14

KalorPemuaianKoefisien muai linier

Koefisien Muai Linier

Prinsip DasarSebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan danmengecil bila didinginkan. Banyaknya pemuaian ataumenjadi 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 hampirsemua benda padat. Perubahan panjang jugasebanding dengan panjang mula-mula L0 sepertiterlihat pada Gbr. 1

Kesetaraan ini dapat ditulis menjadi∆ = ∆ [m] (1)

Dengan α adalah koefisien muai linier [/°C]. Persamaanini juga dapat ditulis dalam bentuk= (1 + ∆ ) [m] (2)

Dengan L0 adalah panjang mula-mula pada suhu T0dan L adalah panjang setelah dipanaskan ataudidinginkan pada temteratur T [°C].

Besar koefisien muai linier ditentukan oleh bahanpembentuk logam. Dalam eksperimen untukpengukuran koefisien ini dilakukan dengan mencariperbedaan panjang (L) dari batang yang ditempatkanpada ruang dengan suhu t1 dan pada uap panasdengan suhu t2. Perubahan panjang L sebandingdengan panjang awal L1 dan penambahan suhu t2 t1.

Koefisien muai linear dapat ditulis:= ∆ [°C-1] (3)

KM 01

Tujuan Percobaan

Mempelajari proses pemuaian panjang darilogam

Mencari koefisien muai linier berbagai jenislogam

15

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah panjang batang logam dan catat suhuruangan !

2. Masukan batang logam yang akan diukur kedalam peralatan muai linear serta pasangtermometer tepat menempel pada batanglogam !

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 45derajat !

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 muailiniear, koefisien muai luas, dan koefisien muaivolume?

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

3. Apa yang mempengaruhi besar kecilnyakoefisien muai ?

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

5. Buktikan bahwa koefisien muai volume logam3 kali koefisien muai linearnya !

6. Buat bagan data pengamatan !

Pengolahan Data dan Evaluasi

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

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

3. Bandingkan harga hasil percobaan dengandaftar pada buku referensi, dari hal initentukan jenis logam tersebut !

4. Adakah cara pengukuran lain untukmenentukan perubahan panjang L? jelaskan

5. Analisis dan buat kesimpulan hasil percobaanyang telah lakukan ?

Peralatan1 Set peralatan muai panjang1 Dial gauge1 Termometer 10 ~ 100°C3 Jenis batang logam

Gbr. 1 Susunan peralatan pengukuran koefisien muailinier

batanglogam

dialgauge

filamenpemanas

beton pelindung

16

KalorPerpindahan panasKonduktivitas panas

Daya Hantar Panas

Prinsip Dasar

Bila sebuah benda memiliki perbedaan suhu di keduaujungnya, maka akan terjadi perpindahan panas darisuhu yang tinggi ke suhu yang rendah. Perubahanpanas dQ yang dipindahkan sepanjang d dalam jangkawaktu dt (disebut juga sebagai laju panas) bergantungpada 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 besarsuhu T2 > T1 dengan jarak keduanya sejauh d.

Bahan yang bersuhu T2 disebut penerima panas. Jikasuhu penerima lebih tinggi dari suhu di sekelilingnya,maka bahan tersebut akan memancarkan kalorpersatuan waktu yang besarnya sama dengan= (2)

dengan m adalah massa penerima [g] dan c kapasitaskalor jenis penerima [kal/g.K].

Dalam keadaan setimbang, jumlah kalor yang diterimadan dipancarkan penerima harus sama, sehinggakoefisien konduktivitas didefinisikan sebagai:= ( ) [kal/m.s.K] (3)

berarti perubahan suhu persatuan waktu [K/s]pada penerima saat suhu setimbang (Ts).

Peralatan1 Bejana logam1 Silinder tembaga sebagai penerima panas2 Termometer1 Jangka Sorong1 Heater1 Lembar gabus

KM 02

Tujuan Percobaan

Mempelajari proses perpindahan panas secarakonduksi

Mengukur daya hantar panas gabus

d

T2T1

17

Gbr. 2 Susunan peralatan pengukuran daya hantar panasgabus

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah tebal, diameter, dan massa gabus !2. Didihkan air dalam bejana3. Susun peralatan seperti pada Gbr. 2 !4. Catat suhu tembaga (T2) hingga penunjukan

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

5. Pindahkan lembaran gabus, sehinggatembaga mendapat pemanasan langsunghingga suhu naik 5oC di atas suhu setimbang(T2 > Ts). !

