Konduktivitas Termal [PDF]

Citation preview

JURNAL PRAKTIKUM Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



1



Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu) Normasari Wijayanti, Yovanita Narsiska dan Setiawan Abdillah Jurusan Fisika, Fakultas IPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 [email protected] Abstrak—Percobaan E-mail: analisis perpindahan panas pada elektron bebasnya saling menstabilkan dengan unsur kimia bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu) dengan tujuan lainnya yang bereaksi dengan unsur logam. Dimana untuk mengetahui nilai konduktivitas termal dari jenis kayu konduktivitas ini merupakan nilai intensif suatu bahan yang yang dipakai pada percobaan ini. Dimana prinsip dari memiliki kemapuan daya hantar panasnya. Berikut ini percobaan ini adalah dengan menggunakan konduktivitas termal bahan. Pada proses percobaan ini akan menghasilkan adalah nilai Konduktivitas termal untuk beberapa bahan[2] : temperature pada tiap titip batas lapisan bahan yang digunakan. Dimana pada percobaan ini dilakukan variasi kayu yang digunakan dengan panjang yang sama dengan kayu yang lain yang akan digunakan pada percobaan ini. Berdasarkan data yang diperoleh maka dapat dilakukan analisis data. Dari percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa percobaan tentang pembuatan dan pengamatan lapisan tipis dapat diambil kesimpulan bahwa konduktivitas kayu beringin sebesar 24,98228 (W/m °C), konduktivitas kayu mangga sebesar 33,72812 (W/m °C), dan konduktivitas kayu bougenvil sebesar 35,66769 (W/m °C). Kata Kunci— konduktivitas, perpindahan panas, temperature



K



I.



PENDAHULUAN



Ita ketahui bahwa di bumi ini memiliki banyak unsur-unsur kimia yang bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Namun setiap unsur ini memiliki karakteristik yang berbeda, hal ini dapat kita ketahui berdasarkan tabel periodic unsur-unsur kimia. Dimana berdasarkan dari tabel periodic unsur-unsur kimia ini dapat kita ketahui bahwa setiap unsur dibagi berdasarkan golongan dan periode nya. Berdasarkan pembagian golongannya maka dapat kita ketahui bahwa unsur ini termasuk golongan logam atau non logam[2]. Logam merupakan sesuatu unsur kimia yang mempunyai atom-atomnya yang tersusun secara sangat teratur yang mana memiliki banyak elektron bebas, karena terdapat banyak elektron bebasnya maka logam ini memiliki kemampuan dalam menghantarankan panas dan listrik dengan baik dibandingkan dengan non logam. Namun pada bahan non logam ini memiliki elektron bebas yang sedikit dan memiliki kemampuan daya hantar lebih kecil dibandingkan logam. Bukan hanya perbedaaan jumlah elektron bebasnya yang dapat menghantarkan panas, akan tetapi ada perbedaan lainnya yaitu pada logam terdapat perpindahan panas berdasarkan elektron dan kisi fonon, namun pada non logam ini hanya berdasarkan kisi fonon. Dimana kisi fonon ini merupakan kisi partikel yang bergetar[1]. Dari perbedaan ini maka dapat diketahui bahwa logam memiliki konduktivitas yang bagus karena logam merupakan ikatan logam, yang mana dalam ikatan ini



Tabel 1. Nilai Konduktivitas Termal Material



Bahan



k (W/m °C)



Logam Perak (murni)



410



Tembaga (murni)



385



Aluminium (murni)



202



Nikel (murni)



93



Besi (murni)



73



Baja karbon, 1% C



43



Timbal (murni)



35



Baja krom-nikel



16,3



(18% Cr, 8% Ni) Bukan Logam Kuarsa (sejajar sumbu)



41,6



Magnesit



4,15



Marmar



2,08-2,94



Batu pasir



1,83



Kaca, jendela



0,78



Kayu mapel atau ek



0,17



Serbuk gergaji



0,059



Wol kaca



0,038



Berdasarkan konduktivitas ini maka dapat diketahui bahwa perpindahan panas dari bahan logam dan non logam , mana yang lebih baik dan tidak. Dimana perpindahan panas ini merupakan perpindahan energy dari lingkungan yang temperatur tinggi ke lingkungan yang temperatur rendah[3]. Berdasarkan perpindahan panas ini terdapat dua jenis perpindahan panas yaitu perpindahan panas berdasarkan medium dan tanpa medium. Menurut perpindahan panas yang membutuhkan medium ini ada dua yaitu perpindahan panas secara konduksi dan konveksi. Perpindahan panas secara konduksi yaitu perpindahan panas yang mana tidak disertai perpindahan partikel,namun pada perpindahan panas secara konveksi disertai perpindahan partikel. Lalu perpindahan panas yang tidak membutuhkan medium adalah radiasi, karena perpindahan panas ini hanya menggunakan panjang gelombang[3].



