8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
1/24
MAKALAH PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA
Konduktivitas termal
OLEH
Gumpana sauti (84126/2007)
Yesi erlinawati (00314/2008)
Novimi sarni (00313/2008)
Dosen Pembimbing:
Dra. Syakbaniah, M. Si
Drs. Amran Hasrah
Dra. Nailil Husna, M. Si
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2010
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
2/24
1
PENGUKURAN KONDUKTIVITAS TERMAL
A. TUJUAN
1. Mengukur konduktivitas termal beberapa material yang berbeda
2.
Menentukan tipe material sampel yang digunakan apakah konduktor atau
isolator
B.
ALAT DAN BAHAN
Peralatan yang digunakan dalam kegiatan pengukuran dapat diperhatikan pada
gambar 1.
Gambar 1. Peralatan yang dibutuhkan pada percobaan
Table 1. Peralatan yang dibutuhkan dalam percobaan.
NO NAMA PERALATAN KETERANGAN JUMLAH
1 Stand with insulating
pad
Tempat material es 1
2 Generator uap Penghasil uap 1
3 Tabung 1 Mengumpulkan es yang melebur 1
4 Tabung 2 Mengumpulkan uap yang terkondensasi 1
5 Material berbeda Masonite, wood, lexan, sheetrock 1 set
6 Termometer Pengukuran suhu 1
7 Jangka sorong Mengukur diameter es 1
8 Stopwatch Pencatat waktu 1
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
3/24
2
C.
TEORI DASAR
Koefisien konduktivitas termal (k) merupakan formulasi laju panas pada suatu
benda dengan suatu gradien temperature. Nilai konduktivitas termal sangat berperan
penting untuk menentukan jenis dari penghantar yaitu konduksi yang baik atau buruk.
Suatu bahan dikatakan konduktor (penghantar panas yang baik) bila bahan tersebut
mempunyai nilai k yang besar yaitu > 4.15 W/mC, biasanya bahan tersebut terbuat
dari logam. Sedangkan untuk isolator (penghantar panas yang buruk) mempunyai nilai
k < 4.01 W/mC, biasanya bahan tersebut terbuat dari bahan bukan logam. (
J.P.Holman, 1993 : 6-7 )
Konduksi termal adalah suatu fenomena transport di mana perbedaan temperatur
menyebabkan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang lain
dari benda yang sama pada temperatur yang lebih rendah. Panas yang ditransfer dari
suatu titik ke titik yang lain melalui salah satu dari tiga metoda yaitu konduksi,
konveksi, dan radiasi. Bila panas yang di transfer tidak diikuti dengan perpindahan
massa dari benda disebut dengan peristiwa konduksi.
Penyelidikan terhadap konduktivitas termal adalah untuk menyelidiki laju dari
konduksi termal melalui beberapa material. Jumlah panas yang dikonduksikan melalui
material persatuan waktu dilukiskan oleh persamaan:
= kA
Dalam kasus perubahan temperatur sebagai akibat perubahan posisi yang
sangat kecil di mana x mendekati nol, maka berlaku:
=
Bila garis dari aliran panas adalah parallel , maka gradien temperatur pada
setiap penampang adalah sama. Untuk kondisi ini jumlah panas yang dikonduksikan
persatuan waktu dapat dituliskan dalam bentuk :
= kA
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
4/24
3
Dalam penampang= energi panas total yang dikonduksikan , A= luasdimana konduksi mengambil tempat, = perbedaan temperatur dua sisi dari material, = waktu selama konduksi terjadi , h= ketebalan dari material dan k= konduktivitastermal dari material.
Koefisien konduktivitas termal k didefinisikan sebagai laju panas pada
suatu benda dengan suatu gradien temperatur . Nilai konduktivitas termal penting
untuk menentukan jenis dari penghantar yaitu konduksi panas yang baik (good
conductor) dan penghantar panas yang tidak baik(good insulator). Karena itu nilai dari
konduktivitas termal menjadi penting untuk dibahas.
