lapresss konduktivitas termal

JURNAL ELEKTRONIKA DASAR 2, BCT AC ANALISIS

1

Abstrak—Telah dilakukan percobaan yang berjudul

Pengukuran Konduktivitas Termal Karet Penghapus Merk

“Joyko”.Percobaan dilakukan dengan tujuan untuk menentukan

nilai konduktivitas termal karet penghapus dan mempelajari

bagaimana aliran panas dapat terjadi dalam sebuah bahan. Pada

percobaan ini, digunakan prinsip konduktivitas termal pada

bahan yang dilakukan dengan memberikan beda suhu pada

permukaan atas dan bawah bahan. Adanya perbedaan suhu ini

membuat suhu tinggi yang berada pada permukaan bawah

bahan mengalir dalam selang waktu t, menuju ke permukaan

atas bahan. Pada percobaan ini digunakan alat dan bahan

berupa pyrometer, kompor listrik, timer, Al, penghapus karet

joyko, kasa, gelas beker, air, dan tisu. Aluminium ditumpuk

dengan karet penghapus yang telah dibentu silinder dan

divariasi panjangnya, kemudian ditumpuk lagi dengan

Aluminium lainnya. Kemudian ditentukan T1, T2, T3, dan T4

pada ketiga bahan yang telah ditumpuk, lalu dipanaskan selama

5 menit. Ketika dipanaskan, Permukaan Aluminium yang paling

bawah memperoleh kalor yang paling besar karena letaknya

yang paling dekat dengan sumber panas. Karena adanya

perbedaan suhu dengan permukaan atas bahan sambungan,

terjadi aliran panas secara konduksi yang mengalir dari T4

menuju T1. Dari percobaan ini, diperoleh data T1, T2, T3, dan T4

dan diketahui panjang Al 1, Al 2 dan panjang karet penghapus.

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat

disimpulkan bahwa panas terjadi pada sebuah bahan ketika

bahan tersebut diberi energi yang berupa panas, molekul-

molekul pada bahan tersebut akan bergetar dan seiring dengan

meningkatnya suhu, terjadilah tumbukan antar partikel yang

kemudian saling melepaskan energi berupa energi panas. Nilai

konduktivitas termal karet penghapus dengan l = 0,6 ; 1,1 ; dan

1,6cm berturut-turut jika ditinjau dari atas adalah 27,13W/moC ,

15,32W/moC ,dan 33,50W/m

oC. Nilai konduktivitas termal karet

penghapus dengan l = 0,6 ; 1,1 ; dan 1,6cm berturut-turut jika

ditinjau dari bawah adalah 117,05 W/moC , 14,87W/m

oC ,dan

64,54W/moC.

Kata Kunci—konduktivitas, konduksi, termal

I. PENDAHULUAN

ERDASARKANkemampuan bahan dalam

menghantarkan arus listrik, sifat bahan diklasifikasikan

menjadi empat, yaitu isolator, semikonduktor,

konduktor, dan superkonduktor. Konduktoradalahbahan yang

hargaresistivitasnyakurangdari10-5–103m. Isolator disifatkandenganadanyaikatanioniksehinggaelektronvalensitid

akbebasbergerak.Perbedaanlaindarikonduktordansemikondukt

oradalahvariasinyaterhadapsuhu. Konduktorkonduktivitasnyatinggiketikasuhusekitar 0K,

semikonduktorsebaliknya.Dalampengelompokkannyakondukt

ordapatdibagimenjadi :

a. Konduktorbagus, hargaresistivitasnya 10-8 – 1 m

b. Konduktorsedang, hargaresistivitasnya 1 – 107m

c. Konduktorjelek, hargaresistivitasnyalebihdari 107m Konduksitermaladalahsuatufenomena transport di

manaperbedaantemperaturmenyebabkan transfer energitermaldarisatudaerahbendapanaskedaerah yang lain

daribendayang samapadatemperatur yang lebihrendah.Panas

yang ditransferdarisuatutitikketitik yang

lainmelaluisalahsatudaritigametodayaitu:

1. Konduksi adalah Bilapanas yang di transfer

tidakdiikutidenganperpindahanmassadaribenda. Konduksi

diakibatkan oleh tumbukan antar molekul penyusun zat.

