LAPORAN PERCOBAAN

Perpindahan Kalor

OLEH :

KOMANG SUARDIKA (0913021034)

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

TAHUN 2010

LAPORAN PRAKTIKUM

PERPINDAHAN KALOR

I. TUJUAN

1. Mengamati peristiwa konveksi di dalam zat cair dan gas.

2. Membandingkan nilai konduktivitas termal (k) pada beberapa logam.

II. LANDASAN TEORI

1. Konveksi

Konveksi merupakan suatu peristiwa perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan

partikel-partikel perantara. Namun, pada dasarnya perpindahan kalor secara konveksi pada

dasarnya adalah proses perpindahan energy gabungan antara konduksi panas, gerak

percampuran dan proses penyimpangan energy. Perpindahan kalor secara konveksi

berlangsung pada zat cair dan zat gas. Konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam

jarak yang besar. Mekanisme perpindahan kalor terjadi dengan tahap sebagai berikut:

a. Kalor mengalir secara konduksi dari permukaan zat padat ke partikel-partikel fluida

(cairan atau gas) yang berbatasan dengan permukaan zat padat tersebut.

b. Kalor yang diterima fluida akan menaikkan suhu partikel-partikel penyusun fluida

tersebut.

c. Partikel fluida yang bersuhu lebih tinggi akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih

rendah, kemudian bercampur dan melepaskan sebagian kalor yang dimilikinya.

Proses perpindahan kalor secara konveksi dapat dinyatakan dengan persamaan yang

dinyatakan oleh Isaac Newton dengan menyatakan bahwa laju perpindahan kalor

denagn cara konveksi dipengaruhi oleh luas permukaan benda A yang bersentuhan

dengan fluida dan beda suhu ΔT diantara benda dan fluida. Jika h adalah koefisien

konveksi yang dipengaruhi oleh bentuk dan kedudukan permukaan, maka diperoleh

persamaan yaitu:

Qt=hA ∆T

Keterangan: ΔT = perubahan suhu (K)

Q = kalor (J)

t = waktu (s)

h = koefisien konveksi (W/m2.K)

A= luas permukaan (m2)

Pada gambar dibawah ini merupakan salah satu contoh peristiwa konveksi yang terjadi pada zat

cair

2. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan

partikel-partikel zat tersebut. Konduksi adalah proses perpindahan kalor di mana kalor

tersebut mengalir dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah dalam suatu

medium atau antara medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung.

Konduksi dapat berlangsung dalam zat padat, zat cair, atau zat gas. Konduksi kalor pada

banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil tumbukan molekul-molekul. Pada logam,

menurut teori modern, tumbukan antara elektron-elektron bebas di dalam logam dan

dengan atom logam tersebut terutama mengakibatkan untuk terjadinya konduksi. Pada

gambar dibawah ini proses terjadinya konduksi.

Pada ujung besi yang dibakar diatas pegang lama kelamaan terasa semakin panas. Hal

ini disebabkan adanya perpindahan kalor yang melalui besi. Konduksi kalor hanya terjadi

jika ada perbedaan temperatur. Dan memang, ditemukan pada percobaan bahwa

kecepatan aliran kalor melalui benda sebanding dengan perbedaan temperatur antara

ujung-ujungnya. Ditemukan dari percobaan bahwa aliran kalor ∆Q per selang waktu ∆t

dinyatakan pada gambar dibawah ini:

Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T1) sedangkan

benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T2). Karena

adanya perbedaan suhu (T1 – T2), kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju

benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor kekanan). Benda yang dilewati kalor

memiliki luas penampang (A) dan panjang (l). Berdasarkan hasil percobaan, jumlah kalor

yang mengalir selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan

suhu (T1 – T2), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan

berbanding terbalik dengan panjang benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Qt=

KA (T 1−T2

l

Konduktivitas termal (k) merupakan sifat zat yang menunjukkan kemampuan zat

tersebut dalam memindahkan kalor secara konduksi. Zat-zat dimana k besar,

menghantarkan kalor dengan cepat dan dinamakan konduktor yang baik. Sedangkan, zat-

zat yang memiliki k yang kecil, merupakan penghantar kalor yang buruk dan dengan

demikian dinamakan isolator.

