14

Kalor Pemuaian Koefisien muai linier

Koefisien Muai Linier

Prinsip Dasar Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan mengecil bila didinginkan. Banyaknya pemuaian atau menjadi kecil bervariasi tergantung pada jenis material.

Gbr. 1. Pemuaian panjang batang panjang L0 menjadi (L0 + ∆L)

Berdasarkan eksperimen, diamati perubahan panjang (∆L) sebanding dengan perubahan suhu untuk hampir semua benda padat. Perubahan panjang juga sebanding dengan panjang mula-mula L0 seperti terlihat pada Gbr. 1 Kesetaraan ini dapat ditulis menjadi

[m] (1)

Dengan α adalah koefisien muai linier [/°C] . Persamaan ini juga dapat ditulis dalam bentuk

[m] (2)

Dengan L0 adalah panjang mula-mula pada suhu T0 dan L adalah panjang setelah dipanaskan atau didinginkan pada temteratur T [°C] .

Besar koefisien muai linier α ditentukan oleh bahan pembentuk logam. Dalam eksperimen untuk pengukuran koefisien ini dilakukan dengan mencari perbedaan panjang (∆L) dari batang yang ditempatkan pada ruang dengan suhu t1 dan pada uap panas dengan suhu t2. Perubahan panjang ∆L sebanding dengan panjang awal L1 dan penambahan suhu t2 − t1.

Koefisien muai linear dapat ditulis:

[°C -1] (3)

KM 01

Tujuan Percobaan � Mempelajari proses pemuaian panjang dari

logam � Mencari koefisien muai linier berbagai jenis

logam

15

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah panjang batang logam dan catat suhu ruangan !

2. Masukan batang logam yang akan diukur ke dalam peralatan muai linear serta pasang termometer tepat menempel pada batang logam !

3. Panaskan batang logam hingga 70 derajat. 4. Lepaskan power supply filamen pemanas dan

tunggu hingga suhu tidak mengalami kenaikan. 5. Catat perubahan panjang (∆L) untuk setiap

penurunan suhu 2ºC hingga suhu mencapai 45 derajat !

6. Lakukan hal yang sama (langkah 1 s/d 4) untuk jenis batang logam yang berbeda !

7. Buat bagan data pengamatan !

Pertanyaan 1. Apa yang dimaksud dengan koefisien muai

liniear, koefisien muai luas, dan koefisien muai volume?

2. Tentukan satuan dan dimensi dari besaran-besaran pada pertanyaan pada nomor 1 !

3. Apa yang mempengaruhi besar kecilnya koefisien muai ?

4. Buktikan bahwa koefisien muai luas logam 2 kali koefisien muai linearnya !

5. Buktikan bahwa koefisien muai volume logam 3 kali koefisien muai linearnya !

6. Buat bagan data pengamatan !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buat grafik perubahan panjang terhadap perubahan temperatur (∆L vs ∆T) !

2. Tentukan koefisien muai linear masing-masing logam dengan menghitung kemiringan kurva (gunakan metode kuadrat terkecil) !

3. Bandingkan harga α hasil percobaan dengan daftar α pada buku referensi, dari hal ini tentukan jenis logam tersebut !

4. Adakah cara pengukuran lain untuk menentukan perubahan panjang ∆L? jelaskan

5. Analisis dan buat kesimpulan hasil percobaan yang telah lakukan ?

Peralatan 1 Set peralatan muai panjang 1 Dial gauge 1 Termometer 10 ~ 100°C 3 Jenis batang logam

Gbr. 1 Susunan peralatan pengukuran koefisien muai linier

batang logam

dial gauge

filamen pemanas

beton pelindung

16

Kalor Perpindahan panas Konduktivitas panas

Daya Hantar Panas

Prinsip Dasar Bila sebuah benda memiliki perbedaan suhu di kedua ujungnya, maka akan terjadi perpindahan panas dari suhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Perubahan panas dQ yang dipindahkan sepanjang d dalam jangka waktu dt (disebut juga sebagai laju panas) bergantung pada luas penampang A dan gradien suhu ∂T/∂d:

���� � �� ∂�

∂� [J/s] (1)

dengan k adalah koefisein konduktivitas panas dari zat.

Gbr.1 . Susunan penerima dan pemberi kalor dimana besar suhu T2 > T1 dengan jarak keduanya sejauh d.

Bahan yang bersuhu T2 disebut penerima panas. Jika suhu penerima lebih tinggi dari suhu di sekelilingnya, maka bahan tersebut akan memancarkan kalor persatuan waktu yang besarnya sama dengan

���� � � ��

�� (2)

dengan m adalah massa penerima [g] dan c kapasitas kalor jenis penerima [kal/g.K]. Dalam keadaan setimbang, jumlah kalor yang diterima dan dipancarkan penerima harus sama, sehingga koefisien konduktivitas didefinisikan sebagai:

� � � �����

��

������� [kal/m.s.K] (3)

�����

� berarti perubahan suhu persatuan waktu [K/s]

pada penerima saat suhu setimbang (Ts).