Ujung benda yang panas mengandung molekul yang

bergetar lebih cepat. Ketika molekul yang bergetar cepat

tadi menumbuk molekul di sekitarnya yang lebih lambat,

maka terjadi transfer energi ke molekul disebelahnya

sehingga getaran molekul yang semula lambat menjadi lebih cepat. Molekul ini kemudian menumbuk molekul

lambat di sebelahnya dengan disertai transfer energi.

Demikian seterusnya sehingga pada akhirnya energi

sampai pada ujung benda yang lainnya.

2. Konveksi terjadi karena gerakan massa molekul dari satu

tempat ke tempat lain. Konveksi terjadi perpindahan

molekul dalam jarak yang jauh.

3. Radiasi adalah perpindahan panas tanpa memerlukan

medium.

Penyelidikanterhadapkonduktivitastermaladalahuntukme

nyelidikilajudarikonduksitermalmelaluibeberapa material.Jumlahpanas yang dikonduksikanmelalui material

persatuanwaktudilukiskanolehpersamaan: Δ𝑄

Δ𝑡 = kA

Δ𝑇

Δ𝑥 (1)

Koefisienkonduktivitastermal k

didefinisikansebagailajupanaspadasuatubendadengansuatugrad

ientemperatur.Nilaikonduktivitastermalpentinguntukmenentukanjenisdaripenghantaryaitukonduksipanas yang baik (good

conductor) untuk nilai koefisien konduktivitas termal yang

besardanpenghantarpanas yang tidakbaik(good insulator)

untuk nilai koefisien panas yang kecil.

Tabel 1. Konduktivitastermalberbagaibahanpada 0℃:

BAHAN Konduktivitastermal(k)

W/m℃

Logam

Perak(murni) 410

Tembaga(murni) 385

PENGUKURAN KONDUKTIVITAS TERMAL

KARET PENGHAPUS MERK “JOYKO”

Puspita Fahmi Ariani, Kunti Nailazzulfa, Setiawan Abdillah, Yovanita Narsisca

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. AriefRahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]

B


2

Alumunium (murni) 202

Nikel(murni) 93

Besi(murni) 73

Baja karbon,1%∁ 43

Timbal (murni) 35

Baja krom -

nikel(18%Cr,8%Ni) 16.3

Bukanlogam

Kuarsa(sejajarsumbu) 41.6

Magnesit 4.15

Marmer 2.08-2.94

Batupasir 1.83

Kaca, jendela 0.78

Kayu, maple atauek 0.17

Serbukgergaji 0.059

Wolkaca 0.038

II. METODOLOGI

Pada percobaan konduktivitas termal ini, digunakan alat

dan bahan diantaranya pyrometer, kompor listrik, kassa, gelas

beker, air, tisu, timer, 2 buah material referensi (Al) dengan l

masing-masing= 3cm dan 3,2cm, dan 3 buah material sampel

(karet penghapus) dengan l masing-masing= 0,6cm, 1,1cm,

1,7cm. Pyrometer merupakan sebuah alat dengan sensor suhu

yang berfungsi untuk mengukur suhu suatu benda dengan

mengarahkan pointer tepat pada titik tengah benda yang akan

diukur suhunya. Kompor listrik berfungsi untuk memberikan

api yang bertindak sebagai sumber panas. Kassa berfungsi sebagai penyangga agar material uji tidak bersentuhan

langsung dengan api. Gelas beker, air, dan tisu digunakan

untuk proses pendinginan material yang telah dipanaskan.

Timer berfungsi sebagai penanda waktu. Al berfungsi sebagai

material referensi yang telah diketahui koefisien

konduktivitasnya, sebagai pembanding untuk material sampel

agar dapat diketahui koefisien konduktivitasnya. Karet

penghapus berfungsi sebagai material sampel yang akan dicari

konduktivitasnya.

