Sifat Penyerapan Plat Datar (17-012) [PDF]

Citation preview

LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Merkuri (atau air raksa) merupakan zat yang memiliki koefisiensi ekspansi beberapa kali lebih besar dari koefisiensi ekspansi kaca, sehingga saat suhu meningkat merkuri naik ke atas tabung memberikan metode harga dan akurasi relatif rendah untuk mengukur suhu. Merkuri juga memiliki keuntungan tidak membasahi kaca, dan karenanya, bersih melintasi tabung kaca, tanpa meninggalkan tetesan atau lapisan pada tabung. Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan suhu berat benda tertentu dapat dihitung seperti persamaannya yang telah ditetapkan. Seperti biasa perawatan harus dilakukan dalam memilih unit yang benar. Jawaban negatif mengindikasikan ekstraksi panas atau kehilangan panas. Perhitungan perpindahan panas secara konveksi dalam praktek tidak semudah perpindahan panas secara konduksi. Perlu dicatat bahwa dalam praktek pilihan yang tepat untuk h sangat sulit karena ketergantungan pada beberapa variabel (seperti densitas, viskositas, dan panas spesifik). Radiasi panas tergantung pada warna permukaan, tekstur, dan bentuk. Plat datar dengan fluks panas konstan, ada kalanya kasus yang dianalisis adalah plat datar dengan fluks panas yang konstan. Defenisi fluks adalah laju aliran panas persatuan luas atau disimbolkan q”. Kasus-kasus seperti ini misalnya dapat dijumpai pada plat datar yang dikenai sinar matahari. Apa yang terjadi bila dua sistem pada temperatur yang berbeda diletakkan bersama merupakan pengalaman yang paling dikenal dalam peradaban. Telah diketahui bahwa temperatur akhir yang dicapai oleh kedua sistem itu ada diantara kedua temperatur awal. Sampai permulaan abad kesembilan belas, gejala yang seperti itu, yang termasuk dalam kalorimetri, dijelaskan dengan mengambil postulat adanya zat atau bentuk materi yang disebut kalorik, atau kalor dalam benda.



a.



Tujuan 1. Untuk mengetahui nilai rata-rata intensitas yang dihasilkan lampu halogen 75 watt 2. Untuk mengetahui hubungan antara intensitas dengan jarak dan waktu 3. Untuk mengetahui sifat-sifat radiasi pada plat datar berwarna hitam dan merah 4. Untuk mengetahui aplikasi dari sifat penyerapan kalor pada plat datar khususnya berwarna hitam



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 BAB II LANDASAN TEORI



Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan suhu berat benda tertentu dapat dihitung seperti persamaannya yang telah ditetapkan. Seperti biasa perawatan harus dilakukan dalam memilih unit yang benar. Jawaban negatif mengindikasikan ekstraksi panas atau kehilangan panas. Perhitungan perpindahan panas secara konveksi dalam praktek tidak semudah perpindahan panas secara konduksi. Perlu dicatat bahwa dalam praktek pilihan yang tepat untuk h sangat sulit karena ketergantungan pada beberapa variabel (seperti densitas, viskositas, dan panas spesifik). Radiasi panas tergantung pada warna permukaan, tekstur, dan bentuk. Karena itu, ditambah informasi dari hubungan dasar untuk transfer energi panas radiasi diberikan dibawah ini harus menjadi faktor masukan, dan perpindahan panas radiasi. Q = WC (T 2−T 1 )...........................................................................................................(2.1) Q =



−kA (T 2−T 1 ) ................................................................................................................. L