Peralatan 1 Bejana logam 1 Silinder tembaga sebagai penerima panas 2 Termometer 1 Jangka Sorong 1 Heater 1 Lembar gabus

KM 02

Tujuan Percobaan � Mempelajari proses perpindahan panas secara

konduksi � Mengukur daya hantar panas gabus

d

T2 T1

17

Gbr. 2 Susunan peralatan pengukuran daya hantar panas gabus

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah tebal, diameter, dan massa gabus ! 2. Didihkan air dalam bejana 3. Susun peralatan seperti pada Gbr. 2 ! 4. Catat suhu tembaga (T2) hingga penunjukan

termometer pada tembaga tidak naik lagi selama 5 menit (suhu setimbang, Ts) !

5. Pindahkan lembaran gabus, sehingga tembaga mendapat pemanasan langsung hingga suhu naik 5oC di atas suhu setimbang (T2 > Ts). !

6. Angkat bejana pemanas dan letakkan kembali lembaran zat di atas tembaga !

7. Catat waktu yang dibutuhkan setiap penurunan suhu setiap 1°C, dari 5°C di atas suhu setimbang hingga 5°C di bawah suhu setimbang !

8. Catat waktu yang dibutuhkan setiap penurunan

suhu setiap 1°C, dari 5°C di atas suhu setimbang hingga 5°C di bawah suhu setimbang !

Pertanyaan

1. Carilah satuan koefisien konduktivitas k, dan turunkan persamaan (3) !

2. Apakah cara semacam ini dapat digunakan untuk menentukan daya hantar zat yang mempunyai daya hantar besar ? Jelaskan !

3. Apakah cara semacam ini dapat dipakai kalau suhu bejana lebih rendah dari suhu tembaga ? Jelaskan !

4. Mengapa suhu lingkungan tidak diperhitung-kan pada percobaan ini ?

5. Buatlah perkiraan bagan data pengamatan !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buat grafik perubahan suhu terhadap waktu (∆T vs. ∆t) dari penerima panas dan tentukan

gradien pada titik setimbang dengan

menarik garis sesuai kemiringan kurva. !

2. Hitunglah harga koefisien konduktivitas k, bandingkan dengan nilai literatur. Petunjuk: untuk menghitung harga k dari persamaan (3) gunakan T1 suhu air panas, sementara T2 adalah suhu Cu dalam kondisi keseimbangan (=Ts) !

3. Bagaimana jika penerima panas tembaga dilapisi dengan nikel?

4. Buat analisa dan beri kesimpulan dari hasil percobaan ini !

heater bejana pemanas

gabus

termometer

air panas

silinder tembaga

18

Kalor Kuantitas panas Kapasitas panas

Kalorimetri

Prinsip Dasar Panas (∆Q) yang diserap atau dilepaskan benda ketika dipanaskan atau didinginkan sebanding dengan perubahan suhu (∆t) dan massa benda

∆� � � ∆� [kal] (1)

Faktor pembanding c adalah kapasitas kalor jenis dari benda yang bergantung pada jenis materi dengan satuan kal/g°C. Pada percobaan logam berbentuk kepingan dengan massa m1 yang dipanaskan dengan uap panas (T1), dicampurkan dengan air dengan massa m2 dan suhu sebesar (T2) di dalam sebuah kalorimeter. Setelah tercampur, kepingan logam dan air akan mencapai suhu setimbang (Ts) dengan cara pertukaran panas. Panas yang dilepaskan oleh kepingan logam sebesar

∆� � � ����� � ��� (2)

dengan m1 adalah massa kepingan [g] dan c1 adalah kapasitas kalor jenis kepingan [kal/g°C. Sedangkan

Panas yang dilepaskan kepingan akan sama dengan panas yang diserap oleh air

∆� � � �� ��� � ��� (3)

dengan m2 adalah massa air [g]. Bila kapasitas kalor jenis air c2 diketahui dan suhu T1 dianggap sama dengan suhu uap. Konstanta c1 yang tidak diketahuidapat dihitung dengan mengukur T2, TM, m1 dan m2

c� � c������������������� (4)

Tabung kalorimeter juga menyerap panas yang dilepaskan oleh kepingan logam, dengan kapasitas panas sebesar

c� � c�N (5)

Dengan NA adalah nilai air kalorimeter [kal/g°C] yang harus masuk dalam perhitungan. Panas yang diserap kalorimeter dihitung berdasarkan persamaan 3