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

7. Catat waktu yang dibutuhkan setiap penurunansuhu setiap 1C, dari 5C di atas suhusetimbang hingga 5C di bawah suhusetimbang !

8. Catat waktu yang dibutuhkan setiap penurunansuhu setiap 1C, dari 5C di atas suhusetimbang hingga 5C di bawah suhusetimbang !

Pertanyaan

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

2. Apakah cara semacam ini dapat digunakanuntuk menentukan daya hantar zat yangmempunyai daya hantar besar ? Jelaskan !

3. Apakah cara semacam ini dapat dipakai kalausuhu 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 tentukangradien pada titik setimbang denganmenarik 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 T2adalah suhu Cu dalam kondisi keseimbangan(=Ts) !

3. Bagaimana jika penerima panas tembagadilapisi dengan nikel?

4. Buat analisa dan beri kesimpulan dari hasilpercobaan ini !

heater bejanapemanas

gabus

termometer

airpanas

silindertembaga

18

KalorKuantitas panasKapasitas panas

Kalorimetri

Prinsip Dasar

Panas (Q) yang diserap atau dilepaskan benda ketikadipanaskan atau didinginkan sebanding denganperubahan suhu (t) dan massa benda∆ = ∆ [kal] (1)Faktor pembanding c adalah kapasitas kalor jenis daribenda yang bergantung pada jenis materi dengansatuan kal/g°C.

Pada percobaan logam berbentuk kepingan denganmassa m1 yang dipanaskan dengan uap panas (T1),dicampurkan dengan air dengan massa m2 dan suhusebesar (T2) di dalam sebuah kalorimeter. Setelahtercampur, kepingan logam dan air akan mencapaisuhu setimbang (Ts) dengan cara pertukaran panas.

Panas yang dilepaskan oleh kepingan logam sebesar∆ = ( − ) (2)

dengan m1 adalah massa kepingan [g] dan c1 adalahkapasitas kalor jenis kepingan [kal/gC. Sedangkan

Panas yang dilepaskan kepingan akan sama denganpanas yang diserap oleh air∆ = ( − ) (3)

dengan m2 adalah massa air [g].

Bila kapasitas kalor jenis air c2 diketahui dan suhu T1dianggap sama dengan suhu uap. Konstanta c1 yangtidak diketahuidapat dihitung dengan mengukur T2, TM,m1 dan m2c = c ( )( ) (4)

Tabung kalorimeter juga menyerap panas yangdilepaskan oleh kepingan logam, dengan kapasitaspanas sebesarc = c N (5)

Dengan NA adalah nilai air kalorimeter [kal/g°C] yangharus masuk dalam perhitungan.

Panas yang diserap kalorimeter dihitung berdasarkanpersamaan 3∆Q = (m + N )c (t − t ) (6)

Sehingga persamaan (4) dapat menjadic = 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 airkalorimeter

Prosedur Percobaan

A. Menentukan nilai air kalorimeter1. 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 es1. 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 logam1. Kepingan logam yang telah ditimbang

dimasukkan ke dalam rongga penguap danpanaskan !

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 !

Pertanyaan1. 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 Evaluasi1. 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 !

Peralatan1 Kalorimeter dengan selubungnya1 Termometer1 Gelas ukur1 Beaker glass1 Heater1 Steam generator1 Statif1 Timbangan

Es batu2 Jenis kepingan logam

20

KalorPanas sebagai bentuk energiKesetaraan energi

Konstanta Joule

Prinsip Dasar

Gbr.1. Susunan peralatan menentukan konstanta Joule

Energi merupakan ukuran dari kerja yang tersimpandan dapat memiliki berbagai bentuk serta dapat diubahdari satu bentuk ke bentuk lain. Pada sistem tertutup,total energi sistem kekal dalam proses perubahanenergi.

Pada percobaan ini, kesetaraan energi listrik Elistrik danenergi panas Epanas dibuktikan secara eksperimental.Pasokan energi diubah menjadi panas mengunakankumparan panas yang mengakibatkan kenaikan suhudalam kalorimeter.

Energi listrik (W) yang digunakan oleh alat denganbeda tegangan V dan arus listrik I selama waktu tadalah= [J] (1)

Sedangkan panas (H) yang ditimbulkan yaitu sebesar= ( + )∆ [kal] (2)

dengan NA adalah nilai air kalorimeter [kal/g.°C], mmassa air [g], c kalor jenis air [kal/g.°C], dan Tperubahan suhu kalorimeter [°C].