(2.2) Q = ha(T 2−T 1 )..............................................................................................................(2.3) Q = CA (T 42−T 41 )...........................................................................................................(2.4) Ekspansi linear material adalah perubahan dimensi liner karena perubahan suhu dan dapat dihitung dengan rumus berikut : L2=L1 [1+ a ( T 2−T 1 ) ]..............................................................................................(2.5) Ekspansi volume dalam suatu material akibat perubahan suhu diberikan oleh : V 2=V 1 [1+b ( T 2−T 1) ]..............................................................................................(2.6) Merkuri (atau air raksa) merupakan zat yang memiliki koefisiensi ekspansi beberapa kali lebih besar dari koefisiensi ekspansi kaca, sehingga saat suhu meningkat merkuri naik ke atas tabung memberikan metode harga dan akurasi relatif rendah untuk mengukur suhu. Ditemukannya termometer digital yang memudahkan pembacaan telah mengakibatkan termometer merkuri banyak ditinggalkan. Merkuri juga memiliki keuntungan tidak membasahi kaca, dan karenanya, bersih melintasi tabung kaca, tanpa meninggalkan tetesan atau lapisan pada tabung. Rentang operasi termometer merkuri sekitar −300 F sampai 8000 F (−35 0 C sampai 450 0 C) {titik beku raksa 38℉ [−38 ℃ ]}. Toksisitas merkuri, memudahkan kerusakan, mengenalkan harga yang efektif, dan akurat. Ditemukannya termometer digital yang memudahkan pembacaan telah mengakibatkan termometer merkuri banyak ditinggalkan. Cairan dalam perangkat kaca beroperasi pada prinsip yang sama dengan termometer digital. Termometer ini akurat dan dengan



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 cairan yang berbeda (masing-masing jenis cair memiliki rentang operasi terbatas) dapat memiliki rentang operasi sekitar -300℉ sampai 600℉ (-170℃ sampai 330℃).



(Sutarno, 2014)



Apa yang terjadi bila dua sistem pada temperatur yang berbeda diletakkan bersama merupakan pengalaman yang paling dikenal dalam peradaban. Telah diketahui bahwa temperatur akhir yang dicapai oleh kedua sistem itu ada diantara kedua temperatur awal. Sampai permulaan abad kesembilan belas, gejala yang seperti itu, yang termasuk dalam kalorimetri, dijelaskan dengan mengambil postulat adanya zat atau bentuk materi yang disebut kalorik, atau kalor dalam benda. Orang percaya bahwa benda pada temperatur tinggi mengandung banyak kalori dan benda pada temperatur rendah mempunyai sedikit saja kalori. Bila dua benda dipersentuhkan, benda yang lebih banyak kalorinya akan kehilangan sebagian kalorinya karena diberikan pada benda lain, sehingga nilai temperatur akhirnya ada diantaranya. Jadi, kita mengambil definisi kalorimetrik dari kalor sebagai sesuatu yang berpindah antara sistem dan lingkungannya akibat adanya perbedaan temperatur saja. Jelaslah bahwa dinding adiabat adalah dinding yang tidak ditembus kalor, atau disebut juga penyekat kalor, sedangkan dinding diaterm adalah penghantar kalor. Sangat penting untuk diperhatikan bahwa keputusan untuk menyatakan apakah perubahan keadaan tertentu menyangkut pelaksanaan kerja atau pemindahan kalor memerlukan jawaban tegas pada pertanyaan berikut ini : Apa sistemnya, dan apa lingkungannya ? Jika kita andaikan tidak ada gesekan pada poros katrol dan tidak ada hambatan listrik dalam pembangkit listrik dan kawat penghubungnya, maka kita mempunyai gawai yang keadaan termodinamik sistemnya, terdiri atas air dan hambat, bisa diubah dengan cara mekanis murni, misalnya dengan melakukan kerja. Namun, jika hambat dipandang sebagai suatu sistem dan air sebagai lingkungannya, maka terdapat pemindahan kalor dari hambat akibat adanya perbedaan temperatur antara hambat dan air. Selain itu, jika sebagian kecil air dipandang sebagai sistem, dengan sisa bagian air yang lain dipandang sebagai lingkungannya, maka ada juga pemindahan kalor. Dengan memandang sistem gabungan yang terdiri atas air dan hambat, lingkungannya tidak mengandung benda yang temperaturnya berbeda dari sistem sehingga tidak ada kalor yang dipindahkan antara sistem gabungan ini dengan lingkungannya.



