PERCOBAAN 5 KONDUKTIVITAS PANAS
Disusun Oleh : Ferdian Santa Limantara
(6132073)
Johanes
(6132083)
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SURABAYA 2013/2014
I.
Tujuan 1. 2.
II.
Memahami peristiwa perpindahan panas secara konduksi serta parameterparameter yang mempengaruhinya Menentukan konduktivitas panas bahan isolasi.
Dasar Teori Konduktivitas atau keterhantaran termal (k) adalah suatu besaran intensif bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk mengahantarkan panas. Konduktivitas termal adalah kuantitas panas yang ditransmisikan, karena satuan suhu gradien, dalam satuan waktu dalam kondisi yang stabil dalam arah normal ke permukaan satuan luas, ketika perpindahan panas hanya tergantung pada gradien suhu. konduktivitas termal = laju aliran panas × jarak / (luas × perbedaan suhu). Besaran ini didefinisikan sebagai panas (Q) yang dihantarkan selama waktu t melalui ketebalan (L), dengan arah normal ke permukaan dengan luas A yang disebabkan oleh perbedaan suhu (ΔT) dalam kondisi tunak dan jika perpindahan panas hanya tergantung dengan perbedaan suhu tersebut. Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis Kapasitas kalor (C) merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co. Q = C T Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c : Kalor jenis c merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co. Q = m c T Konduksi adalah proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel. Jika anda membiarkan sebuah panci logam dalam api untuk waktu yang cukup lama, maka pegangan dari panci tersebut akan menjadi panas. Energi ditransfer dari api ke pegangan secara konduksi (termal).
Untuk persamaan yang digunakannya adalah:
Keterangan Persamaan itu adalah : Q/t = laju perpindahan kalor(J/s) k = konduktivitas termal bahan (W/m2 K) A = luas penampang bahan (m2) ∆T = perbedaan suhu ujung-ujung logam (K) L = panjang atau tebal batang (m) Untuk menghitung suhu sambungan pada dua benda kita gunakan:
Keterangan untuk rumus suhu dua sambungan tersebut: Ts = suhu sambungan T1 = suhu ujung bebas benda 1 T2 = suhu ujung bebas benda 2 k1 = koefisien konduksi benda 1
k2 = koefisien konduksi benda 2 A1 = luas penampang benda 1 A2 = luas penampang benda 2 L1 = panjang benda 1 L2 = panjang benda 2
III.
Alat dan Cara Kerja
Alat-alat yang diperlukan : 1.
Statif percobaan konduktivitas
2.
Ketel uap
3.
Kompor listrik
4.
Stop watch
5.
Termometer (2 buah)
6.
Mikrometer
7.
Jangka sorong
8.
Ketel air panas
9.
Bahan uji (mika dan kaca)
Cara Kerja : 1. Plat bawah kuningan ditimbang dan massa serta kalor jenis plat kuningan ditimbang. 2. Tebal serta diameter masing-masing bahan uji diukur (mika dan kaca). 3. Ketel diisi dengan air hingga volume ketel ¾ dari volume ketel. 4. Ketel yang berisi air panas dipanaskan. Uap dari ketel air panas disalurkan dengan selang ke ketel uap yang disebut juga plat atas. 5. Termometer yang ditancapkan pada ketel uap akan mengukur suhu pada air yang mendidih pada ketel air panas .Suhu sekitar 90-95oC (T2o). 6. Plat bawah yang telah ditancapkan thermometer pada statif dipanaskan, dilanjutkan dengan bahan uji diletakkan diatas plat bawah kuningan. 7. Ketel uap diletakkan diatas bahan uji dan plat bawah kuningan.
8. Waktu yang diperlukan untuk kenaikan dicatat 1oC . Percobaan ini dulakukan hingga suhu 50oC untuk bahan uji mika dan 60oC untuk bahan uji kaca. 9. Melakukan langkah yang sama untuk bahan uji yang berbeda.
IV.