TABEL KONDUKTIVITAS TERMAL

Zat Konduktivitas Termal, k

Kkal/s m Co J/s m Co

Perak 10 x 10-2 420

Tembaga 9,2 x 10-2 380

Aluminium 5,0 x 10-2 200

Baja 1,1 x 10-2 40

Kuningan 0,24 x 10-2 10

Es 5 x 10-4 2

Batu bata dan Beton 2,0 x 10-4 0,84

Gabus dan serat kaca 0,1 x 10-4 0,042

Wol 0,1 x 10-4 0,040

Udara 0,055 x 10-4 0,023

III. ALAT DAN BAHAN

a. Konveksi untuk Zat Cair

1. Tabung konveksi

2. Pembakar Spritus

3. Statif 2 buah

4. Korek api

5. Gelas ukur

6. Serbuk dupa

7. Kaki tiga + kassa

8. Air

b. Konveksi untuk Zat Gas

1. Lilin

2. Dua buah cerobong asap

3. Obat nyamuk

4. Korek api

Pembakar spritus

c. Konduksi

1. Logam tembaga

2. Logam besi

3. Logam kuningan

4. Logam aluminium

5. 4 potongan lilin dengan massa yang sama (0,58 gram)

6. Kaki Tiga

7. Pembakar Spritus

8. Stopwatch (nst = 0,2 sekon)

9. Korek api

10. Neraca ohaus (nst = 0,01 gram)

11. Cutter

IV. LANGKAH KERJA

a. Konveksi pada Zat Cair

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Set-up alat seperti gambar di bawah ini:

3. Memasukkan air ke dalam tabung konveksi sampai air terisi penuh

4. Memasukkan serbuk dupa ke dalam tabung kaca

5. Menyalakan pembakar spiritus

6. Mengamati peristiwa yang terjadi

A

B

E

C

D

kuningan

tembaga

aluminium

besi

Gambar 3

b. Konveksi Pada Gas

1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan

2. Set up alat seperti gambar di bawah ini

3. Memasukkan lilin sebanyak satu buah pada cerobong satu dan amati hasilnya

4. Menambahkan lilin sebannyak satu buah pada cerobong dua kemudian amati hasilnya

5. Menambahkan lilin sebanyak satu buah pada tengah-tengah diantara cerobong satu dan

dua.

c. Konduksi

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Set-up alat seperti gambar di bawah ini:

Kotak Kaca

Cerobong 2

Obat nyamuk

Cerobong 1

Lilin

3. Menimbang lilin dengan menggunakan Neraca Ohaus untuk memastikan memiliki

massa yang sama.

4. Meletakkan lilin di atas logam-logam kemudian di bawahnya diletakkan kaki tiga dan

pembakar spritus.

5. Menyalakan pembakar spritus yang bersamaan dengan menekan stopwatch untuk

mengukur waktu yang diperlukan masing-masing logam untuk melelehkan lilin.

6. Mencatat waktu yang diperlukan lilin mulai meleleh pada masing-masing logam.

V. DATA HASIL PENGAMATAN

1. Konveksi (zat cair dan gas)

Pada peristiwa konveksi data tidak dalam bentuk kuantitatif melainkan secara

kualitatif yaitu mengamati peristiwa perpindahan kalor secara konveksi.

Adapun hasil yang diperoleh dari percobaan yang kami lakukan adalah:

A. Konveksi pada zat cair

Dari hasil pengamatan dari praktikum yang dilakukan pada percobaan

gambar 1, saat pembakar spritus diletakkan pada ujung titik D, maka serbuk dupa

tersebut akan bergerak dari titik A,E,D,C dan kembali ke A atau dengan kata lain

pergerakannya membentuk suatu siklus.

B. Konveksi pada gas

Ketika kita memasukkan lilin pada cerobong 1 dan obat nyamuk

diletakkan pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk akan masuk ke

dalam kotak dan asap akan keluar ke cerobong 1.