Tara kalor listrik didefinisikan sebagai perbandinganantara energi yang digunakan dengan kalor yangditimbulkan:= = ( )∆ [J/kal] (3)

Tujuan Percobaan

Mempelajari kesetaraan antara energi panasdan energi listrik

Menghitung konstanta Joule

KM 04

21

Prosedur Percobaan

A. Menentukan nilai air kalorimeter1. Ukurlah massa kalorimeter kosong yang akan

dipakai pada percobaan beserta pengaduknya,masukkan air kira-kira ¼ bagian ke dalamkalorimeter 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 kedalam kalorimeter sampai kira-kira memenuhi¾ bagian !

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

6. Timbang kembali kalorimeter setelah suhukesetimbangan tercapai !

7. Masing-masing penimbangan dilakukan limakali !

B. Mengukur konstanta joule1. 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 suhusetiap 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 kalorlistrik !

2. Samakah tenaga mekanik dan tenaga listrik?Jelaskan !

3. Dapatkah tenaga mekanik seluruhnya diubahmenjadi tenaga listrik ? Bagaimana jikasebailknya ?

4. Jika dialiri dengan arus listrik mengapakumparan 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 !

Peralatan1 Kalorimeter dengan pemanas1 Catu daya DC1 Amperemeter1 Voltmeter1 Tahanan geser1 Termometer1 Pemanas listrik1 Bejana logam

22

KalorPerpindahan panasKolektor surya

Kolektor Surya

Prinsip Dasar

Jumlah kalor yang diterima oleh kolektor suryasebanding dengan banyaknya radiasi yang diserapoleh kolektor dikalikan dengan efisiensi∆∆ = (1)

dengan Δ Δ⁄ adalah kalor yang dirterima kolektorsurya persatuan waktu [kal/s], R adalah banyaknyaradiasi yang diserap kolektor [kal/s] dan adalahefisiensi kolektor.

Kalor yang diserap oleh air dalam kolektor suryaadalahΔ = Δ (2)

dengan Δ adalah jumlah kalor yang diserap olehair [kal], m adalah massa air di dalam kolektor [g], cadalah kapasitas kalor air [kal/g.K] dan Δ adalahperbedaan suhu atas dan bawah dari panel kolektor.

Sedangkan kalor yang diserap oleh kolektor sebandingdengan selisih suhu panel kolektor dengan suhu ruang= − , maka kalor yang diserap olehkolektor adalah= (3)

dengan Δ Δ⁄ adalah kalor yang diserap persatuan waktu [kal/s] dan A adalah konstanta absorbsikolektor surya [kal/s.K]

Kalor yang diterima kolektor surya sama dengan kaloryang diterima air ditambah kalor yang diserap olehkolektor, sehingga menurut azas BlackΔ = Δ + Δ (4)

Dengan menggabungkan persamaan (1), (2) dan (3)kedalam persamaan (4) akan diperolehΔ = Δ + Δ (5)

Sehingga= = − (6)

dengan = adalah konstanta radiasi kolektor

surya dan = adalah konstanta isolasi kolektorsurya.

Dari persamaan (6) didapatkan persamaan := ( − ) (7)

Suhu maksimum yang dapat dicapai oleh kolektorpanas saat t = adalah= (8)

.

KM 05

Tujuan Percobaan

Memahami proses perpindahan kalor padakolektor surya

Menghitung konstanta radiasi yang diterimapanel dan konstanta isolasi dari kolektor panas

23

Gbr 1. Bagian-bagian dalam peralatan kolektor surya

Prosedur Percobaan

1. Periksa susun peralatan kolektor surya sepertiterlihat pada Gbr. 1 ! Periksa kerapatan semuapenutup karet pada panel surya, sehinggatidak terjadi kebocoran serta kondisitermometer. Ujung termometer harusmenyentuh air ! Lampu jangan dinyalakandahulu !

2. Jika pada panel surya tidak terdapat air yangcukup, masukan air kedalam panel suryadengan membuka kran sampai sampai penuh !

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

4. Nyalakan lampu, kemudian catat waktu dansuhu bawah setiap kenaikan suhu atassebesar 1°C. Lakukan hingga suhu atasmenunjukan 60°C,

5. Matikan lampu kemudian catat waktu dan suhubawah setiap penurunan suhu atas sebesar1°C. Lakukan hingga suhu atas menunjukan50°C !

Pertanyaan

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

kolektor panas ?3. Tentukan satuan dan dimensi dari 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 saatlampu dimatikan !