Data Hasil Pengukuran
Massa plat bawah kuningan : m = 449 gr Kalor jenis kuningan : c =0.094 kal/groC
Bahan Uji:
1(mika)
2(kaca)
Tebal : x = 4.95 mm
Tebal : x = 4.72 mm
= 0.495 cm
= 0.472 cm
Suhu awal = suhu kamar : T2o = 28oC
Suhu plat atas T1 = 89oC
Tabel hasil pengukuran Untuk bahan uji 1 : mika
Untuk bahan uji : kaca
Diameter (d) (cm) d1 d2 d3 11.35 11.25 11.50
suhu [°C] (T2) 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
Waktu [s] (t) 3,08 7,91 14,55 40,64 74,86 105,45 159,64 195,70 243,30 285,17 323,58
suhu [°C] (T2) 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Diameter (d) (cm) d1 d2 d3 11.50 11.50 11.75
Waktu [s] (t) 367,77 403,89 449,80 494,67 540,61 586,96 639,23 688,27 751,52 799,52 860,27
suhu [°C] (T2) 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Waktu [s] (t) 2,65 7,52 11,43 17,15 23,71 32,08 37,24 45,08 52,11 60,18 75,52 83,83
suhu [°C] (T2) 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
Waktu [s] (t) 127,61 139,46 149,68 159,65 171,80 183,05 194,43 208,74 222,40 236,46 252,26 265,80
41 42 43 44
V.
91,49 100,93 109,49 118,69
57 58 59 60
273,61 300,99 310,26 324,72
Analisa Data H = - K.A
..................................... (1) ..................... (2)
( ( (
)
(
)
[
]
[
]
) )
Sehingga : Y = Bx X=
[
]
Y=t B=
a) Menghitung konduktivitas mika suhu [°C] (T2) 29 30 31 32 33 34 35 36
Waktu [s] (t) (Y) 3,08 7,91 14,55 40,64 74,86 105,45 159,64 195,70
(T1-T2)/(T1-T2º) 0,984 0,968 0,952 0,935 0,919 0,903 0,887 0,871
X=-ln[(T1-T2)/(T1-T2º)] 0,02 0,03 0,05 0,07 0,08 0,10 0,12 0,14
X² 0,00026 0,00108 0,00246 0,00445 0,00707 0,01036 0,01435 0,01909
X.Y 0,05 0,26 0,72 2,71 6,29 10,73 19,13 27,04
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
243,30 285,17 323,58 367,77 403,89 449,80 494,67 540,61 586,96 639,23 688,27 751,52 799,52 860,27
0,855 0,839 0,823 0,806 0,790 0,774 0,758 0,742 0,726 0,710 0,694 0,677 0,661 0,645
0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,37 0,39 0,41 0,44
0,02460 0,03094 0,03815 0,04627 0,05537 0,06550 0,07672 0,08910 0,10270 0,11761 0,13391 0,15168 0,17103 0,19207
Menentukan B dari suhu 34o
Y
= BX
t
= B.
B
=
[
[
=
]
]
=1054,5
B = 1054,5 = K = 0,0009 [kal.cm/det.oC]
Menghitung nilai A (kalkulator) A
∑
∑
∑
∑
(∑ )
A
∑
(
)
A= A = -86,62
Y = BX+A Y = 1054,5X – 86,62
38,16 50,16 63,20 79,11 95,04 115,12 137,02 161,37 188,10 219,22 251,86 292,69 330,65 377,02
Grafik Waktu terhadap -Ln[(T1-T2)/(T1-T2ᵒ)] -ln[(T1-T2)/(T1-T2°)]
1000.00 y = 2119.4x - 86.486 R² = 0.9964
800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 -200.00
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
Waktu (s)
b) Menghitung konduktivitas Kaca suhu [°C] (T2) 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Waktu [s] (t) (Y) 2,65 7,52 11,43 17,15 23,71 32,08 37,24 45,08 52,11 60,18 75,52 83,83 91,49 100,93 109,49 118,69 127,61 139,46 149,68 159,65
(T1-T2)/(T1-T2º) 0,984 0,968 0,952 0,935 0,919 0,903 0,887 0,871 0,855 0,839 0,823 0,806 0,790 0,774 0,758 0,742 0,726 0,710 0,694 0,677
X=-ln[(T1-T2)/(T1T2º)] 0,02 0,03 0,05 0,07 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,37 0,39
X²
X.Y
0,00026 0,00108 0,00246 0,00445 0,00707 0,01036 0,01435 0,01909 0,02460 0,03094 0,03815 0,04627 0,05537 0,06550 0,07672 0,08910 0,10270 0,11761 0,13391 0,15168
0,04 0,25 0,57 1,14 1,99 3,27 4,46 6,23 8,17 10,59 14,75 18,03 21,53 25,83 30,33 35,43 40,90 47,83 54,77 62,18
49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
171,80 183,05 194,43 208,74 222,40 236,46 252,26 265,80 273,61 300,99 310,26 324,72
0,661 0,645 0,629 0,613 0,597 0,581 0,565 0,548 0,532 0,516 0,500 0,484
0,41 0,44 0,46 0,49 0,52 0,54 0,57 0,60 0,63 0,66 0,69 0,73
0,17103 0,19207 0,21490 0,23966 0,26648 0,29552 0,32694 0,36093 0,39769 0,43745 0,48045 0,52698
Menentukan B dari suhu 34o :
Y
= BX
t
= B.