(Dittman, 1986)



Ketika menyebutkan kata konduksi, kita harus segera menyulap konsep atom dan aktivitas molekuler karena proses pada level ini menopang mode perpindahan panas ini. Konduksi dapat dipandang sebagai transfer energi dari lebih energik ke yang kurang energik dari suatu zat karena interaksi antar partikel. Mekanisme fisik konduksi paling mudah dijelaskan dengan mempertimbangkan gas dan gas menggunakan ide-ide yang akrab dari latar belakang termodinamika. Pertimbangkan gas dimana suatu suhu gradien temperatur ada, dan menganggap bahwa tidak ada gerakan massal, atau makroskopis. Gas dapat menempati ruang antara dua permukaan yang dipertahankan pada suhu yang berbeda. Energi ini terkait dengan translasi acak, seperti serta gerakan rotasi dan getaran internal, dari molekul. Suhu yang lebih tinggi dikaitkan dengan energi molekul yang lebih tinggi. Saat bersebelahan molekul bertabrakan, seperti yang



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 terus-menerus mereka lakukan, transfer energi dari yang lebih energik untuk molekul yang kurang energik harus terjadi. Dihadapan gradien suhu, energi transfer dengan konduksi kemudian harus terjadi ke arah penurunan suhu. Ini akan benar bahkan tanpa adanya tabrakan. Bidang hipotesis terus-menerus dilintasi oleh molekul-molekul dari atas dan bawah karena acak gerakan. Namun, molekul dari atas dikaitkan dengan suhu yang lebih tinggi daripada itu dari bawah, dalam hal ini harus ada transfer energi bersih dalam arah x positif. Tabrakan antar molekulmeningkatkan transfer energi ini. Kami dapat berbicara tentang transfer energi dengan gerak molekul acak sebagai difusi energi. Situasinya hampir sama dengan dalam cairan, meskipun molekulnya lebih dekat spasi dan interaksi molekular lebih kuat dan lebih sering. Demikian dalam solid, konduksi dapat dikaitkan dengan aktivitas atom bentuk getaran kisi. Yang terlihat modern adalah untuk menganggap transfer energi ke gelombang kisi yang disebabkan oleh gerakan atom. Dalam listrik non konduktor, transfer energi secara ekslusif melalui gelombang kisi ini ; dalam sebuah konduktor itu juga karena gerakan translasi elektron bebas. Contoh perpindahan panas konduksi adalah leguin. Ujung sendok logam yang terbuka tiba-tiba direndam dalam secangkir kopi panas yang akhirnya menghangat karena konduksi energi melalui sendok. Pada hari musim dingin, ada kehilangan energi yang signifikan dari pemanas ruang ke udara luar. Kehilangan ini karena perpindahan panas konduksi melalui dinding yang memisahkan udara ruang dari udara luar. Proses perpindahan panas dapat dikuantifikasi dalam hal persamaan laju yang sesuai. Ini persamaan d mekanika, dan teknik pertanian, berbagai persoalan memerlukanapat dapat digunakan untuk menghitung energi yang ditransfer per satuan waktu. Untuk konduksi panas, persamaan laju dikenal sebagai hukum Fourier. Untuk yang satu dimensi dinding bidang, memiliki distribusi sushu T(x), persamaan laju dituliskan sebagai : q nx =−k



dT .....................................................................................................................(2.7) dx



Parameter k adalah properti transportasi yang dikenal sebagai konduktivitas termal dT/dx, ity (W/mK) dan merupakan karakteristik dari bahan dinding. Tanda minus adalah konsekuensi dari fakta bahwa panas adalah ditransfer ke arah penurunan suhu. Dimana distribusi suhu linier, gradien suhu dapat dinyatakan sebagai papan diudara. Udara yang membuat kontak dengan dengan komponen mengalami suatu suhu dan karenanya pengurangan kepadatan. Karena sekarang lebih ringan daripada udara pembulatan, gaya apung mendorong gerakan vertikal yang darinya udara hangat naik papan diganti dengan aliran udara ambien yang lebih dingin. Sementara kami menganggap konvejsi paksa murni, kondisi yang terkait dengan campuran (gabungan) paksa dan alami konveksi mungkin ada. Dalam hal ini, aliran yang diinduksi apung akan normal aliran paksa dapat memiliki efek signifikan pada perpindahan panas konveksi dari komponen. Konveksi campuran akan terjadi jika kipas digunakan untuk memaksa udara ke atas diantara papan sirkuit, dengan demikian membantu aliran daya apung, atau ke bawah, dengan demikian menentang aliran daya apung. Telah digambarkan mode perpindahan panas konveksi



