) 0 A B C D E F G H I Perhitungan per Titik Perhitungan Langsung OA AB BC CD DE EF FG GH HI
40 4.3 Tabel Hasil pengukuran Kalor dengan Benda Kerja Baja Panjang (cm) Waktu (s) Diameter (cm) Panjang (cm) Titik Suhu ( ) 0 A B C D E F G H I Perhitungan per Titik Perhitungan Langsung OA AB BC CD DE EF FG GH HI
41 4.4 Tabel Hasil Pengukuran Kalor Radiasi Waktu (s) Daya (Watt) Suhu Awal ( o C) Suhu Akhir ( o C) Selisih ( o C) 4.5 Analisis Hasil Pengukuran Kalor Dari hasil pengukuran kalor benda kerja: 1. Apakah terdapat perbedaan besar kalor antara perhitungan antar titik dengan perhitungan secara keseluruhan? Jelaskan! 2. Hal apa yang memengaruhi perpindahan kalor secara konduksi? Jelaskan! 3. Apa saja faktor yang memengaruhi suhu akhir pada perpindahan secara radiasi, sebutkan! 4. Berikan contoh pemanfaatan sifat kalor dalam dunia industri!
42 4.6 Soal Pra-Kegiatan Dibawah ini merupakan soal pra-kegiatan adalah sebagai berikut. 1. Apa yang kalian ketahui mengenai kalor? 2. Sebutkan dan jelaskan jenis perpindahan kalor! 3. Alat apa saja yang dapat digunakan untuk mengukur kalor suatu benda? (min. 3) 4. Batang logam dengan panjang 2 meter, memiliki luas penampang 20 cm 2 dan perbedaan suhu kedua ujungnya 50 0 C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms 0 C, tentukan jumlah kalor yang dirambatkan per satuan luas persatuan waktu! 5. Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm 2 bersuhu 727 o C. Jika koefisien Stefan- Boltzman 5,67 x 10 8 W/mK 4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!.........