PERPINDAHAN PANAS AKIBAT SINAR MATAHARI TERHADAP AIR DENGAN WADAH YANG BERBEDA

Disusun:

INDAR SANJAYA

061340411651

5 EGB

Dosen Pembimbing : Ir. Aida Syarif, M.T.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

TAHUN AJARAN 2015/2016

PERPINDAHAN PANAS AKIBAT SINAR MATAHARI TERHADAP AIR DENGAN WADAH YANG BERBEDA

I. Tujuan

Percobaan dilakukan untuk:

Membuktikan sinar radiasi matahari mengetahui perbedaan pengaruh radiasi matahari terhadap pemanasan air

menggunakan bahan yang berbeda. Membedakan perpindahan kalor yang terjadi terhadap indikator yang dilakukan

II. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan:

Termometer Cangkir gelas Cangkir Plastik Cangkir Stainless kamera

Bahan yang Digunakan:

Air

III. Dasar Teori

Matahari merupakan sumber energi utama bagi manusia di permukaan bumi ini. Energi yang dipancarkan matahari sampai di bumi berupa gelombang elektromagnetik. Cara perambatannya disebut sebagai radiasi, yang tidak memerlukan adanya medium zat perantara. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya disebut radiasi panas ( thermal radiation). Semua benda setiap saat memancarkan energi radiasi dan jika telah mencapai kesetimbangan termal atau temperatur benda sama dengan temperatur lingkungan, benda tersebut tidak akan memancarkan radiasi lagi. Dalam kesetimbangan ini, jumlah energi yang dipancarkan sama dengan jumlah energi yang diserap oleh benda tersebut. Jarak eksentrisnya dari lintasan bumi adalah jarak antara matahari dan bumi dengan variasi 1,7%. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi-matahari adalah 1,495 x 1011 m dengan sudut kecenderungan matahari 320. Radiasi yang diemisikan oleh matahari dan

ruang angkasa yang berhubungan dengannya ke bumi menghasilkan intensitas radiasi matahari yang hampir konstan di luar atmosfer bumi. Konstanta matahari (Gsc) adalah energi dari matahari per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari-bumi di luar atmosfer. World Radiation Center (WRC) mengambil nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367 W/m2 dengan ketidakpastian sebesar 1% [1].

Dari hasil percobaan yang dilakukan oleh Josef Stefan dan Ludwig Boltzmann, diperoleh besarnya energi per satuan luas per satuan waktu yang dipancarkan oleh benda yang bersuhu T, yakni

W =e σ T 4

dengan: 

W = energi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu (watt/m2),

σ = konstanta Stefan–Boltzmann = 5,672 × 10–8 watt/m2 K4,

T = temperatur mutlak benda (K), dan

e = koefisien emisivitas (0 < e ≤ 1).

Faktor e, disebut emisivitas merupakan bilangan antara 0 dan 1 yang merupakan karakteristik materi. Permukaan yang sangat hitam, seperti arang, mempunyai emisivitas yang mendekati 1, sementara permukaan yang mengkilat mempunyai e yang mendekati nol dan dengan demikian memancarkan radiasi yang lebih kecil. Nilai e bergantung sampai batas tertentu terhadap temperatur benda. Tidak hanya mengkilat memancarkan radiasi yang lebih kecil, tetapi mereka juga hanya menyerap sedikit dari radiasi yang menimpannya (sebagian besar dipantulkan). Benda hitam dan yang sangat gelap, di pihak lain, menyerap hampir seluruh radiasi yang menimpanya. Dengan demikian, penyerap yang baik juga merupakan pemancar yang baik (Giancoli, 2001).

Benda apapun tidak hanya memancarkan energi radiasi, tetapi juga menyerap energi yang diradiasikan oleh benda lain. Jika sebuah benda dengan emisivitas e dan luas A berada pada

temperatur T1, benda ini meradiasikan energi dengan kecepatan eσA T14. Jika benda tersebut

dikelilingi oleh lingkungan dengan temperatur T2 dan emisivitas tinggi (≈1), kecepatan radiasi

energi oleh sekitarnya sebanding dengan T 24, dan keceptan energi yang diserap oleh benda

sebanding dengan T 24. Kecepatan total aliran kalor radiasi dari benda dinyatakan dengan :

∆ Q∆ t

=eσA (T 14−T 2

4)

Karena kedua benda dan sekelilingnya meradiasikan energi, ada transfer energi total dari satu ke yang lainnya kecuali semuanya mempunyai temperatur yang sama. Jika T1>T2, aliran kalor total adalah benda ke lingkungannya, sehingga benda mendingin. Tetapi jika T1<T2, aliran kalor adalah dari lingkungan ke bendannya sehingga temperaturnya naik. Jika bagian lingkungan yang berbeda berada pada temperatur yang berbeda, persamaannya menjadi lebih rumit (Giancoli, 2001).

Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada suhu normal, kita tidak menyadari radiasi elektromagnetik ini karena intensitasnya rendah. Pada suhu lebih tinggi ada cukup radiasi inframerah yang tidak dapat kita lihat tetapi dapat kita rasakan panasnya jika kita mendekat ke benda tersebut. Pada suhu yang lebih tinggi  (dalam orde 1000 K )  benda mulai berpijar merah, seperti besi dipanaskan. Pada suhu diatas 2000 K benda pijar kuning atau keputih-putihhan, seperti besi berpijar putih atau pijar putih dari filamen lampu pijar (Krane, 2011).

Bila suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan berubah. Ini menyebabkan pergeseran dalam warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda. Jika suhu benda hitam meningkat, panjang gelombang untuk intensitas maksimum (lm) bergeser ke nilai panjang gelombang yang lebih pendek (Krane, 2011).