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 sebagai transfer energi yang terjadi dalam cairan karena efek gabungan konduksi dan gerakan cairan curah. Energi yang sedang ditransfer adalah energi fluida, atau termal internal. Namun, untuk proses konveksi, ada disamping itu, pertukaran panas laten. Pertukaran panas laten ini umumnya dikaitkan dengan perubahan fasa diantara cairan dan keadaan uap dari fluida. Udara yang membuat kontak dengan dengan komponen mengalami suatu suhu dan karenanya pengurangan kepadatan. Karena sekarang lebih ringan daripada udara pembulatan, gaya apung mendorong gerakan vertikal yang darinya udara hangat naik papan diganti dengan aliran udara ambien yang lebih dingin. Sementara kami menganggap konvejsi paksa murni, kondisi yang terkait dengan campuran (gabungan) paksa dan alami konveksi mungkin ada.



Dua



kasus



khusus yang menarik adalah mendidih dan memadatkan tion. Contohnya, perpindahan panas hasil konveksi dari gerakan fluida yang diinduksi oleh uap bles dihasilkan dibagian bawah panci air mendidih atau oleh kondensasi uap air dipermukaan luar pipa air dingin. Mode perpindahan panas konveksi terdiri dari dua mekanisme. Selain energi transfer karena gerakan molekul acak (difusi) energi juga ditransfer ke bulk, atau makroskopik, gerakan cairan. Gerakan fluida ini dikaitkan dengan fakta bahwa, dimana saja instan, sejumlah besar molekul bergerak secara kolektif atau sebagai hasil proses agregasi. Gerakan seperti itu, adanya gradien suhu, berkontribusi terhadap perpindahan panas. Karena molekul dalam agregat mempertahankan gerakan acak mereka, transfer panas total kemudian disebabkan oleh transisi transportasi oleh energi dengan gerakan acak dari molekul dan oleh gerakan massal cairan. Istilah konveksi biasanya digunakan merujuk pada transisi komulatif ini. Dan istilah konveksi mengacu pada transportasi karena gerakan cairan curah. Konsekuensi dari interaksi cairan-permukaan tion adalah pengembangan suatu daerah dalam fluida yang kecepatannya bervariasi dari nol dipermukaan ke nilai hingga terkait dengan aliran. Daerah aliran ini diketahui sebagai lapisan batas hidrodinamik, atau kecepatan. Apalagi jika permukaan dan aliran temperatur berbeda, akan ada daerah fluida yang bervariasi daripada ke dalam aliran luar. Wilayah ini disebut dengan lapisan batas termal, mungkin lebih kecil, lebih besar, atau ukuran yang sama seperti yang melaluinya kecepatan bervariasi. Dalam kasus apapun, jika perpindahan panas konveksi akan terjadi dari permukaan ke aliran luar. Modus perpindahan panas konveksi dipertahankan baik oleh gerakan molekul acak dan oleh ferakan sebagian besar fluida didalam lapisan batas. Kontribusi karena acak gerak molekul (difusi) mendominasi didekat permukaan dimana kecepatan fluida rendah. Bahkan, pada antarmuka antara permukaan dan fluida kecepatan fluida adalah nol, dan panas ditransfer oleh mekanisme ini saja. Kontribusi karena gerakan asal cairan curah dari fakta bahwa lapisan batas tumbuh sebagai aliran berlangsung di arah-x. Akibatnya, panas yang dilakukan ke lapisan ini tersapu ke hilir dan akhirnya dipindahkan ke fluida diluar lapisan batas. Apresiasi fenomena batas-batas sangat penting untuk memahami perpindahan panas konveksi. Terlepas dari sifat proses perpindahan panas konveksi, tingkat yang sesuai dengan persamaan :