JURNAL PRAKTIKUM Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



2



II. METODE PERCOBAAN Pada percobaan ini digunakan alat dan bahan sebagai berikut : dua batang logam alumunium, 3 batang kayu, kompor listrik, firometer, tissue, penjepit, stopwatch. Langkah awal percobaan ini adalah dengan menyiapkan alat dan bahan. Setelah itu dirangkai alat dan bahan seperti pada gambar 2.1 T4 B Kb



T3



Ka



T2 A T1



Gambar 2.1 rangkaian percobaan analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



Lalu setelah dirangkain alat seperti gambar 3.1 ini, kompor listrik dipanaskan. Dalam memberi temperature ini diberi waktu selama 7 menit dengan menggunakan stopwatch Setelah waktu pemberian temperature selesai maka di ukur suhu pada logam alumunium atas (b) pada titik T4 dan T3, lalu diukur lagi pada logam bawah (a) pada titik T2 dan T1. Setelah itu dicatat suhunya. Pada percobaan ini alat yang digunakan untuk mengukur suhu yaitu menggunaan pirometer. Dimana pirometer ini merupakan sensor suhu yang dapat mengukur suhu dari jarak jauh tanpa melakukan kontak langsung dengan objek yang akan diukur. Cara kerja dari alat pirometer ini menentukan suhu objek dengan cara mengetahui radiasi termal yang dipancarkan oleh objek tersebut. Kemudian kompor dimatikan sebentar dan logam alumunium di dinginkan dengan tissue yang sudah diberi air. Kemudian dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali. Setelah dilakukan pengulagan maka sampelkayu yang digunkan diganti. Pada percobaan ini dilakukan variasi pada jenis sempel kayu yang berbedaa-beda. Dapat dilihat langkah kerja pada gambar 2.2 dibawah ini



Gambar 2.2 flowchart percobaan Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



Setelah dilakukan percobaan ini maka dapat dilakukan pengelolahan data dengan menggunakan persamaan sebagai berikut



Q   kA



dt dx ......……………………………………...(1.1)



Atau



Qdx  kAdt ………………………………………...(1.2) Dari persamaan 1.2 ini maka dapat di integralkan dan didapatkan persamaan sebagai berikut



Q   kA



t x



…………………..…………………..….(1.3) Dimana : Q = banyaknya kalor/jumlah panas (Joule) k = konstanta konduktivitas material (W/M ) A



= luas permukaan bahan (m2)



JURNAL PRAKTIKUM Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



∆x



3 Dari contoh perhitungan diatas maka didapatkan tabel pengelolahan data sebagai berikut



= perbedaan ketebalan material (m)



∆ T = perbedaan temperatur dua sisi material (0C)



Bahan



III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisis data Dari percobaan yang telah dilakukan maka didapatkan data seperti pada tabel 3.1 dibawah ini Tabel 3.1 data percobaan Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



N o



Bahan



1



kayu beringin



2



3



T1(0C)



T2(0C)



T3(0C)



T4(0C)



67



65



47



45



56



51



42



41



75



66



49



44



72



66



54



47



64



53



39



37



60



64



40



38



64



57



39



37



66



55



39



33



67



53



36



35



kayu mangga



kayu bougenvil



Dari data yang didapatkan maka dapat dilakukan pengelolahan data untuk mencari nilai konduktivitas pada setiap jenis kayu dengan menggunakan persamaan 1.3. maka didapatkan contoh perhitungan sebagai berikut Diketahui : k (alumunium) T1 T2 T3 T4



: 202 (W/m °C) : 67 °C : 65 °C : 47 °C : 45 °C



∆x



(alumunium)



∆x



(kayu) : 1,3 cm : 0,013



: 3cm : 0,03 m



Ditanya : ka ( kayu bagian bawah) dan kb ( kayu bagian atas) Penyelesaian :



k Al  T1  T2  k  T2  T3   x Al x kayu k



k Al  T1  T2  x kayu x Al  T2  T3 











( 202W / 0 C ) 67 0 T  65 0 T (0,013m) k (0,03m)(65 0 T  47 0 T ) k  9,725926 (W/m °C)



