Perpindahan Kalor Secara Radiasi

LAPORAN PRAKTIKUM

LABORATORIUM FISIKA 5

PERPINDAHAN KALOR SECARA RADIASI

Nama : Ni Made Nita Kurniawati

NIM : (1313021033)

Kelas : 4B

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

2015

Sains Bumi dan Kosmik - Litosfer 2

PERPINDAHAN KALOR SECARA RADIASI

A. Konsep : Perpindahan Kalor

B. Tujuan Percobaan:

1. Untuk menghitung besar perubahan temperatur dengan

variasi jarak.

2. Untuk membuktikan adanya perpindahan kalor secara

radiasi.

C. Landasan Teori

Perpindahan kalor secara radiasi merupakan

perpindahan panas yang terjadi tanpa melalui zat

perantara. Contohnya, radiasi matahari, cahaya api, dan

sebagainya. Benda yang memiliki luas permukaan yang

lebih besar memiliki laju perpindahan kalor yang lebih

besar dibandingkan dengan benda yang memiliki luas

permukaan yang lebih kecil. Demikian juga, benda yang

bersuhu 2000 Kelvin, misalnya, memiliki laju

perpindahan kalor sebesar 24 = 16 kali lebih besar

dibandingkan dengan benda yang bersuhu 1000 Kelvin.

Hasil ini ditemukan oleh Josef Stefan pada tahun 1879

dan diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann

sekitar 5 tahun kemudian. Secara matematis perpindahan

kalor secara radiasi adalah sebagai berikut.

W = e . σ . T4

Keterangan :

W : energi yang dipancarkan atau diserap per satuan

waktu (Joule/ sm2atau watt/m2)

1

σ : konstanta umum Stefan-Boltzman (5,67 x 10-

8 watt/m2 K4)

T : suhu mutlak Kelvin

e : emisivitas permukaan (0 ≤ e ≤ 1)

Emisivitas benda (e) menyatakan seberapa besar

pancaran radiasi kalor suatu benda dibandingan dengan

benda hitam sempurna dan besarnya bergantung pada sifat

permukaan benda. Harga emisivitas benda hitam sempurna

memiliki emisivitas mendekati 1. Untuk benda-benda lain

harga koefisien emisivitasnya lebih kecil dari satu dan

untuk benda yang berwarna putih sempurna maka harga

emisivitasnya sama dengan 0. Besarnya emisivitas tidak

hanya menentukan kemampuan suatu benda dalam

memancarkan kalor tetapi juga kemampuan suatu benda

dalam menyerap kalor yang dipancarkan oleh benda lain.

Energi yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam satu

Joule ditentukan melalui persamaan:

E= e. σ . T4 . A . t

Keterangan:

A = luas permukaan benda (m2)

t = lama waktu emisi energi (sekon)

Intensitas cahaya atau gelombang linear lain yang

memancar dari titik sumber banding terbalik dengan

kuadrat jarak dari sumber. Jadi obyek (ukuran yang

sama) dua kali lebih jauh, hanya menerima seperempat

2

dari energi (dalam jangka waktu yang sama). Hubungan

intensitas dengan jarak dari sumber:

dengan I = intensitas radiasi dan r =

jarak dari sumber.

Misalkan daya total yang diradiasikan dari sebuah

titik adalah P pada jarak yang jauh dari sumber, daya

ini akan didistribusikan pada luasan permukaan berjari-

jari r (jarak dari sumber), sehingga intensitas yang

dipancarkan pada jarak r darisumber radiasi adalah

dengan I = intensitas (W/m2)

P = daya yang dipancarkan (W)

r = jarak dari sumber (m)

D. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan

percobaan ini yaitu:

1. 5 lembar kertas hitam

2. 1 buah stopwatch digital

3. 1 buah statif

4. 1 buah penggaris (Nst = 0,1 cm) batas ukur 0-50 cm

3

5. 1 buah termometer (Nst = 1oC) batas ukur (-12 –

152)oC

6. 1 buah bola lampu (P = 60 watt)

7. 1 buah gunting

8. Box kotak (20x30)cm

E. Langkah Percobaan

1. Menset up alat seperti gambar di bawah.

2. Menyiapkan 5 lembar kertas hitam dengan ukuran

(19,0 x 14,5)cm.

3. Menandai kotak dengan variasi jarak 2 cm (17, 19,

21, 24, 25)cm, kemudian memasang kertas pada kayu

penyangga.

4

4. Meletakkan termometer pada statif dan membuat

kontak yang baik antara termometer dengan kertas.

5. Mengukur suhu awal ketas.

6. Menyalakan lampu yang terhubungan dengan sumber

listrik.

7. Mengamati perubahan suhu kertas yang ditunjukkan

oleh termometer dan mencatat suhu yang

ditunjukkkan termometer pada waktu 2, 4, 6, 8, 10

(menit).