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 q n=h( T s−T ∞)...........................................................................................................(2.8) dimana q n, konveksi panas (W/m 2) , sebanding denganperbedaan suhu wajah dan fluida, masingmasing Ts dan T. Ungkapan ini dikenal sebagai Newton hukum pendingin, dan parameter h (W/ m 2−¿K) disebut koefisien perpindahan panas konveksi cient. Koefisien ini tergantung pada kondisi dilapisan batas, yang dipengaruhi oleh permukaan geometri, sifat gerak fluida, dan bermacam-macam termodinamika fluida, dan properti transportasi. Radiasi termal adalah energi yang dipancarkan oleh materi yang berada pada suhu bukan nol. Meskipun akan fokus pada radiasi dari permukaan padat, emisi juga dapat terjadi dari cairan dan gas. Terlepas dari bentuk masalah, emisi dapat dikaitkan dengan perubahan dalam konfigurasi elektron atau molekul penyusunnya. Energi radiasi bidang diangkut oleh gelombang elektromagnetik (atau alternatifnya, foton). Saat transfer energi dengan konduksi atau konveksi membutuhkan kehadiran media material, radiasi. Bahkan, transfer energi terjadi paling efisien dari ruang hampa. Radiasi itu dipancarkan oleh permukaan berasal dari energi panas materi yang dibatsi oleh permukaan, dan tingkat dimana energi dilepaskan per satuan luas (W/m 2 ¿ disebut permukaan emissive kekuatan (E). Ada batas atas untuk daya emisi, yang ditentukan oleh Stefan-Boltzmann. Eb =σ T 4s .......................................................................................................................(2.9) dimana Ts alah suhu absolut (K) dari permukaan dan merupakan Stefan-Boltzmann konstan. Permukaan seperti itu disebut radiator ideal atau benda hitam. Aliran oanas yang dipancarkan oleh permukaan nyata lebih kecil daripada aliran hitam pada suhu yang sama diberikan : Eb =εσ T 4s ....................................................................................................................(2.10) dimana ε adalah sifat radiasi permukaan yang disebut emisivitas. Dalam jangkauan, sifat ini memberikan ukuran seberapa efisien suatu permukaan energi relatif terhadap benda hitam. Radiasi juga dapat terjadi pada permukaan dari lingkungannya. Radiasinya mungkin berasal dari sumber khusus, seperti matahari, atau dari permukaan lain yang permukaannya menarik terbuka, memudahkan pembacaan telah mengakibatkan termometer merkuri banyak ditinggalkan. Terlepas dari sumber (s), kami mentapkan tingkat dimana semua itu radiasi adalah insiden dalam satuan luas sebagai iradiasi G.



(Bergman, 2011)



Hasil percobaan menunjukkan bahwa, untuk memberikan perbandingan dari ∆ x dan A, Q memenuhi perkaliannya disetiap daerahnya. Juga memberikan perbandingan untuk ∆ θ, Q memenuhi rasio



∆θ menunjukkan bahwa hasil ∆ θ dan ∆ x adalah kecil. ∆x



Suatu zat dengan konduktivitas panas yang besar dikenal sebagai koduktor termal dan satu dengan nilai k yang kecil sebagai isolator termal. Akan diperlihatkan di artikel berikutnya bahwa nilai numerik k tergantung pada sejumlah faktor, salah satunya adalah suhu. Elemen volume dari suatu bahan konduksi dapat berbeda dalam konduktivitas termal.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 Namun, jika perbedaan suhu antara bagian-bagian suatu zat kecil, k dapat dibilang praktis konstan di seluruh zat. Untuk menangani masalah umum dalam konduksi panas, perlu mengubah persamaan umum menjadi bentuk persamaan diferensial parsial orde kedua.