Tabel 3.1 pengelolahan data



kayu beringin kayu mangga kayu bougenvi l



Ka



Kb



9,725 48,629 46,341 43,766 68,776 17,506 34,040 60,179 72,086



9,725 9,725 25,745 51,061 12,504 8,7533 9,725 32,825 5,149



Ka ratarata



Kb ratarata



34,898



15,065



43,349



24,106



55,435



15,8999



B. Pembahasan Dari percobaan analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu) dengan tujuan untuk mengetahui nilai konduktivitas jenis kayu yang dipakai pada percobaan ini. Dimana pada percobaan ini dilakukan variasi kayu yang digunakan dengan panjang yang sama dengan kayu yang lain yang akan digunakan pada percobaan ini. Berdasarkan percobaan yang dilakukan ini maka didapatkan data pada tabel 3.1, lalu setelah didapatkan data maka dilakukan pengelolahan data yang mana dapat dilihat pada tabel 3.2. Berdasarkan tabel pengelolahan data maka dapat diketahui bahwa terdapat perbedaan nilai konduktivitas yang dihasilkan berbeda berdasarkan titik acuan dari kayu bagian bawah dan kayu bagian atas. Hal ini dapat dianalisis bahwa terdapat factor yang mempengaruhi hasil yang berbeda-beda ini. Dimana factor yang mempengaruhi saat mengukur suhu di alumunium atas (b) dan alumunium bawah (a) adalah pengaruh ketika alumunium atas (b) sedang di ukur suhunya, akan tetapi pada alumunium bawah (a) tetap ada diatas sumber panas. Maka dari factor ini dapat diketahui bahwa pada alumunium atas (b) hanya terdapat peluang kecil pengaruh dari konveksi akibat dari udara, lalu pada alumunium bawah (a) ini hanya dipengaruhi oleh sumber panas yang diberikan, dimana ketika sedang mengukur alumunium atas (b) dan alumunium bawah (a) terdapat selisih waktu persekian detik dalam pengukuran suhunya. Hal ini dapat mengakibatkan pada alumunium bawah (a) masih mendapatkan energi dari sumber panas sehingga hasil temperature di alumunium bawah (a) lebih besar pada T 2 namun pada T3 ini terdapat selisih yang jauh dari hasil pengukuran temperature yang didapatkan. Kemudian dari nilai bahwa nilai konduktivitas yang didapatkan setiap jenis kayu yang berbeda-beda. Hal ini dapat dapat dipengaruhi dari jenis pohon yang digunakan yaitu apakah jenis kayu yang akarnya serabut atau tunggal. Lalu juga dapat diketahui bahwa pada sampel kayu yang digunakan merupakan jenis kayu yang memiliki akar tunggal. Namun bukan hanya jenis akarnya yang mempengaruhi tapi ada pengaruh dari umur pohon tersebut dimana semakin tua umur tesebut maka lingkaran kambiun dalam pohon tersebut semakin banyak hal ini mengakibatkan semakin padatnya batang kayu. Maka dari hal tersebut didapatkan bahwa semakin padat kayunya maka



JURNAL PRAKTIKUM Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu)



4 memiliki daya hantar yang bagus dibandingkan dengan kayu yang memiliki kepadatan yang kurang.



praktikum ini yaitu Yovanita Narsiska dan Setiawan Abdillah yang telah memberikan bantuan berupa tenaga dan bimbingan sehingga praktikum dan laporan ini dapat diselesaikan



IV. KESIMPULAN Setelah dilakukan percobaan tentang Analisis perpindahan panas pada bahan logam (Al) dan bahan non logam (kayu) dapat diambil kesimpulan bahwa konduktivitas kayu beringin sebesar 24,98228 (W/m °C), konduktivitas kayu mangga sebesar 33,72812 (W/m °C), dan konduktivitas kayu bougenvil sebesar 35,66769 (W/m °C).



UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Bahan Jurusan Fisika FMIPA ITS khusunya kepada asisten pada



DAFTAR PUSTAKA [1] Incropera, Frank P. and Dewitt, David P. 2002. Fundamentals Of Heat and Mass Transfer 5th edition. Singapore : John Wiley & Sons, Inc. [2]



R.E Smallman and R.J Bishop.”Modern Physics Metallurgy & Materials Engineeering 6th Edition.Erlangga, Jakarta.2000



[3] Tim Eksperimen Fisika.2009.Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika.Padang;Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Negeri Padang.