Nilai konduktivitas termal suatu material dapat ditentukan melalui pengukuran
tak langsung. Dengan melakukan pengukuran secara langsung terhadap beberapa
besaran lain, maka nilai konduktivitas termal secara umum dapat ditentukan melalui
persamaan:
K=
Dalam teknik pengukuran konduktivitas termal, suatu plat material yang akan
diuji di jepitkan di antara satu ruang uap (stem chamber) dengan mempertahankan
temperatur konstan sekitar 100 dan satu blok es yang di pertahankan padatemperature Konstan 0. Berarti perbedaan temperatur di antara dua permukaan darimaterial adalah 100. Panas yang di transfer diukur dengan mengumpulkan air yangberasal dari es yang melebur . Es melebur pada suatu laju 1 gram per 80 kalori dari
aliran panas (panas laten untuk peleburan es). Karena itu konduktivitas termal dari
suatu material dapat ditentukan menggunakan persamaan:
K=
Keterangan:
K = konduktifitas termal
= massa es
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
5/24
4
= konstanta laju kalor per satuan massa
h = ketebalan material
A = luas permukaan es yang menempel pada es
= perubahan suhu
= waktu yang dibutuhkan selama proses.
Dalam system CGS kalor lebur es adalah 80 kal/gram (Tim eksperimen fisika,
2009).
Panas yang di transfer dari satu titik ke titik lain melalui salah satu dari tiga
metoda yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
1. Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan massa atau partikel
zat perantaranya.
2. Konveksi yaitu perpindahan kalor di sertai dengan perpindahan massa atau partikel
zat perantaranya.
3. Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa
memerlukan medium perantara.
Berikut ini adalah nilai konduktivitas termal berbagai bahan pada suhu :
Tabel 2. konduktivitas termal berbagai bahan pada suhu
BAHAN konduktivita Termal (W/M C)
Logam
Perak Murni 410
Tembaga Murni 385
Aluminium Murni 202
Nikel Murni 93
Besi Murni 73
Baja Karbon, 1% C 43
Timbal Murni 35
Baja Krom-Nikel (18% Cr, 8% Ni) 16.3
Bukan Logam
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
6/24
5
Kuarsa (sejajar sumbu) 41.6
Magnesit 4.15
Marmar 2.08 - 2.94
Batu Pasir 1.83
Kaca Jendela 0.78
kayu, mepel, atau ek 0.17
Serbuk Gergaji 0.059
Wol Kaca 0.038
Sumber:(J. P. Holman, 1993: 610)
Bahanbahan yang biasa digunakan sebagai konduktor antara lain:
1) Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.
2) Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium
yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain yang
gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanismenya.
3) Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang
dipadukan dengan cara kompresi, peleburan, atau pengesahan.
Adapun bahan yang tergolong ke dalam bahan isolator adalah:
1) Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika, dan sebagainya)
2) Bahan berserat (benang, kain, kertas, prespon, kayu, dan sebagainya)
3) Gelas dan keramik
4) Plastik
5) Karet, bakelit, ebonite, dan sebagainya
6) Bahan yang dipadatkan.
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
7/24
6
D.
PROSEDUR KERJA
1. Mengisi benjana es dengan air lalu bekukan dalam freezer . Pekerjaan ini
dilakukan sebelum pelaksanaan kegiatan pratikum.
2. Mengukur ketebalan dari setiap material sampel yang digunakan dalam
pratikum(h).
3. Memasang material sampel pada tabung ruang uap seperti yang ditunjukan
pada gambar 2
Gambar 2. Susunan peralatan untuk konduktivitas termal
4. Mengukur diameter dari blok es dan nilai ini dilambangkan dengan d1.
Tempatkan es tersebut di atas sampel.
5. Membiarkan es berada di atas sampel selama beberapa menit sehingga es mulai
melebur dan terjadi kontak penuh antara es dengan permukaan material sampel.
6. Mentukan massa dari tabung kecil yang digunakan untuk menampung es yang
melebur(Mt).
7. Mengumpulkan es yang melebur dalam tabung untuk suatu waktu pengukuran ta
Misalnya sekitar 3 menit, lakukan untuk 3 kali pengukuran.
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
8/24
7
8. Menentukan massa dari tabung yang berisi es yang melebur tadi(Mta)
9. Menentukan massa es yang melebur (Ma) dengan cara mengurangi Mtadengan
Mt
10.Mengalirkan uap ke dalam ruang uap .biarkan uap mengalir untuk beberapa
menit sampai temperature mencapai stabil sehingga aliran panas dalam keadaan
mantap (steady), artinya temperature pada beberapa titik tidak berubah terhadap
waktu.
11.Mengosongkan tabung yang digunakan untuk mengmpulkan es yang melebur.
Ulangi langkah 6 sampai 9 tetapi pada waktu ini dengan uap dialirkan ke dalam
ruang uap dalam suatu waktu tertentu tau(missal sekitar 3 menit). Ukurlah massa
es yang melebur (Mau). Lakukan lah untuk 3 kali pengukuran.
12.Melakukanlah pengukuran ulang diameter bloke s yang dinyatakan dengan d2.