Untuk melakukan percobaan ini, terdapat beberapa langkah

kerja sebagai berikut. Pertama, disiapkan alat dan bahan yang

akan digunakan. Kemudian diukur panjang masing-masing untuk material referensi dan material sampel. Diletakkan kasa

diatas api sebagai alas. Keempat, disusun material dan

ditentukan T1, T2, T3, dan T4 nya. Kemudian dinyalakan

kompor listrik, dan bahan dipanaskan selama 5 menit. Setelah

5 menit, bahan diangkat satu persatu dengan penjepit dan

diukur masing-masing suhunya dengan menggunakan

pyrometer. Setelah suhu diukur, bahan didinginkan dengan

cara memasukkannya ke dalam gelas beker yang telah diisi

air, kemudian bahan dikeringkan dengan tisu. Diulangi

langkah diatas sebanyak 3 kali untuk material sampel dengan

panjang 1,1 cm dan 1,7 cm.

Gambar 1. Aluminium

Gambar 2. Penghapus

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh data berupa

T1, T2, T3, dan T4 yang secara lengkap disajikan dalam tabel

3.1, 3.2 dan 3.3 berikut ini :

Tabel 3.1 Data T1, T2, T3, dan T4 pada Al dan Karet Penghapus

dengan l = 0,6cm

No. T1 (oC) T2 (

oC) T3 (oC) T4 (

oC)

1 37 40 50 57

2 34 37 51 59

3 35 38 50 56


dengan l = 1,1cm

No. T1 (oC) T2 (

oC) T3 (oC) T4 (

oC)

1 34 36 55 59

2 41 43 54 56

3 40 44 56 59


dengan l = 1,7cm

No. T1 (oC) T2 (

oC) T3 (oC) T4 (

oC)

1 33 36 50 54

2 38 41 51 55

3 35 39 50 53

Berdasarkan data-data yang telah diperoleh, dapat dihitung

nilai koefisien konduktivitas untuk karet penghapus dengan

menggunakan persamaan :


3

𝑘𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 = 𝑘𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑖Δ𝑇𝑟

Δ𝐿𝑟𝑥Δ𝐿𝑠

Δ𝑇𝑠 (2)

Data perhitungan secara lengkap disajikan dalam bentuk tabel

di bawah ini :

Tabel 3.4 Perhitungan Konduktivitas Karet Penghapus dengan l = 0,6cm Ditinjau dari Atas.

∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC

)

k pengh (W/moC)

3 0,03 0,006 10 202 12,12

3 0,03 0,006 14 202 8,66

3 0,03 0,006 2 202 60,60

Tabel 3.5 Perhitungan Konduktivitas Karet Penghapus dengan

l = 1,1cm Ditinjau dari Atas.

∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC

)

k pengh (W/moC)

2 0,03 0,011 19 202 7,80

2 0,03 0,011 11 202 13,47

4 0,03 0,011 12 202 24,69


l = 1,7cm Ditinjau dari Atas.

∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC

)

k pengh (W/moC)

3 0,03 0,017 14 202 24,53

3 0,03 0,017 10 202 34,34

4 0,03 0,017 11 202 41,62


l = 0,6cm Ditinjau dari Bawah.

∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC)

k pengh (W/moC)

7 0,032 0,006 10 202 26,51

8 0,032 0,006 14 202 21,64

16 0,032 0,006 2 202 303,00



∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC)

k pengh (W/moC)

4 0,032

0,011 19 202 14,62

2 0,032

0,011 11 202 12,63

3 0,032

0,011 12 202 17,36



∆Tr(oC)

∆Lr (m)

∆Ls (m)

∆Ts (oC)

k Al (W/moC

)

k pengh (W/moC)

4 0,032 0,032 14 202 57,71

4 0,032 0,032 10 202 80,80

3 0,032 0,032 11 202 55,09

Berdasarkan data yang diperoleh pada tabel 3.1, 3.2, dan

3.3, dapat dilihat bahwa suhu terbesar terjadi pada titik T4,

dimana T4 merupakan permukaan bawah aluminium yang

paling dekat dengan api. Kemudian, panas yang diterima oleh

T4 dialirkan secara konduksi menuju ke T3 dimana T3

merupakan permukaan atas Aluminium yang bersinggungan

dengan permukaan karet penghapus. Suhu di titik ini lebih

kecil dibandingkan dengan suhu di titik T4, karena T3 terletak lebih jauh dari api dibandingkan dengan letak T4. Kemudian,

panas dari T4 dialirkan melalui bahan yang berbeda, yaitu

penghapus. Dari tabel 3.1, 3.2, dan 3.3, terlihat bahwa ∆T32

nilainya cukup besar. Hal ini disebabkan oleh sifat karet

penghapus yang sukar menghantarkan panas. Setelah sampai

di titik T2, yang tidak lain merupakan permukaan bawah

Aluminium yang bersinggungan dengan permukaan atas karet

penghapus, kemudian panas dialirkan kembali secara konduksi

menuju ke T1 dalam bahan yang sama, yaitu Aluminium.

