PERPINDAHAN PANAS SECARA RADIASI

I. TUJUAN

Mengetahui perpindahan panas secara radiasi terhadap air dengan menggunakan wadah

yang berbeda-beda

II. ALAT DAN BAHAN

Alat yang digunakan :

Termometer

Wadah plastic

Wadah aluminium

Wadah keramik

Bahan yang digunakan :

Air

III. DASAR TEORI

Pengertian Radiasi

Radiasi adalah pancaran energi melalui suatu materi atau ruang dalam bentuk

panas, partikel atau gelombang elektromagnetik/cahaya (foton) dari sumber radiasi. Ada

beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar kehidupan kita, contohnya adalah

televisi, lampu penerangan, alat pemanas makanan (microwave oven), komputer, dan lain-

lain.Radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau disebut juga dengan foton

adalah jenis radiasi yang tidak mempunyai massa dan muatan listrik. Misalnya adalah

gamma dan sinar-X, dan juga termasuk radiasi tampak seperti sinar lampu, sinar matahari,

gelombang microwave, radar dan handphone, (BATAN, 2008)

Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi non-

pengion,

a. Radiasi Pengion

Radiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi

(terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yang

termasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha, partikel beta, sinar gamma,

sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi memiliki karakteristik khusus. Yang termasuk

radiasi pengion adalah partikel alfa (α), partikel beta (β), sinar gamma (γ), sinar-X, partikel

neutron.

b. Radiasi Non Pengion

Radiasi non-pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek

ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non-pengion tersebut berada di

sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis radiasi non-pengion antara lain

adalah gelombang radio (yang membawa informasi dan hiburan melalui radio dan televisi);

gelombang mikro (yang digunakan dalam microwave oven dan transmisi seluler

handphone); sinar inframerah (yang memberikan energi dalam bentuk panas); cahaya

tampak (yang bisa kita lihat); sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).

Media Yang Digunakan

Keramik

Keramik memiliki sifat kimia, mekanik, fisika, panas, elektrik, dan magnetik yang

membedakan mereka dari material lain seperti logam dan plastik. Industri keramik

merubah sifat keramik dengan cara mengontrol jenis dan jumlah material yang digunakan

untuk pembuatan.

A.    Sifat Kimia

Keramik industri sebagian besar adalah oksida (senyawa ikatan oksigen), akan

tetapi ada juga senyawa carbida (senyawa ikatan karbon dan logam berat), nitrida

(senyawa ikatan nitrogen), borida (senyawa ikatan boron) dan silida (senyawa ikatan

silikon). Sebagai contoh, pembuatan keramik alumina menggunakan 85 sampai 99

persen aluminum oksida sebagai bahan utama dan dikombinasikan dengan berbagai

senyawa kompleks secara kimia. Beberapa contoh senyawa kompleks adalah barium

titanate (BaTiO3) dan zinc ferrite (ZnFe2O4). Material lain yang dapat disebut juga

sebagai jenis keramik adalah berlian dan graphite dari karbon.

Keramik lebih resisten terhadap korosi dibanding plastik dan logam. Keramik

biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar cairan, gas, aklali dan asam. Jenis-

jenis keramik memiliki titik leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat

digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik juga stabil dalam

waktu yang lama.

B.     Sifat Mekanik

Ikatan keramik dapat dibilang sangat kuat, dapat kita lihat dari kekakuan ikatan

dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan dan kelengkungan. Bend

Strength atau jumlah tekanan yang diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya

digunakan untuk menentukan kekuatan keramik. Salah satu keramik yang keras

adalah Zirconium dioxide yang memiliki bend strength mendekati senyawa besi.

Zirconias (ZrO2) mampu mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 900oC

(1652oF), dan bahkan silikon carbida dan silikon nitrida dapat mempertahankan

kekuatannya pada temperatur diatas 1400oC (2552oF). Material-material silikon ini

biasanya digunakan pada peralatan yang memerlukan panas tinggi seperti bagian dari

Gas-Turbine Engine. Walaupun keramik memiliki ikatan yang kuat dan tahan pada

temperatur tinggi, material ini sangat rapuh dan mudah pecah bila dijatuhkan atau

ketika dipanaskan dan didinginkan seketika.

C.     Sifat Fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan

material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik

biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat

sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan.

Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan

kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa

digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-

material keras lain.