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

3. Buatlah grafik T vs saat lampudinyalakan (nilai telah didapat), denganmenerapkan least square carilah nilai KR panelsurya. Perpotongan grafik dengan sumbu Yadalah !

4. Bagaimanakah nilai 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 dan R menggunakan kuadrat terkecil

dan buat grafik !

Peralatan1 Kolektor surya1 Lampu 500 Watt3 Karet penutup2 Termometer1 Stopwatch

24

KalorTeori kinetik gasGas Ideal

Hukum Gas Ideal

Prinsip Dasar

Hukum-hukum gas Boyle, Charles, dan Gay-Lussacdidapat dengan bantuan teknik yang sangat berguna,yaitu menjaga satu atau lebih variabel tetap konstanuntuk melihat akibat dari perubahan satu variabel saja.Hukum-hukum ini sekarang dapat digabungkanmenjadi satu hubungan yang lebih umum antaratekanan, volume, dan suhu dari gas ideal denganjumlah tertentu∝ (1)

Hubungan ini menunjukan bagaimana besaran Ptekanan [N/m2], V volume [m3] dan T suhu [K] akanberubah ketika yang lainya berubah.

Hukum gas Boyle, Charles, dan Gay-Lussacsebenarnya hanya merupakan pendekatan untuk gasideal, sepanjang tekanan dan massa jenis (kerapatan)gas tidak terlalu tinggi, dan gas tidak mengalamikondensasi.

Jika dipanaskan gas akan berekspansi. Akibat dariekspansi ini, tekanan gas akan meningkat padavolume yang sama, yang sesuai dengan Hukum Gay-Lussac

= (2)

Maka dari sistem percobaan ini besarnya tekanan gasadalah := + (3)

Berdasarkan hubungan Archimedes, diperoleh tekananair pada tabung pipa U sebesar= (4)

Dengan adalah massa jenis air [cm3/g], gpercepatan gravitasi [m/s2], dan h perbedaan tinggikolom air [cm].

Peralatan1 Bejana pemanas1 Tabung erlenmeyer 500 ml1 Pipa U dengan penggaris1 Termometer1 Selang1 Batang statip dan penjepit1 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 airhingga kira-kira setengahnya !

3. Hubungkan tabung erlenmeyer dengan pipa Umenggunakan selang !

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

5. Buat setimbang kolom kiri (h1) dan kolomkanan (h2) pada pipa U, pada suhu 0C, lalucatat !

6. Panaskan air di dalam bejana pemanasdengan menyalakan kompor listrik pada daya300 Watt (saat percobaan, atur pemanasandengan cara menyala/mematikan daya listrikkompor) !

Gbr 1. Susunan peralatan percobaan gas ideal

7. Untuk setiap kenaikan suhu sebesar 1C, aturketinggian air pada kolom pipa U sebelah kiri(h1) dengan cara mengatur selang pada pipa Ubagain bawah sehingga sama denganketinggian awal (h10) !

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

sebelah kanan (h2) tidak dapat terbaca padaskala penggaris !

10. Matikan kompor listrik !

Pertanyaan

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

2. Berapa besar kenaikan kerapatan udara biladipampatkan hingga setengahnya ?

3. Apa yang terjadi pada tekanan udara di dalamsebuh balon bila ditekan menjadi setengahnyapada 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 terhadapsuhu T !

2. Hitung gradien dari hasil grafik tersebut, apakahmakna dari gradien tersebut !

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

4. Buatlah analisis dan beri kesimpulan dari hasilpercobaan ini !

h1 h2

manometerpipa U

termometer

erlenmeyer

kompor listrik

26

KalorPerpindahan panasPendinginan newton

Pendinginan Newton

Prinsip Dasar

Gbr 1. a) bejana logam warna hitam . b) warna putih, danc) warna perak

Bila suatu bejana berisi air panas dengan suhu Tditempatkan pada sebuah ruangan dengan suhu yanglebih rendah (Tkamar) maka akan terjadi perpindahankalor dari bejana berisi air panas ke ruangansekelilingnya. Perlahan-lahan air di dalam bejana akanmendingin hingga akhirnya sama dengan suhu kamar.

Fisikawan Isaac Newton membuat model pada prosespendinginan ini dengan menganggap bahwa lajuperpindahan energi panas dari satu benda ke bendalain sebanding dengan perbedaan suhu antara keduabenda tersebut T dan laju pendinginan berubahsecara eksponensial terhadap waktu= + [K] (1)

Dengan T0 adalah suhu awal [K] dan k adalahkonstanta laju pendinginan [K-1].