B
=
[
[
=
]
]
= 320,8
B = 539.1 = K = 0.003[kal.cm/det.oC]
Menghitung nilai A (kalkulator) A
∑
∑
∑
∑
(∑ )
A
∑
(
)
A= A = -16,47
Y = BX+A Y = 539.1X - 16,47
71,05 80,22 90,13 102,19 114,81 128,54 144,24 159,69 172,55 199,07 215,06 235,73
Grafik Waktu terhadap -Ln[(T1-T2)/(T1-T2ᵒ)] 350.00
y = 463.87x - 16.271 R² = 0.9979
-ln[(T1-T2/(T1-T2°)]
300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 -50.00 0.00
VI.
0.10
0.20
0.30
0.40 0.50 Waktu (s)
0.60
0.70
0.80
Pembahasan Konduktivitas termal adalah kuantitas panas yang ditransmisikan, karena satuan suhu gradien, dalam satuan waktu dalam kondisi yang stabil dalam arah normal ke permukaan satuan luas, ketika perpindahan panas hanya tergantung pada gradien suhu. Percobaan konduktivitas panas dilakukan untuk mengetahui parameterparameter yang mempengaruhi konduktivitas panas dan untuk menentukan nilai konduktivitas bahan isolasi. Percobaan ini dilakukan dengan memanaskan ketel yang berisi air panas, ketel panas tersebut terhubung dengan ketel uap melaluI selang. Selang tersebut berguna untuk memindahkan uap air dari ketel air panas yang mendidih. Termometer yang ditancapkan pada ketel uap akan mengukur suhu konstan air yang mendidih pada ketel air panas (T1). Tidak lupa kita juga harus mengetahui suhu ruangan (T2o) untuk mengetahui pada mula-mula suhu berapa waktu diukur. Bahan uji diletakan diantara ketel uap dan plat kuningan. Termometer yang diletakkan pada plat kuningan akan mengukur waktu yang diperlukan bahan uji untuk menghantarkan panas dari ketel sampai suhu yang diinginkan. Dengan percobaan tersebut kita dapat mengetahui konduktivitas dari masing masing bahan uji. Tergantung pada parameter-parameter yang mempengaruhinya. Berdasarkan hasil percobaan,
vitas yaitu tebal masing-masing bahan uji, koefisien konduktivitas dari setiap bahan uji, suhu dari ketel uap itu sendiri, suhu ruangan, dan suhu dari setiap bahan uji. Dari percobaan tersebut diperoleh koefisien konduktivitas dari bahan uji mika yaitu 0,0009 [kal.cm/det.oC]. Dan konduktivitas bahan uji kaca diperoleh sebesar 0.003 [kal.cm/det.oC]. VII.
Kesimpulan 1.
Parameter-parameter yang mempengaruhi kuantitas konduktivitas panas antara lain adalah tebal masing-masing bahan uji,koefisien konduktivitas dari setiap bahan uji,suhu dari ketel uap itu sendiri,suhu ruangan,dan suhu dari setiap bahan uji.
2.
Konduktivitas dari bahan uji mika adalah 0,0009[kal.cm/det.oC] dan konduktivitas dari bahan uji kaca adalah 0.003 [kal.cm/det.oC].
VIII.
Daftar Pustaka http://prada-na.blogspot.com/2013/01/laporan-sifat-konduktivitasthermal_16.html http://garda-pengetahuan.blogspot.com/2013/10/pengertian-perpindahan-kalorsecara.html