∆Q� � �m� # N �c��t% � t%� (6) Sehingga persamaan (4) dapat menjadi

c� � c����&'(��������

��������� (7)

KM 03

Tujuan Percobaan � Mempelajari prinsip kerja kalorimeter � Menentukan besar kalor lebur es � Menentukan besar kalor jenis beberapa logam

19

Gbr.1 .Peralatan yang digunakan untuk mengukur nilai air kalorimeter

Prosedur Percobaan A. Menentukan nilai air kalorimeter

1. Timbanglah kalorimeter kosong dan pengaduknya !

2. Catat massa air setelah kalorimeter diisi air kira-kira ½ bagian !

3. Masukkan kalorimeter yang berisi air ke dalam selubung luarnya !

4. Tambahkan air mendidih sampai kira-kira ¾ bagian (catat suhu air mendidih) !

5. Catat suhu kesetimbangan ! 6. Timbanglah kembali calorimeter !

B. Menentukan kalor lebur es

1. Timbang kalorimeter kosong dan pengaduk ! 2. Isi kalorimeter dengan air ½ bagian, kemudian

timbang lagi ! 3. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung

luarnya dan catat suhu kalorimeter mula-mula ! 4. Masukkan potongan es ke dalam kalorimeter

kemudian tutup serta aduk ! 5. Catat suhu kesetimbangan ! 6. Timbang kembali kalorimeter tersebut !

Gbr. 2 . Peralalatan untuk menentukan panas jenis logam C. Menentukan kapasitas kalor jenis logam

1. Kepingan logam yang telah ditimbang dimasukkan ke dalam rongga penguap dan panaskan !

2. Timbang kalorimeter serta pengaduknya ! 3. Timbang kalorimeter serta pengaduknya

setelah diisi air kira-kira 3/5 bagian ! 4. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung

luarnya dan catat suhunya ! 5. Catat suhu kepingan logam ! 6. Masukkan kepingan logam ke dalam

kalorimeter dan catat suhu saat setimbang ! 7. Ulangi langkah 1 s/d 6 untuk logam yang lain !

Pertanyaan

1. Apa syarat bagi sebuah kalorimeter ideal ? 2. Terangkan tentang hukum termodinamika ke-0

dan ke-1 dibandingkan dengan azas Black ? 3. Apa yang dimaksud dengan nilai air

kalorimeter ? 4. Apa perbedaan dari kapasitas kalor jenis,

kapasitas kalor dan kalor lebur ? 5. Apa yang dimaksud dengan keadaaan

kesetimbangan termal ? 6. Buat bagan data pengamatan !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Hitung nilai air kalorimeter pada percobaan ini ! 2. Hitung kalor lebur es dan bandingkan hasil

percobaan dengan literature ! 3. Hitung kapasitas kalor jenis logam

dibandingkan dengan literature ! 4. Apa pengaruh dari bentuk dan ukuran logam

terhadap hasil yang diperoleh ! 5. Berikan analisa dan kesimpulan dari hasil

percobaan !

Peralatan 1 Kalorimeter dengan selubungnya 1 Termometer 1 Gelas ukur 1 Beaker glass 1 Heater 1 Steam generator 1 Statif 1 Timbangan Es batu

2 Jenis kepingan logam

20

Kalor

Panas sebagai bentuk energi Kesetaraan energi

Konstanta Joule

Prinsip Dasar Gbr.1 . Susunan peralatan menentukan konstanta Joule

Energi merupakan ukuran dari kerja yang tersimpan dan dapat memiliki berbagai bentuk serta dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Pada sistem tertutup, total energi sistem kekal dalam proses perubahan energi. Pada percobaan ini, kesetaraan energi listrik Elistrik dan energi panas Epanas dibuktikan secara eksperimental. Pasokan energi diubah menjadi panas mengunakan kumparan panas yang mengakibatkan kenaikan suhu dalam kalorimeter. Energi listrik (W) yang digunakan oleh alat dengan beda tegangan V dan arus listrik I selama waktu t adalah

[J] (1)

Sedangkan panas (H) yang ditimbulkan yaitu sebesar

[kal] (2)

dengan NA adalah nilai air kalorimeter [kal/g.°C], m massa air [g], c kalor jenis air [kal/g.°C], dan ∆T perubahan suhu kalorimeter [°C]. Tara kalor listrik didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang digunakan dengan kalor yang ditimbulkan:

[J/kal] (3)

Tujuan Percobaan � Mempelajari kesetaraan antara energi panas

dan energi listrik � Menghitung konstanta Joule

KM 04

21

Prosedur Percobaan A. Menentukan nilai air kalorimeter

1. Ukurlah massa kalorimeter kosong yang akan dipakai pada percobaan beserta pengaduknya, masukkan air kira-kira ¼ bagian ke dalam kalorimeter dan timbang kembali !