13.Melakukanlah kegiatan yang sama untuk sampel material yang lainnya.
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
9/24
8
E.
DATA PENGAMATAN
1. Pengamatan menggunakan material Sheet Rockdengan ketebalan h= 6,6 mm,
dan massa dua buah tabung Mt=53,5 gr dan 67,8 gr
Table 3. Data hasil pengamatan menggunakan material Sheet Rock.
No d1(mm) d2 (mm) ta(menit) Ma(gr) tau
(menit)
Mau(gr) Ket
1 94,5
92,2
89,6
- 3 menit 20,5 - - Sebelum
dialiri
uap
2 21,6
3 19,5
4 - 72,3
71,25
69,5
- - 3 menit 10,7 Sesudah
dialiri
uap
5 13,5
6 14,8
2. Pengamatan menggunakan material Wooddengan ketebalan h= 6,25 mm, dan
massa dua buah tabung Mt=53,5 gr dan 67,8 gr.
Table 4. Data hasil pengamatan menggunakan material Wood.
No d1(cm) d2 (cm) ta(menit) Ma(gr) tau
(menit)
Mau(gr) Ket
1 87,9
85,5
85,2
- 3 menit 17,9 - - Sebelum
dialiri
uap
2 14.2
3 16,6
4 - 64,55
62,5
60,55
- - 3 menit 12,2 Sesudah
dialiri
uap
5 16,4
6 16,9
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
10/24
9
3. Pengamatan menggunakan materialMasonitedengan ketebalan h= 0,625 mm,
dan massa dua buah tabung Mt=53,5 gr dan 67,8 gr.
Table 4. Data hasil pengamatan menggunakan materialMasonite.
No d1(cm) d2 (cm) ta(menit) Ma(gr) tau
(menit)
Mau(gr) Ket
1 83,5
82
79,5
- 3 menit 19,9 - - Sebelum
dialiri
uap
2 15,7
3 15,7
4 - 58,6
56,0
53,0
- - 3 menit 13,8 Sesudah
dialiri
uap
5 15,7
6 16,9
4. Pengamatan menggunakan materialLexandengan ketebalan h= 0,94 mm, dan
massa dua buah tabung Mt=53,5 gr dan 67,8 gr.
Table 5. Data hasil pengamatan menggunakan materialLexan.
No d1(cm) d2 (cm) ta(menit) Ma(gr) tau(menit)
Mau(gr) Ket
1 77,50
76,75
73,25
- 3 menit 14,9 - - Sebelum
dialiri
uap
2 17,1
3 15,8
4 - 52,75
49,5
46,45
- - 3 menit 17,8 Sesudah
dialiri
uap
5 18,8
6 19,9
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
11/24
10
F.
PENGOLAHAN DATA
1. Menghitung diameter rata-rata dari es selama eksperimen(dave) dari d1dan d2
Sheet rock
Wood
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
12/24
11
mesonite
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
13/24
12
Lexan
2. Menghitung luas diatas aliran panas antara es yang berkontak dengan
permukaan material sampel (A) dengan diameter dAVE
Sheet rock
drata-rata= 81,55 mm
r = 40,775 mm
A=r2= (3,14)(40,775 mm)