D.    Sifat Panas

Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada

temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan

dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba

dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur

tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. Silikon karbida dan silikon nitrida

lebih dapat bertahan dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi

daripada keramik-keramik lain. Oleh karena itu material ini digunakan pada bagian-

bagian mesin seperti rotor pada turbin dalam mesin jet yang memiliki variasi

perubahan temperatur yang ekstrim.

E.     Sifat Elektrik

Beberapa jenis keramik dapat menghantarkan listrik. Contohnya Chromium

dioksida yang mampu menghantarkan listrik sama baiknya dengan sebagian besar

logam. Jenis keramik lain seperti silikon karbida, kurang dapat menghantarkan listrik

tapi masih dapat dikatakan sebagai semikonduktor. Keramik seperti aluminum oksida

bahkan tidak menghantarkan listrik sama sekali. Beberapa keramik seperti porcelain

dapat bertindak sebagai insulator (alat untuk memisahkan elemen-elemen pada

sirkuit listrik agar tetap pada jalurnya masing-masing) pada temperatur rendah tapi

dapat menghantarkan listrik pada temperatur tinggi.

F.      Sifat Magnetik

Keramik yang mengandung besi oksida (Fe2O3) dapat memiliki gaya magnetik

mirip dengan magnet besi, nikel dan cobalt. Keramik berbasis besi oksida ini biasa

disebut ferrite. Keramik magnetis lainnya adalah oksida-oksida nikel, senyawa

mangan dan barium. Keramik ber-magnet biasanya digunakan pada motor elektrik

dan sirkuit listrik dan dapat dibuat dengan resistensi tinggi terhadap demagnetisasi.

Ketika elektron-elektron disejajarkan sedemikian rupa, keramik dapat menghasilkan

medan magnet yang sangat kuat dan sukar demagnetisasi (menghilangkan medan

magnet) dengan memecah barisan elektron tersebut.

Keramik industri dibuat dari bubuk yang telah diberi tekanan sedemikian rupa

kemudian dipanaskan pada temperatur tinggi. Keramik tradisional seperti porcelain, ubin

(keramik lantai) dan tembikar dibuat dari bubuk yang terdiri dari berbagai material seperti

tanah liat (lempung), talc, silika dan faldspar. Akan tetapi, sebagian besar keramik industri

dibentuk dari bubuk kimia khusus seperti silikon karbida, alumina dan barium titanate.

Material yang digunakan untuk membuat keramik ini biasanya digali dari perut

bumi dan dihancurkan hingga menjadi bubuk. Produsen seringkali memurnikan bubuk ini

dengan mencampurkannya dengan suatu larutan hingga terbantuk endapan pengotor.

Kemudian endapan tadi disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk

menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan

berukuran sekitar 1 mikrometer (0.0001 centimeter).

Aluminium

Aluminium banyak digunakan didalam semua sektor utama industri seperti

angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan

mekanis. Penggunaan aluminium yang luas disebabkan aluminium memiliki sifat-sifat

yang lebih baik dari logam lainnya seperti:

Ringan

Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan karenanya

banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.

Kuat

Terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan produk yang

memerlukan kekuatan tinggi seperti :pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan,

kendaraan dan lain-lain.

Mudah dibentuk

Mudah dibentuk dengan semua proses pengerjaan logam. Mudah dirakit karena dapat

disambung dengan logam/material lainnya melalui pengelasan, brazing, solder,

adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya.

Tahan korosi

Sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh

unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang

angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

Konduktor listrik

Setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua kali lebih besar

jika dibandingkan dengan tembaga. Karena aluminium relatif tidak mahal dan ringan.

Konduktor panas

Sifat ini sangat baik untuk penggunaan padamesin-mesin/alat-alat pemindah panas

sehingga dapat memberikan penghematan energi.

Memantulkan sinar dan panas

Dapat dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi

yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul

ini menjadikan aluminium sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.

Non magnetik

Karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan listrik/elektronik,dimana

diperlukan faktor magnetisasi negatif.

Tidak beracun

Memiliki ketangguhan yang baik

Dalam keadaan dingin tidak seperti logam lainnya yang menjadi getas bila

didinginkan.