2. Catat suhu awal air ! 3. Pasang selubung luar dari kalorimeter ! 4. Didihkan air dalam bejana logam dan catat

suhunya kemudian tuang air mendidih ke dalam kalorimeter sampai kira-kira memenuhi ¾ bagian !

5. Aduk dengan menggunakan pengaduk hingga suhu setimbang yang tertera pada termometer. Catat suhu saat setimbang !

6. Timbang kembali kalorimeter setelah suhu kesetimbangan tercapai !

7. Masing-masing penimbangan dilakukan lima kali !

B. Mengukur konstanta joule

1. Masukkan air kran kira-kira ⅔ bagian ke dalam kalorimeter ! Catat suhu awal air !

2. Susun rangkaian percobaan sesuai dengan Gbr. 1 !

3. Berikan arus sebesar 1 A, catat kenaikan suhu setiap 2 menit selama 20 menit !

4. Catat tegangan listrik sewaktu percobaan ! 5. Ulangi langkah 1 s/d 4 untuk arus 1,5A & 2A !

Pertanyaan

1. Jelaskan arti tara kalor mekanik dan tara kalor listrik !

2. Samakah tenaga mekanik dan tenaga listrik? Jelaskan !

3. Dapatkah tenaga mekanik seluruhnya diubah menjadi tenaga listrik ? Bagaimana jika sebailknya ?

4. Jika dialiri dengan arus listrik mengapa kumparan pemanas akan menjadi panas ?

5. Apa arti nilai konstanta Joule ? 6. Apa yang dimaksud dengan nilai air

kalorimeter ? Apa satuannya ? 7. Buat bagan pengambilan data !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Hitung nilai air kalorimeter ! 2. Buat grafik hubungan waktu dan perubahan

suhu untuk masing-masing arus ! 3. Cari gradien garis pada daerah linear dengan

metode kuadrat terkecil ! 4. Hitung harga tara kalor listrik percobaan ini.

Pergunakan gradien yang telah didapat ! 5. Bandingkan harga yang diperoleh sat

percobaan dengan literatur ! 6. Buat analisis dan beri kesimpulan percobaan

ini !

Peralatan 1 Kalorimeter dengan pemanas 1 Catu daya DC 1 Amperemeter 1 Voltmeter 1 Tahanan geser 1 Termometer 1 Pemanas listrik 1 Bejana logam

22

Kalor Perpindahan panas Kolektor surya

Kolektor Surya

Prinsip Dasar Jumlah kalor yang diterima oleh kolektor surya sebanding dengan banyaknya radiasi yang diserap oleh kolektor dikalikan dengan efisiensi

∆�)∆� � *+ (1)

dengan Δ�- Δ.⁄ adalah kalor yang dirterima kolektor surya persatuan waktu [kal/s], R adalah banyaknya radiasi yang diserap kolektor [kal/s] dan η adalah efisiensi kolektor. Kalor yang diserap oleh air dalam kolektor surya adalah

Δ�012 � � Δ� (2)

dengan Δ�012 adalah jumlah kalor yang diserap oleh air [kal], m adalah massa air di dalam kolektor [g], c adalah kapasitas kalor air [kal/g.K] dan Δ� adalah perbedaan suhu atas dan bawah dari panel kolektor. Sedangkan kalor yang diserap oleh kolektor sebanding dengan selisih suhu panel kolektor dengan suhu ruang � � �30456 � �27048, maka kalor yang diserap oleh kolektor adalah

9�:;<=>9� � �� (3)

dengan Δ�30456 Δ.⁄ adalah kalor yang diserap per satuan waktu [kal/s] dan A adalah konstanta absorbsi kolektor surya [kal/s.K] Kalor yang diterima kolektor surya sama dengan kalor yang diterima air ditambah kalor yang diserap oleh kolektor, sehingga menurut azas Black

Δ�- � Δ�30456 # Δ�012 (4)

Dengan menggabungkan persamaan (1), (2) dan (3) kedalam persamaan (4) akan diperoleh

*+ Δ. � � Δ� # �� Δ. (5)

Sehingga 9�9� � ?-� �

@A � �- � B� (6)

dengan �- � ?-@A adalah konstanta radiasi kolektor

surya dan B � @A adalah konstanta isolasi kolektor

surya. Dari persamaan (6) didapatkan persamaan :

� � �C ��- � D�C�� (7)

Suhu maksimum yang dapat dicapai oleh kolektor panas saat t = ∞ adalah

� � E)C (8)

.