2
= 3,14 x 1662,6 mm2
=5220,56 mm2
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
14/24
13
Wood
drata-rata= 74,36mm
r = 37,18 mm
A=r2
= (3,14)(37,18 mm)2
= 3,14 x 1382,35 mm2
= 4340,58 mm2
mesonite
drata-rata= 68,65 mm
r = 34,325 mm
A=r2
= (3,14)(34,325mm)2
= 3,14 x 11778,2 mm
2
=3699.56 mm2
Lexan
drata-rata= 62,7 mm
r = 31,35 mm
A=r2
= (3,14)(31,35 mm)2
= 3,14 x 982,82 mm2
=3086,06 mm2
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
15/24
14
3. Menghitung laju es yang melebur sebelum dialirkan uap(Ra) dan laju setelah
dialirkan uap (R) untuk setiap material sampel
Sheet rock
Ma tot=
=
Ra =
=
Mau tot =
=
R au=
=
Wood
Ma tot=
=
Ra =
=
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
16/24
15
Mau tot =
=
R au=
=
mesonite
Ma tot=
=
Ra =
=
Mau tot =
=
R au=
=
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
17/24
16
Lexan
Ma tot=
=
Ra =
=
Mau tot =
=
R au=
=
4. Menghitung laju pada es yang melebur sesuai dengan temperatur differensial
untuk setiap material sampel
Sheet rock
RO= RRa
= (0,0722-0,1141) gr/s
= -0,0419 gr/s
Wood
RO= RRa
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
18/24
17
= (0,08427-0,0917) gr/s
= -7,43 x 10-3
gr/s
mesonite
RO= RRa
= (0,08594-0,095) gr/s
= -9,06 x 10-3
gr/s
Lexan
RO= RRa
= (0,104629-0,0885) gr/s
= 0,016129 gr/s
5. Memasukan data hasil perhitungan pada poin sebelumnya pada sebuah table.
Tabel 6. Data hasil perhitungan diameter rata-rata , luas dan laju peleburan
NO SAMPEL dAVE
(mm)
A(mm ) Ra(g/s) R(g/s) Ro(g/s)
1 Sheet rock 81,55 5220,56 0,1141 0,0722 -0,0419
2 Wood 74,36 4340,58 0,0917 0,08427 -0,00743
3 Mesonite 68,65 3699,56 0,095 0,08594 -0,00906
4 Lexan 62,7 3086,06 0,0885 0,104629 0,016129
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
19/24
18
6. Nilai konduktivitas termal dari setiap material sampel
Sheet rock
Ro = -0,0419 gr/s
h = 6,6 mm
A = 5220,56 mm2
T = 100
K =( )
=( )(
)
= -4,25 x 10-4
kal/mm s
Wood
Ro = -7,43 x 10-3
gr/s
h = 6,25 mm
A = 4340,58 mm2
T = 100
K =( )
=
( )( )
= -8,558764036 x 10-6
kal/mm s
Ro = -7,43 x 10-3
gr/s
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
20/24
19
h = 6,25 mm
A = 4340,58 mm2
T = 100
K =( )
=( )(
)
= -8,558764036 x 10-6
kal/mm s
Mesonite
Ro = -9,06x 10-3
gr/s
h = 5,75 mm
A = 3699,56 mm2
T = 100
K =( )
=( )(
)
= -1.126512342 x 10-5
kal/mm s
Lexan
Ro = 0,016129 gr/s
h = 94 mm
A = 3086,06 mm2
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
21/24
20
T = 100
K =( )
=( )(
)
= 3,930256703 x 10-5
kal/mm s
7. Menentukan jenis material sampel berdasarkan nilai konduktivitas termal
Masonite adalah isolator
Wood adalah isolator
Sheet rock adalah isolator
Lexan adalah isolator
8. Nilai konduktivitas untuk setiap material sampel berdasarkan praktikum yang
didapat:
= -4,25 x 10-4kal/mm s
= -8,558764036 x 10-6kal/mm s
= -1.126512342 x 10-5kal/mm s
= 3,930256703 x 10-5kal/mm s
<
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
22/24
21
PEMBAHASAN
A.
Analisis Hasil Praktikum
Berdasarkan dari percobaan yang dilakukan didapatkan bahwa luas
permukaan diatas aliran panas antara es yang berkontak langsung dengan permukaan
material sampel adalah sebagai berikut:
= 5220,56 mm2
=4340,58 mm2
=3699,56 mm2 =3086,06 mm2
Diameter rata-rata es untuk setiap percobaan berturut-turut sheet rock, wood,
mesonite, lexan adalah 81 mm, 55 mm, 74 mm, 36 mm, 68 mm, 65 mm, 62,7 mm.
Untuk harga Ro (laju es yang melebur) untuk setiap sampel didapatkan bahwa
Ro kayu lebih besar dari Ro gabus, triplek dan kaca.
= -0,04119 kal/mm s
= -7,43 x 10-3kal/mm s
= -9,06x 10-3kal/mm s
= 0,016129 kal/mm s Hasil yang di dapatkan pada pratikum tidaklah tepat sama sengan hasil yang
seharusnya di dapatkan hal ini dikarenakan ketidak telitian pada saat melakukan
pratikum misalnya ketidak tepatan posisi mata pada saat membaca hasil dari
pengukuran atau saat membaca skala alat ukur yang digunakan. Dalam menentukan
konduktivitas termal juga di pengaruhi oleh luas diatas aliran panas antara es dengan
permukaan sampel. Semakin tinggi nilai A maka konduktivitas termal semakin kecil.
Jenis material sampel berdasarkan nilai konduktivitas termal:
Masonite adalah isolator
Wood adalah isolator
Sheet rock adalah isolator
Lexan adalah isolator
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
23/24
8/10/2019 Makalah Konduktivitas Termal
24/24
23
Daftar Pustaka
Syakbaniah, Amra Hasra, Nailil Husna. 2009. Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika. adang:
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Negeri Padang.
Top Related