(Zemansky, 1957)



BAB III METODOLOGI PERCOBAAN



3.1 Peralatan dan Fungsi 1. Statif Fungsi : Sebagai tempat untuk menggantung lampu halogen dan pipa paralon. 2. Termometer Fungsi : Sebagai alat untuk mengukur suhu ruangan dan suhu plat datar. 3. Lampu Halogen Fungsi : Sebagai sumber energi cahaya untuk menyinari plat datar. 4. Gabus Fungsi : Sebagai alas tempat meletakkan plat datar (merah dan hitam). 5. Plat datar Merah Fungsi : Sebagai bahan penyerap radiasi. 6. Plat datar Hitam Fungsi : Sebagai bahan penyerap radiasi. 7. Stopwatch Fungsi : Sebagai alat untuk menghitung lamanya waktu penyinaran. 8. Penggaris 60 cm Fungsi : Sebagai alat untuk mengukur jarak antara lampu halogen ke plat datar. 9. Wayar-wayar Fungsi : Untuk menghubungkan lampu halogen dengan cok sambung. 10. Pipa Paralon Fungsi : Untuk memfokuskan cahaya 3.2 Prosedur Percobaan 3.2.1 Untuk Plat Datar Hitam a. Jarak 35 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar hitam. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif. 5. Diletakkan plat datar hitam di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar hitam dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 35 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik. 8. Dimatikan lampu halogen 9. Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. b. Jarak 25 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan. 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar hitam. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif. 5. Diletakkan plat datar hitam di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar hitam dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 25 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik. 8. Dimatikan lampu halogen 9. Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. c. Jarak 15 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan. 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar hitam. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif. 5. Diletakkan plat datar hitam di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar hitam dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 15 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik. 8. Dimatikan lampu halogen



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 9. Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. d. Jarak 10 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan. 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar hitam. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif. 5. Diletakkan plat datar hitam di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar hitam dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 10 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik. 8. Dimatikan lampu halogen 9. Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. 3.2.2 Untuk Plat Datar Merah a. Jarak 35 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan. 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar merah. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif. 5. Diletakkan plat datar merah di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar merah dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 35 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik. 8. Dimatikan lampu halogen 9. Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. b. Jarak 25 cm 1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan. 2. Diukur suhu kamar dengan termometer. 3. Diukur luas plat datar merah. 4. Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 5. Diletakkan plat datar merah di atas gabus yang terletak di atas meja statif. 6. Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar merah dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 25 cm. 7. Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 190 detik. 8. Dimatikan lampu halogen 9. Diukur suhu plat datar setelah 190 detik penyinaran. 10. Dicatat hasilnya pada kertas data. c. Jarak 15 cm 1.



Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.



2.



Diukur suhu kamar dengan termometer.



3.



Diukur luas plat datar merah.



4.



Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif.



5.



Diletakkan plat datar merah di atas gabus yang terletak di atas meja statif.



6.



Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar merah dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 15 cm.



7.



Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik.



8.



Dimatikan lampu halogen



9.



Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran.



10. Dicatat hasilnya pada kertas data. d. Jarak 10 cm 1.



Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan dalam percobaan.



2.



Diukur suhu kamar dengan termometer.



3.



Diukur luas plat datar merah.



4.



Dirangkai lampu halogen ke sarang lampu dan diletakkan ke statif.



5.



Diletakkan plat datar merah di atas gabus yang terletak di atas meja statif.



6.



Diukur jarak bola lampu halogen 75 watt ke plat datar merah dimana posisi plat datar tepat berada dibawah lampu halogen dengan jarak 10 cm.



7.



Dihidupkan lampu halogen bersamaan dengan stopwatch dan ditunggu selama 90 detik.



8.



Dimatikan lampu halogen



9.



Diukur suhu plat datar setelah 90 detik penyinaran.