Mampu diproses ulang guna 

Plastik

Berdasarkan sifatnya kegunaan plastik adalah sebagai berikut :

1. Bahan dasar wadah, seperti ember, gelas, dan kantong plastik karena sifatnya yang

tidak tembus air dan ringan;

2. Bahan pembuatan payung karena sifatnya yang tidak tembus air;

3. Bahan dasar pembuatan mainan anak karena sifatnya yang mudah dibentuk dan mudah

dicetak;

4. Bahan pegangan peralatan dapur karena sifatnya yang isolator panas;

Plastik adalah hasil pengolahan minyak mentah, sifat-sifat plastik adalah sebagai berikut :

1. Tidak tembus air;

2. Mudah dibentuk dan dicetak;

3. Ringan;

4. Tidak mudah pecah;

5. Mudah terbakar;

6. Lentur;

7. Tembus pandang;

8. Isolator panas dan listrik

9. Kuat

10. Flaksibel

11. Tahan Karat

12. Mudah diberi warna sehingga menambah daya tarik

Namun plastic ini pun memiliki kelemahan, yaitu:

1.Beberapa jenis plastik tidak tahan panas

2.Beberapa jenis plastik membutuhkan waktu puluhan hingga ratusan tahun untuk terurai

secara alami (non-biodegradable)

3.Jika tidak digunakan sesuai fungsinya, bahan-bahan kimia yang terkandung dalam plastik

dapat membahayakan kesehatan

IV. LANGKAH KERJA

1. Menyiapkan tiga media/wadah dan air yang akan digunakan

2. Mengisi air pada ketiga media tersebut dengan volume masing-masing 360 ml

3. Melakukan pengukuran suhu awal pada ketiga wadah

4. Setelah satu jam, mengukur kembali suhu kedua pada ketiga wadah

5. Mengukur suhu ketiga setelah satu jam dari pengukuran suhu kedua

V. DATA PENGAMATAN

No. Wadah

Suhu (oC)

Pertama

(09.00)

Kedua

(10.00)

Ketiga

(11.00)

1 Plastik 26 30 32

2 Keramik 26 29 30

3 Aluminium 26 29 30

VI. ANALISA PERCOBAAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan pada hari Minggu pukul 09.00-11.00

WIB, didapatkan hasil bahwa dengan pengisian air sebanyak 360 ml pada ketiga wadah

memiliki temperature yang berbeda-beda. Pada awal pengukuran pukul 09.00, temperature

air di dalam wadah yaitu 26˚C. Kemudian pada pengukuran kedua yaitu pukul 10.00 air

mengalami kenaikan temperature. Namun temperature pada ketiga wadah tersebut

berbeda-beda. Pada wadah berbahan keramik temperature mengalami peningkatan menjadi

29˚C, pada wadah berbahan aluminium temperaturnya sama yaitu 29˚C, sedangkan pada

wadah berbahan plastic sebesar 30˚C. Setelah itu pada pengukuran ketiga, temperature

pada bahan keramik dan aluminium yaitu 30˚C sedangkan pada plastic yaitu 32˚C. Wadah

berbahan plastic lebih tinggi temperaturnya dari pada yang lain disebabkan karena bentuk

wadah plastic yang digunakan panjang dan sempit dengan diameter bagian atas botol lebih

kecil dibanding bahan lain. Sehingga panas yang telah dipancarkan melalui radiasi

matahari tersimpan lebih lama didalam wadah plastik, bentuk pada wadah tersebut

membuat panas tersebut sukar keluar (sukar berinteraksi dengan udara). Dan juga seiring

dengan meningkatnya temperature maka semakin mudah bahan plastic untuk memutuskan

ikatan sekunder yang lebih lemah sehingga molekulnya dapat saling bergerak bebas.

bahan keramik dan aluminium juga memiliki daya hantar panas yang baik, karena

itulah keramik dan aluminium dikatakan sebagai konduktor panas. Namun pada keramik,

apabila mengalami peningkatan suhu secara tiba-tiba lalu kembali terjadi penurunan suhu

akan mengakibatkan kemarik tersebut pecah. Aluminium sebagai konduktor panas sangat

baik untuk penggunaan padamesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat

memberikan penghematan energi.

VII. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa dengan adanaya

efek radiasi dari matahari ini mampu memindahan panas dari matahari menuju ke air.

bentuk dan jenis dari wadah sangat mempengaruhi perpindahan panas dengan efek radiasi.

Bentuk dari wadah plastic yang panjang dan berdiameter kecil mengalami peningkatan

temperature yang tinggi dibandingkan bahan lainnya. Hal ini disebabkan oleh panas yang

diterima terperangkap di dalam wadah yang sempit, akibatnya panas sukar untuk

berinteraksi dengan udara dan air di dalam wadah memilih panas yang bertahan lebih lama.

VIII. GAMBAR ALAT

Aluminium, Keramik, Plastik