28

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/groC. 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.

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.

30

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

𝑡= 𝑘𝐴

𝑇𝑡−𝑇𝑟

𝑙 ........................................................................................................... (2-1)

Sumber: Giancoli (2005)

31

Keterangan:

q = kalor yang dirambatkan perdetik (J/s)

𝑇𝑟 = suhu satu ujung benda yang rendah ( 𝐶𝑜 )

𝑇𝑡 = suhu ujung benda yang lain yang tinggi ( 𝐶𝑜 )

l = panjang benda (m)

A = luas penampang benda (𝑚2)

k = konduktivitas panas (J/m s 𝐶𝑜 )

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 𝑪𝒐 )

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 (oC atau K)

H = koefisien konveksi (Wm-2K-1 atau Wm-2 oC-1)

A = luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida (m2)

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/m2. K4)

A= luas benda yang memancarkan radiasi (m2)

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

35

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

Mengukur dimensi benda

kerja dengan jangka

sorong

Memasang benda kerja

pada ragum

Menyiapkan bunsen

burner

Memanaskan benda kerja

selama waktu yang

ditentukan

A

A

Data suhu

benda kerja

Selesai

Mengukur suhu benda

kerja pada titik yang

sudah ditentukan

Mencatat hasil

pengukuran pada

worksheet

Mematikan bunsen burner Alat dan Bahan

Gambar 3.1 Diagram Alir Praktikum Kalor Konduksi

36

Di bawah ini merupakan diagram alir praktikum kalor radiasi

Mulai

Mengukur luas

permukaan box

Memasang Thermometer

raksa

Mengukur suhu di dalam

box sebelum lampu

dinyalakan

A

A

Selesai

Menyalakan lampu

Mematikan Lampu

Alat dan Bahan

Mengukur suhu dalam

box setelah lampu

dinyalakan

Data Suhu

dalam box

setelah lampu

dinyalakan

Memasang lampu

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

38

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.

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

............................................................................................................................................

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 (oC) Suhu Akhir (oC) Selisih (oC)

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 cm2 dan perbedaan

suhu kedua ujungnya 500C. Jika koefisien konduksi termalnya 0,2 kal/ms0C, tentukan

jumlah kalor yang dirambatkan per satuan luas persatuan waktu!

5. Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-

Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata

energi radiasi benda tersebut!

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

...........................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

................................................................................................................................. ...........

....................................................................................................................... .....................

............................................................................................................................. ...............

............................................................................................................................................

............................................................................................................................. ...............

...........................................................................................................................................