8. Mengulangi langkah 2, 3, 4, 5, 6 dan 7 untuk 5

variasi jarak yang telah ditentukan ketika suhu

awal yang ditunjukkan oleh termometer sebesar suhu

awal pada kertas sebelumnya.

F. Data Hasil Percobaan

Adapun data yang diperoleh dari hasil percobaan

yang telah dilakukan yaitu :Tabel 1. Data hasil percobaan

NoJarak kertas kesumber panas

(h) cm

Suhu Awal

(T0)oCWaktu (t)

Suhuakhir

(T)oC

1

25,0 30,0

2 menit 33,1

2 4 menit 36,2

3 6 menit 38,5

4 8 menit 39,5

5 10 menit 41,0

5

6

23,0 30,0

2 menit 34,3

7 4 menit 37,0

8 6 menit 38,5

9 8 menit 39,7

10 10 menit 42,6

11

21,0 30,0

2 menit 37,5

12 4 menit 42,1

13 6 menit 44,5

14 8 menit 45,0

15 10 menit 46,1

16

19,0 30,0

2 menit 39,2

17 4 menit 47,1

18 6 menit 49,0

19 8 menit 50,1

20 10 menit 54,5

21

17,0 30,0

2 menit 42,2

22 4 menit 51,5

23 6 menit 56,5

24 8 menit 59,0

25 10 menit 61,1

G. Teknik Analisis Data

Dalam percobaan ini, praktikan menghitung

perubahan temperatur akibat variasi jarak dan

6

mempelajari serta membuktikan adanya perpindahan

kalor secara radiasi. Sehingga analisis yang

digunakan adalah secara kuantitatif dan kualitatif

yaitu dengan menghitung selisih perubahan suhu,

membandingkan tabel dan grafik yang didapatkan,

serta menjawab pertanyaan yang diajukan. Adapun

langkah-langkah analisis yang dilakukan adalah

sebagai berikut:

1) Lengkapilah tabel data hasil analisis.

Dalam melengkapi setiap kolom dilakukan

beberapa perhitungan karena satuan-satuan yang

digunakan dalam data hasil percobaan belum SI.

a. Untuk jarak kertas ke sumber panas (h)

jarak (h)= h(cm) x 10-2m

b. Untuk waktu (t)

Waktu (t) = t(menit) x 60 sekon

c. Untuk suhu akhir (T)

Suhu (T) = T(oC) + 273oK

2) Membandingkan nilai data pada kolom suhu (T),

dan waktu (t).

3) Untuk mengetahui energi yang diserap oleh

kertas, diketahui persamaan E= e.σ.T4 .A.t

besarnya nilai . Dimana T merupakan suhu

akhir benda (To K).

4) Melukiskan grafik T4-t berdasarkan tabel 2 untuk

jarak 0,25 m; tabel 3 untuk jarak 0,23 m, tabel

4 untuk jarak 0,21 m; tabel 5 untuk jarak 0,19

7

m; dan untuk tabel 6 untuk jarak 0,17 m.

Kemudian bandingkanlah kelima grafik tersebut

berdasarkan teori yang ada.

H. Hasil Analisis Data

Dari analisis data yang dilakukan, ada tidaknya

perpindahan kalor secara radiasi kami dapat diketahui

sebagai berikut:

1. Hasil analisis dengan membandingkan waktu (t) dan

suhu (T)

Tabel 2. Data hasil analisis ketika h = 0,25 m

No Waktu(t)

Suhu (T) T4

1 120sekon

306,1o K 0,878 x 1010

2 240sekon

309,2o K 0,914 x 1010

3 360sekon

311,5o K 0,941 x 1010

4 480sekon

312,5o K 0.954 x 1010

5 600sekon

314,0o K 0,972 x 1010


No Waktu (t) Suhu (T) T4

8

1 120 sekon 307,3o K 0,892 x 1010

2 240 sekon 310o K 0,924 x 1010

3 360 sekon 311,5o K 0,942 x 1010

4 480 sekon 312,7o K 0,956 x 1010

5 600 sekon 315,6o K 0,992 x 1010


No Waktu(t)

Suhu (T) T4

1 120sekon

310,5o K 0,929 x 1010

2 240sekon

315,1o K 0,986 x 1010

3 360sekon

317,5o K 1,016 x 1010

4 480sekon

318,0o K 1,023 x 1010

5 600sekon

319,1o K 1,037 x 1010


No Waktu(t)

Suhu (T) T4

1 120sekon

312,2o K 0,950 x 1010

2 240 320,1o K 1,050 x 1010

9

sekon

3 360sekon

322,0o K 1,075 x 1010

4 480sekon

323,1o K 1,090 x 1010

5 600sekon

327,5o K 1,150 x 1010


No Waktu(t)

Suhu (T) T4

1 120sekon

315,2o K 0,987 x 1010

2 240sekon

324,5o K 1,109 x 1010

3 360sekon

329,5o K 1,179 x 1010

4 480sekon

332,0o K 1,215 x 1010

5 600sekon

334,1o K 1,246 x 1010

Pada kolom waktu untuk masing-masing keadaan

terlihat bahwa terjadi penambahan suhu kertas jika

waktunya semakin bertambah. Hal ini membuktikan bahwa

adanya aliran kalor secara radiasi yang menyebabkan

suhu kertas terus bertambah. Hal ini sesuai dengan

10

teori yang ada, yaitu kalor dapat merambat tanpa

mempergunakan medium atau secara radiasi.