Terlihat bahwa perbedaan suhu yang terjadi pada T2 ke T1

hampir sama dengan perbedaan suhu pada T4 dan T3. Kedua perbedaan suhu ini disebut dengan ∆T Aluminium. Sedangkan

perbedaan suhu yang besar terjadi pada T3 dan T2 dimana ini

merupakan ∆T karet penghapus.

Pada tabel 3.4 sampai 3.9, didapatkan harga k untuk karet

penghapus. Jika diperhatikan, nilai k ini tidak pernah sama dan

berubah-ubah untuk setiap pengukuran. Range nilai k juga

sangat bervariasi mulai dari yang terkecil yaitu 7,80 W/moC

dan yang terbesar yaitu 303,00 W/moC. Secara teori,

percobaan ini dapat dikatakan gagal, karena tidak dapat

membuktikan harga k untuk karet penghapus yang bersifat

semikonduktor. Menurut data yang diperoleh dari referensi,

harga k untuk karet berada pada kisaran 0,2 W/moC sementara

dari hasil perhitungan, didapatkan harga k yang sangat besar

dan melampaui harga k untuk Aluminium. Hal ini diapat

disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya suhu ruangan yang

rendah sehingga mengakibatkan proses pemanasan bahan

terganggu dan tidak diperoleh data yang akurat. Hal lain yang

mungkin terjadi adalah kesalahan dari praktikan yang kurang

teliti dalam melakukan percobaan, sehingga dapat terjadi

kesalahan pengukuran yang berimbas pada hasil k yang tidak

sesuai. Walaupun nilai k karet penghapus yang diperoleh tidak

sesuai dengan k referensi, dari percobaan ini, dapat dibuktikan

bahwa karet merupakan penghantar panas yang kurang baik

dilihat dari ∆T32 yang besar. Hal ini mengindikasikan bahwa

karet penghapus, ketika diberi energi panas tidak dapat

mengalirkan energinya dengan baik, sehingga banyak energi

panas yang terbuang.


4

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat

disimpulkan bahwa panas terjadi pada sebuah bahan ketika

bahan tersebut diberi energi yang berupa panas, molekul-

molekul pada bahan tersebut akan bergetar dan seiring dengan meningkatnya suhu, terjadilah tumbukan antar partikel yang

kemudian saling melepaskan energi berupa energi panas. Nilai

konduktivitas termal karet penghapus dengan l = 0,6 ; 1,1 ;

dan 1,6cm berturut-turut jika ditinjau dari atas adalah 27,13

W/moC , 15,32 W/moC ,dan 33,50 W/moC. Nilai konduktivitas

termal karet penghapus dengan l = 0,6 ; 1,1 ; dan 1,6cm

berturut-turut jika ditinjau dari bawah adalah 117,05 W/moC ,

14,87 W/moC ,dan 64,54 W/moC.

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada saudari Kunti

Nailazzulfa, Yovanita Narsisca, dan saudara Setiawan

Abdillah selaku asisten laboratorium asam, yang telah

membimbing dan mengarahkan praktikan selama praktikum

berlangsung. Tak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih

kepada teman-teman kelompok yang telah dapat bekerja sama

dengan baik hingga laporan ini dapat terselesaikan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arsyad,Muhammad.2000.PengetahuanTentangBumi.

Makassar

JurusanFisikaFMIPAUniversitasNegeriMakassar. [2] Nishi, Yoshio. And Robert Doering. 2008.”Handbook of Semiconductor

Manufacturing Technology, second edition”. CRS Press, United State. [3] Zemansky, Sears. “Fisika Universitas”. 1991. Addison Wesley Publishing

company

lapresss konduktivitas termal

Documents