Ketika kita menambah lilin dan diletakkan pada cerobong 2 dimana letak

obat nyamuk pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk sebagian

besar akan tidak masuk pada kotak tetapi sebagian kecil asap masuk

dalam kotak, dalam hal ini asap keluar kembali melalui cerobong 2.

Ketika kita menambahkan lagi lilin dan diletakan antara lilin yang ada

pada cerobong 1 dan cerobong 2 sedangkan asap obat nyamuk diletakkan

pada cerobong 2, maka asap tidak ada yang masuk pada kotak tetapi asap

keluar pada cerobong 2.

2. Konduksi

No Jenis Logam t (waktu habis lilin meleleh)

sekon

1 Tembaga 59,0

2 Aluminium 60,0

3 Besi 120,0

4 Kuningan 360,0

VI. TEHNIK ANALISIS DATA

Dalam praktikum ini, tidak menggunakan analisis dalam bentuk perhitungan, namun

hanya membandingkan sebuah teori dengan hasil pengamatan yang diperoleh saat

percobaan. Selain itu, juga mengamati pergerakan zat pewarna dalam air pada gelas kimia.

Sedangkan pada gas kita hanya mengamati pergerakan asap. Pada percobaan konduksi,

membandingkan nilai konduktivitas pada beberapa logam.

VII. PEMBAHASAN

a. Konveksi pada zat cair

Dari hasil pengamatan dari praktikum yang dilakukan pada percobaan

gambar 1, saat pembakar spritus diletakkan pada ujung titik D, maka serbuk dupa

tersebut akan bergerak dari titik A,E,D,C dan kembali ke A atau dengan kata lain

pergerakannya membentuk suatu siklus. Berdasarkan teori yang ada, memang

benar pergerakan serbuk dupa seperti itu, sehingga percobaan yang kami lakukan

sesuai dengan teori. Peristiwa konveksi yang terjadi di dalam air berlangsung

seperti sebuah siklus karena ketika partikel diberikan kalor, maka partikel tersebut

akan menjadi lebih ringan dan bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa

jenis yang lebih besar. Begitu pula partikel yang mempunyai massa jenis lebih

besar bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil

sehingga terjadi peristiwa siklus

b. Konveksi pada zat gas

Ketika kita memasukkan lilin pada cerobong 1 dan obat nyamuk diletakkan pada

cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk akan masuk ke dalam kotak dan asap

akan keluar ke cerobong 1. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan suhu

masing-masing cerobong tersebut. Partikel-partikel udara yang berisi lilin pada

cerobong 1 akan menerima kalor yang menyebabkan udara tersebut akan memuai

sehingga massa jenis udara yang ada pada cerobong 1 akan mengecil

dibandingkan dengan massa jenis udara yang ada diluar kotak. Partikel udara

yang telah panas tersebut akan bergerak ke atas sehingga tekanan didalam kotak

konveksi akan menjadi lebih rendah dibandingkan dengan tekanan udara sekitar.

Sedangkan udara yang lebih dingin dan memiliki tekanan yang lebih rendah pada

cerobong 2 akan turun menuju udara yang lebih panas. Rapat massa dan tekanan

udara yang berada pada cerobong 2 lebih besar sehingga asap akan menuju

kerapat massa dan tekanan udara yang lebih kecil.

Ketika kita menambah lilin dan diletakkan pada cerobong 2 dimana letak obat

nyamuk pada cerobong 2, maka asap dari obat nyamuk sebagian besar akan tidak

masuk pada kotak tetapi dalam hal ini asap keluar kembali melalui cerobong 2.

Hal ini disebabkan karena,tidak adanya perbedaan massa jenis udara. Karena

kedeua cerobong diisi dengan lilin, maka massa jenis udara dikedua cerobong

tersebut menjadi lebih ringan dari massa jenis udara di lingkungan. Sehingga

asap obat nyamuk akan mengarah keatas (kembali ke tempat dimasukkannya obat

nyamuk) dan tidak bisa masuk ke dalam kotak konveksi. Jadi konveksi tersebut

hanya terjadi antara obat nyamuk dengan udara dalam lingkungan.