KM 05

Tujuan Percobaan � Memahami proses perpindahan kalor pada

kolektor surya � Menghitung konstanta radiasi yang diterima

panel dan konstanta isolasi dari kolektor panas

23

Gbr 1. Bagian-bagian dalam peralatan kolektor surya

Prosedur Percobaan

1. Periksa susun peralatan kolektor surya seperti terlihat pada Gbr. 1 ! Periksa kerapatan semua penutup karet pada panel surya, sehingga tidak terjadi kebocoran serta kondisi termometer. Ujung termometer harus menyentuh air ! Lampu jangan dinyalakan dahulu !

2. Jika pada panel surya tidak terdapat air yang cukup, masukan air kedalam panel surya dengan membuka kran sampai sampai penuh !

3. Catat suhu kamar serta suhu atas dan bawah pada panel surya mula-mula !

4. Nyalakan lampu, kemudian catat waktu dan suhu bawah setiap kenaikan suhu atas sebesar 1°C . Lakukan hingga suhu atas menunjukan 60°C,

5. Matikan lampu kemudian catat waktu dan suhu bawah setiap penurunan suhu atas sebesar 1°C . Lakukan hingga suhu atas menunjukan 50°C !

Pertanyaan

1. Jelaskan cara-cara perpindahan panas ! 2. Mengapa lampu diletakkan mengarah ke pusat

kolektor panas ? 3. Tentukan satuan dan dimensi dari α dan R ! 4. Buktikan persamaan 6 ! Berikan alas an ! 5. Bagaimana nilai konstanta isolasi panel yang

ideal ? Jelaskan ! 6. Buat bagan pengambilan data !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik suhu mutlak (T) vs waktu (t), untuk keadaan lampu menyala serta saat lampu dimatikan !

2. Buatlah grafik ln T vs t saat lampu dimatikan (nilai KR = 0), dengan menerapkan least square pada grafik ini carilah nilai α !

3. Buatlah grafik T vs saat lampu

dinyalakan (nilai α telah didapat), dengan menerapkan least square carilah nilai KR panel surya. Perpotongan grafik dengan sumbu Y adalah !

4. Bagaimanakah nilai α yang ideal ? 5. Tentukan suhu maksimum yang dapat dicapai

oleh kolektor panas pada percobaan ! 6. Mengapa suhu termometer atas dan bawah

berbeda ? 7. Buatlah dan kesimpulan dari percobaan ini ! 8. Hitung α dan R menggunakan kuadrat terkecil

dan buat grafik !

Peralatan 1 Kolektor surya 1 Lampu 500 Watt 3 Karet penutup 2 Termometer 1 Stopwatch

24

Kalor Teori kinetik gas Gas Ideal

Hukum Gas Ideal

Prinsip Dasar

Hukum-hukum gas Boyle, Charles, dan Gay-Lussac didapat dengan bantuan teknik yang sangat berguna, yaitu menjaga satu atau lebih variabel tetap konstan untuk melihat akibat dari perubahan satu variabel saja. Hukum-hukum ini sekarang dapat digabungkan menjadi satu hubungan yang lebih umum antara tekanan, volume, dan suhu dari gas ideal dengan jumlah tertentu

FG H � (1)

Hubungan ini menunjukan bagaimana besaran P tekanan [N/m2], V volume [m3] dan T suhu [K] akan berubah ketika yang lainya berubah. Hukum gas Boyle, Charles, dan Gay-Lussac sebenarnya hanya merupakan pendekatan untuk gas ideal, sepanjang tekanan dan massa jenis (kerapatan) gas tidak terlalu tinggi, dan gas tidak mengalami kondensasi. Jika dipanaskan gas akan berekspansi. Akibat dari ekspansi ini, tekanan gas akan meningkat pada volume yang sama, yang sesuai dengan Hukum Gay-Lussac

I� � �JKL.MK (2)

Maka dari sistem percobaan ini besarnya tekanan gas adalah :

F80� � F7�020 # F012 (3)

Berdasarkan hubungan Archimedes, diperoleh tekanan air pada tabung pipa U sebesar

F012 � N012OP (4)

Dengan N012 adalah massa jenis air [cm3/g], g percepatan gravitasi [m/s2], dan h perbedaan tinggi kolom air [cm].

Peralatan 1 Bejana pemanas 1 Tabung erlenmeyer 500 ml 1 Pipa U dengan penggaris 1 Termometer 1 Selang 1 Batang statip dan penjepit 1 Kompor listrik

KM 06

Tujuan Percobaan � Mempelajari hukum gas ideal � Menentukan hubungan antara tekanan dan

suhu pada gas ideal

25

Prosedur Percobaan

1. Susunlah peralatan seperti pada Gbr 1 ! 2. Masukan tabung erlenmeyer ke dalam bejana

pemanas, isi bejana pemanas dengan air hingga kira-kira setengahnya !