Pada percobaan ini, diperlukan air panas dalamjumlah yang tidak banyak, untuk mempersingkat waktuproses pendinginan. Bejana yang digunakanmerupakan bejana logam yang memiliki warnaberbeda yaitu hitam, putih dan metalik untuk

KM 07

Tujuan Percobaan

Mengamati proses pendingan air panas padabejana logam

Mempelajari hukum pendinginan Newton padaproses pendingan air panas dalam bejana

b)

c)

a)

27

mengatahui perbedaan proses perpindahan panaspada bejana dengan warna berbeda.

Prosedur Percobaan

1. Siapkan tiga buah bejana air yang terbuat darilogam dengan warna hitam, putih dan perakdengan 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 dasarbejana menggunakan jangka sorong !

5. Tutup ketiga bejana dengan penutupnya danmasukan termometer hingga tercelup kedalam air panas, namun jangan sampaimenyentuh dasar bejana !

6. Tunggu kenaikan suhu hingga pembacaansuhu pada temometer maksimum untuk ketigabejana !

7. Catat waktu yang diperlukan untuk setiappenurunan suhu 1 C, hingga turun sebesar30C terhadap suhu maksimum dari ketigabejana tersebut !

8. Setelah selesai, buang sisa air panas yangdigunakan !

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

Pertanyaan

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

2. Jelaskan bagaimana kira-kira pengaruhperbedaan warna bejana terhadap penurunansuhu air panas !

3. Apakah hukum pendinginan Newton jugaberlaku pada pemanasan ?

4. Jika kita ingin cepat mendinginkan kalengminuman ringan (dari suhu kamar) di dalamlemari es, apakah lebih baik diletakkan difreezer atau disimpan di ruang buah ? Apapengaruhnya, jelaskan !

5. Mana yang memiliki laju pendinginan lebihbesar, sebuah gelas panas di dalam ovenhangat atau sebuah gelas panas padaruangan dingin ? Atau keduanya memiliki lajupendinginan yang sama ?

Pengolahan Data dan Evaluasi

1. Buatlah grafik suhu T terhadap waktu t untukketiga bejana dengan berbeda warna dalamsatu grafik !

2. Buat kurva ln T terhadap waktu t untuk ketigabejana dalam satu grafik, carilah besar gradienuntuk setiap kurva !

3. Hitung konstanta pembanding k . Bandingkannilai k untuk setiap perbedaan warna !

4. Buat analisis dan berilah kesimpulan daripercobaan yang dilakukan !

Peralatan3 Bejana logam warna hitam, putih dan metalik3 Termometer kaca1 Stopwatch1 Bejana pemanas1 Heater1 Jangka sorong

28

KalorPerpindahan panasKonstanta radiasi

Konstanta Radiasi

Prinsip Dasar

Setiap permukaan baik panas maupun dingin akanmenyerap atau memancarkan energi radiasi. Jikasebuah permukaan menyerap lebih banyak dari padamemancarkan, maka permukaan tersebut disebutsebagai absorber dan suhu permukaan akan naik.Sedangkan bila memancarkan lebih banyak dari padamenyerap maka akan disebut sebagai emiter dansuhunya permukaan benda akan turun.

Kalor yang diserap oleh sebuah benda oleh radiasiadalah∆ = ∆ [kal] (1)

Dengan ∆Q adalah perubahan kalor yang diserap olehbenda [kal], m adalah massa benda [g], c adalahpanas jenis benda [kal/g.K] dan ∆T adalah perubahansuhu [K].

Sedangkan intensitas radiasi yang dipancarkan olehsebuah lamu daya lampu yang diterima oleh sebuahbenda persatuan luas adalah= ∆

[kal/cm2.s] (2)

dengan I adalah intensitas pancaran (disebut jugakonstanta radiasi) [kal/cm2.s], A luas penampanglintang benda yang disinari [cm2] dan ∆ ⁄ adalah lajuperubahan kalor [kal/s].

Dengan menggabungkan persamaan (1) dan (2) makaakan diperoleh= ∆

(3)

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

KM 08

Tujuan Percobaan

Mempelajari proses penyerapan energi radiasipada benda berbeda warna

Mencari konstanta radiasi dari lampu

29

Gbr. 1. Cara pemasangan plat logam dan termometer

Konstanta RadiasiBlack 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 logamalumunium yang akan digunakan !