10. Dicatat hasilnya pada kertas data.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155



DAFTAR PUSTAKA



Bergman, Theodore L. 2011. FUNDAMENTALS of HEAT and MASS TRANSFER. Seventh Edition. USA : John Willey and Sons, Inc. Pages : 3-9 Dittman, Richard H. 1986. KALOR DAN TERMODINAMIKA. Terbitan Keenam. Bandung : Institut Teknologi Bandung. Halaman : 74-76 Sutarno, Ir. 2014. INSTRUMENTASI INDUSTRI dan KONTROL PROSES. Yogyakarta : Graha Ilmu Halaman : 52-53 Zemansky, Mark W. 1957. HEAT and THERMODYNAMICS. London : Mc Graw-Hill Book Company, Inc. Pages : 80-81



Medan, 06 November 2019 Asisten



Praktikan



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 (Kusma Seriyanti)



(Shara Santy Violin)



4.2. Analisa Data 1. Menghitung luas plat datar (hitam dan merah) a. Luas Plat Hitam Panjang



=



14,4 cm



Lebar



=



9,3 cm



Luas



=



133,92 cm2 = 133,92x 10-4 m2



b. Luas Plat Merah Panjang



=



14,9 cm



Lebar



=



9,4 cm



Luas



=



140,06 cm2 = 140,06 x 10-4 m2



2. Menghitung intensitas cahaya I=



P 1 2 ; A= π d A 4



a. Jarak 35 cm ; 1 1 A= π d 2= ( 3,14 ) ¿ 4 4 I=



P 75 watt = =0,779 x 103 cd −3 2 A 96,16 x 1 0 m



b. Jarak 25 cm ; 1 1 A= π d 2= ( 3,14 ) ¿ 4 4 I=



P 75 watt = =1.53 x 10 3 cd A 49,06 x 1 0−3 m 2



c. Jarak 15 cm ; 1 1 A= π d 2= ( 3,14 ) ¿ 4 4 I=



P 75 watt = =4,25 x 10 3 cd A 17,66 x 10−3 m2



d. Jarak 10 cm ; 1 1 A= π d 2= ( 3,14 ) ¿ 4 4 I=



P 75 watt = =9.55 x 1 03 cd −3 2 A 7,85 x 10 m



3. Menghitung intensitas rata-rata ( Ī ) ´I = ∑ I ∑n



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 3 3 3 3 ´I = 0,779 x 1 0 cd+1,53 x 10 cd + 4,25 x 1 0 cd+ 9,55 x 1 0 cd 4 3 ´I = 16,1 x 1 0 cd 4



´I =4,025 x 103 cd 4. Menghitung harga koefisien penyerapan plat datar (a) a. Plat datar Hitam ∆ T =T´ −T awal ∆T=



{(



35℃ +36 ℃ + 40℃ + 42℃ ) 153 ℃ −28 ℃= −28℃ 4 4



}



{



}



∆ T =38,25−28 ℃ ∆ T =10,25 ℃=283,25 K Maka : a=



∆ T α + Ī 283,25 K x 1+ 4,025 x 1 03 cd 4308,25 = = −4 2 A 133,92 x 1 0 m 133,92 x 1 0−4 m 2



a=32,17 x 1 04 b. Plat datar Merah ∆ T =T´ −T awal ∆T=



{



( 34 ℃+ 35℃ +37 ℃ +39 ℃ ) 145 ℃ −28℃ = −28 ℃ 4 4



}



{



}



∆ T =36,25 ℃−28 ℃ ∆ T =8,25 ℃ =281,25 K Maka : ∆ T α + Ī 281,25 K x 0,25+ 4,025 x 1 03 cd 4095,31 a= = = −4 2 A 140,06 x 1 0 m 140,06 x 10−4 m 2 ¿ 29,24 x 1 0 4 5. Grafik a. I – vs - d (Terlampir) b. I – vs – ∆ T (Terlampir) c. d-vs-T (Terlampir)