Ketika kita menambahkan lagi lilin dan diletakan antara lilin yang ada pada

cerobong 1 dan cerobong 2 sedangkan asap obat nyamuk diletakkan pada

cerobong 2, maka asap tidak ada yang masuk pada kotak tetapi asap keluar pada

cerobong 2. Hal ini disebabkan karena,tidak adanya perbedaan massa jenis udara.

Karena kedeua cerobong diisi dengan lilin, maka massa jenis udara dikedua

cerobong tersebut menjadi lebih ringan dari massa jenis udara di lingkungan.

Sehingga asap obat nyamuk akan mengarah keatas (kembali ke tempat

dimasukkannya obat nyamuk) dan tidak bisa masuk ke dalam kotak konveksi.

Jadi konveksi tersebut hanya terjadi antara obat nyamuk dengan udara dalam

lingkungan.

c. Konduksi

Dari hasil percobaan yang diperoleh, maka lilin yang diletakkan pada logam tembaga

paling pertama meleleh dengan waktu 59,0 sekon, yang kedua meleleh lilin yang

diletakkan pada logam aluminium dengan waktu 60,0 sekon, yang ketiga meleh lilin yang

diletakkan pada logam besi dengan waktu 120,0 sekon, dan yang terakhir meleleh adalah

lilin yang diletakkan pada logam kuningan dengan waktu 360,0 sekon. Dari teori yang

ada menyatakan bahwa semakin besar nilai konduktifitas termal, maka lilin akan lebih

cepat meleleh. Dari tabel konduktifitas termal, dapat dilihat bahwa k tembaga = 9,2 x 10-2

Kkal/s m Co, k untuk aluminium 5,0 x 10-2 Kkal/s m Co, k untuk besi = 1,1 x 10-2 Kkal/s m

Co,dan k untuk kuningan = 0,24 x 10-2 Kkal/s m Co. sehingga percobaan yang dilakukan

sesuai dengan teori.

Dalam percobaan ini meskipun hasil yang diperoleh secara kualitatif sesuai dengan

teori , namun dalam percobaan yang kami lakukan juga terjadi Kesalahan ,antara lain:

1. Kesalahan umum, Kesalahan ini terjadi karena kesalahan pengamat saat melakukan

praktikum. Kesalahan umum yang terjadi yaitu ketidaktepatan dalam mengukur

masing – masing massa lilin agar keempat massa lilin itu sama.

2. Kesalahan sistematis. Kesalahan ini disebabkan oleh alat ukur dan lingkungan.

Kesalahan ini terjadi pada saat api dari pemanas bunsen yang ditiup oleh angin

sehingga nyalanya tidak rata.

Adapun kendala yang kami hadapi dalam melaksanakan praktikum, antara lain:

1. Kesulitan dalam mengukur keempat massa lilin yang digunakan agar memiliki

massa yang sama.

2. Sulitnya mengkondisikan agar pemanas bunsen tepat berada di tengah-tengah logam

yang di akibatkan oleh adanya angin yang bertiup.

VIII. KESIMPULAN

1. Perpindahan kalor secara konveksi pada zat cair akan membentuk sebuah siklus yang

disebabkan karena ketika partikel diberikan kalor, maka partikel tersebut akan menjadi

lebih ringan dan bergerak ke arah partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih

besar. Begitu pula partikel yang mempunyai massa jenis lebih besar bergerak ke arah

partikel yang mempunyai massa jenis yang lebih kecil. Sedangkan perpindahan kalor

secara konveksi pada gas, dimana asap obat nyamuk bisa masuk ke kotak atau tidak

disebabkan karena adanya perbedaan temperature dan perbedaan massa jenis.

2. Pada perpindahan kalor secara konduksi, nilai konduktivitas termal (k) pada logam akan

berpengaruh terhadap cepat lambatnya lilin tersebut meleleh. Dimana logam yang

memiliki nilai konduktivitas termal (k) paling besar akan menyebabkan lilin paling

cepat meleleh, sedangkan logam yang memiliki nilai konduktivitas termal (k) paling

kecil, akan menyebabkan lilin lebih lambat meleleh.