2. Masukan termometer ke dalam setiap platlogam dan tempatkan pada statif sepertiterlihat pada Gbr. 1 !

3. Letakan posisi lampu dan statif sejauh 5 cmdan atur lampu akan tepat mengarah padapusat 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 baikdigunakan sebagai reflektor dan absorber,bagaimana aplikasinya ?

2. Karena semua benda memancarkan energikelingkungan sekitarnya, mengapa suhubenda tidak turun terus ?

3. Apa yang membedakan sebuah benda disebutabsorber atau emiter ?

4. Mana yang lebih cepat panas cangkir hitamberisi air dingin atau cangkir warna perak berisiair dingin ?

5. Jika sebuah penyerap energi radiasi yang baikmerupakan sebuah pemancar yang buruk,bagaimana suhu keduanya dibandingkandengan suhu disekelilingnya ?

6. Jika kita menyalakan tungku pemanas dipagihari yang dingin (T = 20oC), mengapa kitatetap 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 danperubahan suhu dari radiasi lampu pada plattersebut ?

2. Carilah konstanta radiasi dari lampu yangdigunakan !

3. Analisa percobaan dan buat kesimpulan !

Peralatan3 Logam beda warna3 Termometer1 Lampu duduk 100 W1 Stopwatch

30

KalorPerpindahan panasAbsorbsi energi radiasi

Absorbsi Energi Radiasi

Prinsip Dasar

Jika sebuah benda memancarkan energi maka bendatersebut juga akan menyerap energi. Pemancar energiyang baik adalah penyerapan energi yang baik pula.

Pada percobaan ini digunakan silinder alumuniumyang dipanaskan dengan radiasi lampu. Karena prosesradiasi, maka terjadi perubahan tekanan di dalamsilinder yang akan diukur dengan menggunakanmanometer pipa U.

Tekanan di dalam silinder mengikuti hukum gas ideal= (1)

dengan p adalah tekanan [N/m2], T suhu silinder [K], Vvolume silinder [m3], n banyaknya gas [g/mol] dan Rkonstanta gas 8,315 [J/mol.K].

Perubahan tekanan di dalam karena radiasi lampuakan dicatat selama jangka waktu tertentu, danpersamaan 1 dapat ditulis menjadi

∆∆ = ∆∆ (2)

Perubahan kalor persatuan waktu di dalam silinderadalah∆∆ = ∆∆ (3)

Dengan ∆Q/∆t adalah perubahan kalor per waktu, mmassa silinder [g], c panas jenis logam [kal/g.K] dan∆ ∆⁄ adalah perubahan suhu per waktu [K/s].

Sedangkan intensitas radiasi yang dipancarkan olehsebuah lampu dan diterima oleh sebuah bendapersatuan luas= ∆∆ [J/cm2.s] (4)

Dengan I adalah intensitas pancaran (disebut jugakonstanta radiasi) A luas penampang lintang bendayang disinari [cm2] dan ∆ ∆⁄ adalah laju perubahankalor [kal/s].

Peubahan tekanan didalam silinder karena energiradiasi yang diberikan oleh lampu diperoleh denganmenggabungkan persamaan (2), (3) dan (4), sehingga∆∆ = (5)

KM 09

Tujuan Percobaan

Mempelajari proses penyerapan energi padasilinder yang diradiasi

Mencari hubungan antara radiasi lampu dantekanan dalam silinder

Mencari konstanta radiasi dari lampu

31

Gbr.1. Pengukuran tekanan di dalam silinder yangdipanaskan dengan radiasi lampu

Prosedur Percobaan

1. Ukurlah diameter dan panjang silinder yangdigunakan !

2. Carilah volume silinder dan pipa U yang akandigunakan untuk percobaan ini dengan caramengisi silinder dan pipa U dengan air setinggilevel yang akan digunakan dan banyaknya airdengan menggunakan gelas ukur !

3. Atur posisi lampu, silinder, statif dan pipa Useperti terlihat pada Gbr.1 ! Jarak antaralampu ke silinder sejauh 5 cm mengarah tegaklurus 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 tetapsama dengan ketinggian awal sebelumdipanaskan.

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 terhadapwaktu (p vs t) dari masing-masing silinder !

2. Hitunglah gradien dari masing-masing grafikyang diperoleh !

3. Apakah hubungan antara waktu danperubahan tekanan dari radiasi lampu ?

4. Bandingkan hasil yang diperoleh untuk silinderberbeda warna !

5. Analisa percobaan dan buat kesimpulan !

Peralatan3 Silinder alumunium1 Termometer1 Lampu duduk 100 W1 Stopwatch