3. Hubungkan tabung erlenmeyer dengan pipa U menggunakan selang !

4. Buat air dengan menggunakan es batu lalu dimasukan ke dalam bejana pemanas !

5. Buat setimbang kolom kiri (h1) dan kolom kanan (h2) pada pipa U, pada suhu 0°C, lalu catat !

6. Panaskan air di dalam bejana pemanas dengan menyalakan kompor listrik pada daya 300 Watt (saat percobaan, atur pemanasan dengan cara menyala/mematikan daya listrik kompor) !

Gbr 1. Susunan peralatan percobaan gas ideal

7. Untuk setiap kenaikan suhu sebesar 1°C, atur

ketinggian air pada kolom pipa U sebelah kiri (h1) dengan cara mengatur selang pada pipa U bagain bawah sehingga sama dengan ketinggian awal (h10) !

8. Catat ketinggian kolom pipa U sebelah kanan ! 9. Teruskan pemanasan, hingga air pada pipa U

sebelah kanan (h2) tidak dapat terbaca pada skala penggaris !

10. Matikan kompor listrik !

Pertanyaan

1. Jelaskan bunyi Hukum Boyle, Hukum Charles dan Hukum Gay-Lussac tentang gas !

2. Berapa besar kenaikan kerapatan udara bila dipampatkan hingga setengahnya ?

3. Apa yang terjadi pada tekanan udara di dalam sebuh balon bila ditekan menjadi setengahnya pada suhu yang sama ?

4. Apakah yang dimaksud dengan gas ideal ? 5. Apakah yang menyebabkan tekanan atmosfir ? 6. Mengapa gas dan air disebut fluida ? 7. Apakah satuan SI untuk tekanan udara ?

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik hubungan tekanan P terhadap suhu T !

2. Hitung gradien dari hasil grafik tersebut, apakah makna dari gradien tersebut !

3. Apakah yang terjadi jika air di dalam tabung pipa U diganti dengan air raksa ?

4. Buatlah analisis dan beri kesimpulan dari hasil percobaan ini !

h1 h2

manometer pipa U

termometer

erlenmeyer

kompor listrik

26

Kalor Perpindahan panas Pendinginan newton

Pendinginan Newton

Prinsip Dasar

Gbr 1. a) bejana logam warna hitam . b) warna putih, dan c) warna perak Bila suatu bejana berisi air panas dengan suhu T ditempatkan pada sebuah ruangan dengan suhu yang lebih rendah (Tkamar) maka akan terjadi perpindahan kalor dari bejana berisi air panas ke ruangan sekelilingnya. Perlahan-lahan air di dalam bejana akan mendingin hingga akhirnya sama dengan suhu kamar.

Fisikawan Isaac Newton membuat model pada proses pendinginan ini dengan menganggap bahwa laju perpindahan energi panas dari satu benda ke benda lain sebanding dengan perbedaan suhu antara kedua benda tersebut ∆T dan laju pendinginan berubah secara eksponensial terhadap waktu

� � �QD�E� # �E0@02 [K] (1)

Dengan T0 adalah suhu awal [K] dan k adalah konstanta laju pendinginan [K-1]. Pada percobaan ini, diperlukan air panas dalam jumlah yang tidak banyak, untuk mempersingkat waktu proses pendinginan. Bejana yang digunakan merupakan bejana logam yang memiliki warna berbeda yaitu hitam, putih dan metalik untuk

KM 07

Tujuan Percobaan � Mengamati proses pendingan air panas pada

bejana logam � Mempelajari hukum pendinginan Newton pada

proses pendingan air panas dalam bejana

b)

c)

a)

27

mengatahui perbedaan proses perpindahan panas pada bejana dengan warna berbeda.

Prosedur Percobaan

1. Siapkan tiga buah bejana air yang terbuat dari logam dengan warna hitam, putih dan perak dengan tutupnya !

2. Ukur suhu kamar ! 3. Panaskan air pada bejana pemanas dengan

menggunakan heater hingga mendidih ! 4. Masukan air panas ke dalan ketiga bejana

tersebut dengan ketinggian 1 cm dari dasar bejana menggunakan jangka sorong !

5. Tutup ketiga bejana dengan penutupnya dan masukan termometer hingga tercelup ke dalam air panas, namun jangan sampai menyentuh dasar bejana !

6. Tunggu kenaikan suhu hingga pembacaan suhu pada temometer maksimum untuk ketiga bejana !

7. Catat waktu yang diperlukan untuk setiap penurunan suhu 1 °C, hingga turun sebesar 30°C terhadap suhu maksimum dari ketiga bejana tersebut !