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN



5.1. Kesimpulan 1. Dari percobaan, diperoleh hubungan antara intensitas dengan jarak yaitu hubungan intensitas dengan jarak sumber radiasi adalah berbanding terbalik, artinya semakin kecil jarak sumber radiasi ke plat datar, maka semakin besar intensitas radiasinya dan sebaliknya. Hubungan intensitas dengan lamanya waktu penyinaran adalah berbanding lurus, artinya semakin lama plat datar disinari, maka intensitasnya akan semakin besar, dan sebaliknya. 2. Sifat radiasi pada plat datarberwarna hitam yaitu: 0- Penyerap radiasi yang baik dan pemancar radiasi yang buruk 1- Memiliki emisivitas sama dengan 1 (e = 1) 2- Menghasilkan energi yang lebih banyak Sifat radiasi pada plat datar berwarna merah yaitu: 3- Penyerap radiasi yang buruk dan pemancar radiasi yang baik 4- Memiliki emisivitas lebih kecil dari 1 (e < 1) 5- Menghasilkan energi yang lebih sedikit 3. Aplikasi dari radiasi benda hitam dalam kehidupan sehari-hari adalah: 1- Gejala pemanasan global (efek rumah kaca): secara alamiah sinar matahari yang masuk ke bumi, sebagian akan dipantulkan kembali oleh permukaan bumi ke angkasa, kemudian akan di serap oleh gas-gas di atmosfer yang menyelimuti bumi disebut gas rumah kaca, sehingga sinar tersebut terperangkap dalam bumi. 2- Penggunaan pakaian: pada siang hari, kita akan merasa lebih nyaman memakai baju berwarna putih dari pada baju berwarna hitam. Namun, pada malam hari yang dingin kita akan merasa lebih hangat apabila mengenakan baju berwarna hitam dari pada baju berwarna putih. 3- Panel surya: suatu perangkat yang di gunakan untuk menyerap radiasi dari matahari. 4- Mengukur suhu matahari: dengan meneliti spektrum sebuah bintang, seorang astronom akan dapat mnegetahui suhu bintang.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 4. Dari praktikum dapat diketahui rata-rata intensitas yang dihasilkan lampu halogen 75 watt yaitu 4,025 x 103 cd



5.2. Saran 1. Untuk praktikan selanjutnya, lebih teliti dalam mengukur jarak antara lampu halogen ke plat datar hitam dan merah. 2. Untuk praktikan selanjutnya, lebih teliti dalam mengukur suhu dan menghitung lamanya waktu penyinaran. 3. Untuk praktikan selanjutnya, sebaiknya lebih memahami tentang percobaan ini. 4. Untuk asisten, sebaiknya menjelaskan mengenai percobaan lebih rinci agar memudahkan praktikan di refreshing test.



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 LAMPIRAN



a. Grafik I vs d d (cm)



I (Watt/m2)



35



779



25



1528



15



4246



10



9554



Grafik I (Watt/m2) vs d (cm) 12000



I (Watt/m2)



10000 8000 6000 4000 2000 0



5



10



15



20



25



30



d (cm)



b. Grafik I vs ∆ T -



Plat Datar Hitam T (oC)



I (Watt/m2)



35



779



36



1528



40 42



4246 9554



35



40



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 Grafik I (Watt/m2) vs T(oC) 12000



I (Watt/m2)



10000 8000 6000 4000 2000 0 34



35



36



37



38



39



40



41



42



43



T(oC)



-



Plat Datar Merah I (Watt/m2)



T(oC) 34 35 37 39



779 1528 4246 9554



Grafik I (Watt/m2) vs T (oC) 12000



I (Watt/m2)



10000 8000 6000 4000 2000 0 33



34



35



36



37



T (oC)



c. Grafik d vs T - Plat Datar Hitam d (cm)



T (℃)



35



35



38



39



40



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 25



36



15



40



10



42



Grafik d-vs-T 44 42 40



d (cm)



38 36 34 32 30



5



10



15



20



25



30



35



40



T (℃)



- Plat Datar Merah d (cm)



T (℃)



35



34



25



35



15



37



10



39



Grafik d-vs-T 40 39 38



d (cm)



37 36 35 34 33 32 31



5



10



15



20



25 T (℃)



30



35



40



LABORATORIUM ZAT PADAT/SOLAR ENERGI I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Jln. Bioteknologi No.1 Kampus USU, Medan 20155 LAMPIRAN



PLN



WAYAR -WAYAR PIPA PARALON GABUS STATIF



TERMOMETER



LAMPU HALOGEN text



STOPWATCH PLAT DATAR MERAH



Statif



PENGGARIS



Lampu Halogen 75 Watt



Plat datar Merah



PLAT DATAR HITAM



Pipa Paralon



Termometer Gabus



Plat datar Hitam



Stopwatch



Penggaris 60 cm