2. Hasil analisis grafik hubungan waktu terhadap T4

Grafik 1. Hubungan waktu (t) terhadap T4 ketika h =0,25 m


11



12


13

I. Pembahasan

Dalam melakukan percobaan ini terdapat beberapa

kesalahan yang terjadi yang berakibat pada hasil

percobaan yang didapatkan. Kesalahan kesalahan tersebut

diantaranya:

1 Kesalahan umum, yakni kesalahan yang terjadi karena

kesalahan dari praktikan. Misalnya kesalahan

pembacaan skala termometer.

2 Kesalahan sistematis, yakni kesalahan yang

disebabkan oleh alat ukur atau instrumen dan

disebabkan oleh pengaruh lingkungan pada saat

melakukan percobaan. Misalnya intrumen termometer

yang digunakan pada saat praktikum kurang peka dalam

mengukur suhu kertas hitam.

3 Kesalahan acak, yaitu kesalahan yang terjadi terlalu

cepat dan disebabkan oleh hal-hal yang tidak

diketahui secara pasti, namun berpengaruh besar

terhadap data hasil percobaan, sehingga

pengontrolannya diluar jangkauan kita. Misalnya suhu

lingkungan dan tekanan udara serta angin di

laboratorium dapat mempengaruhi hasil percobaan.

Kesalahan – kesalahan yang terjadi diatas tersebut

terjadi karena pada saat praktikum terdapat kendala -

kendala yang ditemui. Adapun kendala-kendala yang kami

14

alami selama melakukan praktikum adalah sebagai

berikut:

1. Kesulitan dalam ketepatan memulai mengitung waktu

menggunakan stopwatch tepat pada saat meletakkan

lampu spiritus dibawah kertas. Sehingga hasil yang

didapatkan kurang begitu tepat.

2. Kesulitan dalam membuat kontak yang baik antara

kertas hitam dengan termometer, sehingga suhu yang

diukur termometer kurang begitu tepat.

J. Pertanyaan dan Jawaban

1. Mengapa panas yang dihasilkan oleh sumber panas

dapat meningkatkan suhu benda yang berada di

sekitarnya?

Jawaban :

Panas yang dihasilkan oleh sumber panas dapat

meningkatkan suhu benda yang berada di sekitarnya,

karena panas yang dihasilkan oleh sumber panas akan

menghasilkan energi, dimana energi bergerak melalui

media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh

benda lain. Ketika energi ini diserap oleh benda

lain, benda lain tersebut tentunya akan mendapatkan

tambahan energi sehingga suhu benda menjadi

meningkat.

2. Mengapa terdapat perbedaan suhu ketika waktu yang

sama pada setiap jarak sumber panas terhadap benda

padahal sumber panasnya tetap?

15

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi

Jawaban :

Perbedaaan suhu ini terjadi karena jarak benda ke

sumber panas berubah dan sumber panasnya tetap, hal

ini terjadi karena ketika jarak benda semakin dekat

dengan sumber panas maka waktu yang diperlukan oleh

suatu energi akan jauh lebih cepat mengalir bergerak

menuju benda, sehingga pada waktu yang sama dengan

jarak yang semakin dekat suhu pada benda itu semakin

meningkat. Sedangkan ketika benda di letakkan pada

jarak menjauhi sumber panas, energi yang mengalir

akan memerlukan wakru yang cukup lama. Sehingga

ketika jarak benda semakin jauh dan ketika

perhitungan waktu yang sama energi yang berpindah

menuju benda tersebut akan melambat atau lebih lama

sampai di benda tersebut sehingga menyebabkan

perbedaan suhu antara benda yang dekat dengan sumber

panas dengan benda yang jauh dengan sumber panas.

K. Simpulan

Berdasarkan pembahasan diatas, dapat disimpulkan

bahwa:

1) Kalor dari suatu sumber dapat merambat tanpa medium

atau secara radiasi. Hal ini ditunjukkan dari adanya

perubahan suhu pada benda yang berada disekitarnya.

2) Semakin dekat jarak benda terhadap sumber semakin

cepat perpindahan kalor yang terjadi, sehingga

semakin besar kalor yang diterima oleh benda

16

tersebut yang ditunjukkan oleh besarnya suhu benda

tersebut.

17

Daftar Pustaka

Anonim. “Radiasi”. Dalam: http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi. Diunduh 8 Juni 2014

Halliday and Resnick. 1960. Fundamentals Of Physics. Amerika : Jhon While & Sons Inc

http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi

LAMPIRAN GAMBAR

Documents

Perpindahan Kalor Secara Radiasi