8. Setelah selesai, buang sisa air panas yang digunakan !

9. Ulangi prosedur yang sama dengan ketinggian air panas 3 cm dari dasar bejana !

Pertanyaan

1. Bagaimanakah bunyi hukum kesetimbangan termal (hukum termodinamika ke-nol) ?

2. Jelaskan bagaimana kira-kira pengaruh perbedaan warna bejana terhadap penurunan suhu air panas !

3. Apakah hukum pendinginan Newton juga berlaku pada pemanasan ?

4. Jika kita ingin cepat mendinginkan kaleng minuman ringan (dari suhu kamar) di dalam lemari es, apakah lebih baik diletakkan di freezer atau disimpan di ruang buah ? Apa pengaruhnya, jelaskan !

5. Mana yang memiliki laju pendinginan lebih besar, sebuah gelas panas di dalam oven hangat atau sebuah gelas panas pada ruangan dingin ? Atau keduanya memiliki laju pendinginan yang sama ?

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik suhu T terhadap waktu t untuk ketiga bejana dengan berbeda warna dalam satu grafik !

2. Buat kurva ln T terhadap waktu t untuk ketiga bejana dalam satu grafik, carilah besar gradien untuk setiap kurva !

3. Hitung konstanta pembanding k . Bandingkan nilai k untuk setiap perbedaan warna !

4. Buat analisis dan berilah kesimpulan dari percobaan yang dilakukan !

Peralatan 3 Bejana logam warna hitam, putih dan metalik 3 Termometer kaca 1 Stopwatch 1 Bejana pemanas 1 Heater 1 Jangka sorong

28

Kalor Perpindahan panas Konstanta radiasi

Konstanta Radiasi

Prinsip Dasar Setiap permukaan baik panas maupun dingin akan menyerap atau memancarkan energi radiasi. Jika sebuah permukaan menyerap lebih banyak dari pada memancarkan, maka permukaan tersebut disebut sebagai absorber dan suhu permukaan akan naik. Sedangkan bila memancarkan lebih banyak dari pada menyerap maka akan disebut sebagai emiter dan suhunya permukaan benda akan turun.

Kalor yang diserap oleh sebuah benda oleh radiasi adalah

∆� � � ∆� [kal] (1)

Dengan ∆Q adalah perubahan kalor yang diserap oleh benda [kal], m adalah massa benda [g], c adalah panas jenis benda [kal/g.K] dan ∆T adalah perubahan suhu [K]. Sedangkan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh sebuah lamu daya lampu yang diterima oleh sebuah benda persatuan luas adalah

R � �

∆�� [kal/cm2.s] (2)

dengan I adalah intensitas pancaran (disebut juga konstanta radiasi) [kal/cm2.s], A luas penampang lintang benda yang disinari [cm2] dan ∆� .⁄ adalah laju perubahan kalor [kal/s]. Dengan menggabungkan persamaan (1) dan (2) maka akan diperoleh

R � @A

∆�� (3)

Dimana ∆� .⁄ adalah laju perubahan suhu benda [K/s]

KM 08

Tujuan Percobaan � Mempelajari proses penyerapan energi radiasi

pada benda berbeda warna � Mencari konstanta radiasi dari lampu

29

Gbr. 1 . Cara pemasangan plat logam dan termometer Konstanta Radiasi Black Body = 5.7 X 10-8 W/m2 oC4 Silver = 1.19 X 10-8 W/m2 oC4

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah panjang dan lebar plat logam alumunium yang akan digunakan !

2. Masukan termometer ke dalam setiap plat logam dan tempatkan pada statif seperti terlihat pada Gbr. 1 !

3. Letakan posisi lampu dan statif sejauh 5 cm dan atur lampu akan tepat mengarah pada pusat benda !

4. Catat suhu awal dari masing-masing logam ! 5. Hidupkan lampu dan jalankan timer secara

bersamaan ! 6. Catat perubahan suhu masing-masing logam

setiap 1 menit selama 20 menit ! 7. Matikan lampu dan biarkan mendingin ! 8. Ulangi langkah diatas sebanyak 3 kali sebagai

variasi data !

Pertanyaan

1. Menurut anda bagaimana warna yang baik digunakan sebagai reflektor dan absorber, bagaimana aplikasinya ?

2. Karena semua benda memancarkan energi kelingkungan sekitarnya, mengapa suhu benda tidak turun terus ?

3. Apa yang membedakan sebuah benda disebut absorber atau emiter ?

4. Mana yang lebih cepat panas cangkir hitam berisi air dingin atau cangkir warna perak berisi air dingin ?

5. Jika sebuah penyerap energi radiasi yang baik merupakan sebuah pemancar yang buruk, bagaimana suhu keduanya dibandingkan dengan suhu disekelilingnya ?

6. Jika kita menyalakan tungku pemanas dipagi hari yang dingin (T = 20oC), mengapa kita tetap merasakan dingin?

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik perubahan suhu terhadap waktu (∆T vs t) dari setiap plat logam yang diradiasi. Bagaimanakah hubungan antara waktu dan perubahan suhu dari radiasi lampu pada plat tersebut ?

2. Carilah konstanta radiasi dari lampu yang digunakan !

3. Analisa percobaan dan buat kesimpulan !

Peralatan 3 Logam beda warna 3 Termometer 1 Lampu duduk 100 W 1 Stopwatch

30

Kalor Perpindahan panas Absorbsi energi radiasi

Absorbsi Energi Radiasi

Prinsip Dasar Jika sebuah benda memancarkan energi maka benda tersebut juga akan menyerap energi. Pemancar energi yang baik adalah penyerapan energi yang baik pula. Pada percobaan ini digunakan silinder alumunium yang dipanaskan dengan radiasi lampu. Karena proses radiasi, maka terjadi perubahan tekanan di dalam silinder yang akan diukur dengan menggunakan manometer pipa U. Tekanan di dalam silinder mengikuti hukum gas ideal

SG � K+� (1)

dengan p adalah tekanan [N/m2], T suhu silinder [K], V volume silinder [m3], n banyaknya gas [g/mol] dan R konstanta gas 8,315 [J/mol.K]. Perubahan tekanan di dalam karena radiasi lampu akan dicatat selama jangka waktu tertentu, dan persamaan 1 dapat ditulis menjadi

∆3∆� � 4-

T∆�∆� (2)

Perubahan kalor persatuan waktu di dalam silinder adalah

∆�∆� � � ∆�

∆� (3)

Dengan ∆Q/∆t adalah perubahan kalor per waktu, m massa silinder [g], c panas jenis logam [kal/g.K] dan ∆� ∆.⁄ adalah perubahan suhu per waktu [K/s]. Sedangkan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh sebuah lampu dan diterima oleh sebuah benda persatuan luas

R � �

∆�∆� [J/cm2.s] (4)

Dengan I adalah intensitas pancaran (disebut juga konstanta radiasi) A luas penampang lintang benda yang disinari [cm2] dan ∆� ∆.⁄ adalah laju perubahan kalor [kal/s]. Peubahan tekanan didalam silinder karena energi radiasi yang diberikan oleh lampu diperoleh dengan menggabungkan persamaan (2), (3) dan (4), sehingga

∆3∆� � 4-

T

@A R (5)

KM 09

Tujuan Percobaan � Mempelajari proses penyerapan energi pada

silinder yang diradiasi � Mencari hubungan antara radiasi lampu dan

tekanan dalam silinder � Mencari konstanta radiasi dari lampu

31

Gbr.1 . Pengukuran tekanan di dalam silinder yang dipanaskan dengan radiasi lampu

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah diameter dan panjang silinder yang digunakan !

2. Carilah volume silinder dan pipa U yang akan digunakan untuk percobaan ini dengan cara mengisi silinder dan pipa U dengan air setinggi level yang akan digunakan dan banyaknya air dengan menggunakan gelas ukur !

3. Atur posisi lampu, silinder, statif dan pipa U seperti terlihat pada Gbr.1 ! Jarak antara lampu ke silinder sejauh 5 cm mengarah tegak lurus ketengah silinder.

4. Catat suhu awal lingkungan. 5. Hidupkan lampu dan nyalakan stopwatch

secara bersamaan. 6. Catat perubahan tekanan (perubahan

ketinggian air dalam pipa U) setiap 1 menit. Jaga volume sistem tetap konstan dengan

mengatur ketinggian air dalam pipa U tetap sama dengan ketinggian awal sebelum dipanaskan.

7. Matikan lampu dan biarkan lampu mendingin

Pertanyaan

1. Buktikan persamaan (5) ! 2. Bagaimana menghitung perubahan tekanan

menggunakan pipa U ? 3. Apakah warna yang lebih efisien untuk sebuah

radiator, hitam, putih atau metalik ? 4. Apakah kita perlu mencatat tekanan awal

pada percobaan ini ? Terangkan ! 5. Buatlah perkiraan bagan pengambilan data !

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik perubahan tekanan terhadap waktu (∆p vs t) dari masing-masing silinder !

2. Hitunglah gradien dari masing-masing grafik yang diperoleh !

3. Apakah hubungan antara waktu dan perubahan tekanan dari radiasi lampu ?

4. Bandingkan hasil yang diperoleh untuk silinder berbeda warna !

5. Analisa percobaan dan buat kesimpulan !

Peralatan 3 Silinder alumunium 1 Termometer 1 Lampu duduk 100 W 1 Stopwatch