λmT=C

λm = panjang gelombang dengan intensitas maksimum (m)

T = suhu mutlak benda hitam (K)

C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10-3 m K

BahanKoefisien Emisivitas

BahanKoefisien Emisivitas

Aluminium Foil 0,04 Kertas 0,93

Alumunium 0,09 Plastik 0,91

Aspal 0,93 Pasir 0,76

Berilium 0,18 Stainless Steel 0,85

Benda Hitam Sempurna

1 Lapisan Stainless Steel 0,075

Cadmium 0,02 Ubin 0,97

Filamen Karbon 0,77 Air 0,95-0,0963

Besi 0,20-0,32 Kayu Pinus 0,95

Beton 0,85 Lapisan Besi 0,07

Kapas 0,77 Lapisan Magnesium 0,07-0,13

Granit 0,45 Batu Gamping 0,90-0,93

Gipsum 0,85 Asbes 0,96

Magnesium oksida 0,20-0,55 Lapisan Tembaga 0,023-0,052

Timah 0,43 Pyrex Glass 0,85-0,95

Tabel 1 : Tabel perbandingan nilai emisivitas (Engineeringtoolbox.com, diakses pada 3 maret 2014)

Tabel nilai koefisien Konduktivitas Termal bahan.

IV. Prosedur Kerja

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Memasukkan air kedalam wadah masing-masing 240 ml.

3. Meletakkan wadah tersebut pada ruangan terbuka.

4. Mengukur suhu awal air pada masing-masing wadah.

5. mengukur kembali suhu air pada masing-masing wadah setiap 30 menit.

6. Mencatat hasil pengukuran pada tabel.

V. Data Pengamatan

N0 Nama bahan

volume Temperatur ( 0C )T0(09:15) T1(09:45) T2(10:15) T3(10:45) T4(11:15) T5(11:45)

1 Gelas plastik

240 ml 29 31 31,5 33 34 36

2 Gelas Stainless

240 ml 29 31 32 33 34 35

3 Gelas bening

240 ml 29 31 32 34 35 37

Ket: Range 30 menit

VI. Analisa Data

Pada percobaan dilakukan perlakuan yang sama dengan wadah yang berbeda dimana wadah yang di gunakan bahan glass/kaca, plastik dan stainless. Pengujicobaan ini dilakukan pada ruangan terbuka pada pagi hari .

Sebelum terkena sinar radiasi dilakukan pengukuran awal terhadap perlakuan dimana didapat suhu awal sebesar 290C pada ketiga wadah yang tersedia.setelah itu air didiamkan selama 30 menit kemudian kembali di ukur suhu dimana ketiga wadah tersebut tetap sama namun terjadi kenaikan suhu yaitu menjadi 310C Hal ini menunjukkan adanya perpindahan kalor secara radiasi selama proses.setelah itu kembali didiamkan kemudian di ukur setiap 30 menit berikutnya dimana di dapatkan suhu yang meningkat dan berbeda-beda masing masing(data pengamatan).

Beberapa hal yang perlu ditinjau dari uji coba ini adalah peristiwa radiasi, di mana setiap wadah memiliki koefisien emisivitas masing-masing dalam menyerap radiasi. Berdasarkan data yang terdapat pada landasan teori laporan ini, wadah yang terbuat dari plastik memiliki koefisien emisivitas, yaitu 0,91 ,stainless steel dengan koefisien emisivitas sebesar 0,85 dan glass dengan koefisien emisivitas sebesar 0,85-0,95. Dalam hal ini, glass memiliki kemampuan yang paling tinggi dalam menyerap radiasi matahari pada saat proses pemanasan di bawah sinar matahari secara langsung, yang kemudian diikuti oleh wadah plastik dan stainless. Selain wadah yang menyerap panas melalui radiasi matahari, air pun juga menyumbang kontribusi dalam peristiwa tersebut. Dalam hal ini, air memiliki koefisien emisivitas tersendiri, yaitu sebesar 0,95-0,963. Jadi, panas yang diperoleh bukan hanya berasal dari panas yang diserap oleh masing-masing wadah, namun juga panas yang diserap oleh air.

Selanjutnya perlu diperhatikan adalah proses perambatan kalor yang terjadi pada permukaan wadah atau peristiwa konduksi. Dalam hal ini, yang berperan dalam peristiwa tersebut adalah konduktivitas termal yang dimiliki oleh masing-masing wadah yang terbuat dari material yang berbeda. Wadah yang terbuat dari glass memiliki konduktivitas termal sebesaar 0,78 W/m.oC bila dibandingkan stainless steel dengan konduktivitas termal sebesar 15 W/m.oC. Sedangkan wadah yang terbuat dari plastik termasuk bahan isolator, yaitu bahan yang tidak menghantarkan kalor. Peristiwa konduksi dalam uji coba ini perlu juga diperhatikan mengingat tidak seluruh permukaan wadah terkena radiasi sinar matahari pada saat proses pemanasan, sehinga dapat diasumsikan bahwa panas yang diterima di bagian tertentu dari masing-masing wadah, terutama wadah yang terbuat dari stainless steel dirambatkan ke seluruh permukaan wadah tersebut.Panas yang diterima oleh masing-masing wadah yang kemudian dirambatkan ke seluruh permuakannya kemudian diterima oleh air. Namun, yang merima panas tersebut hanyalah bagian air yang berada di dekat dinding wadah sehingga terdapat peristiwa ketiga yang perlu diperhatikan, yaitu peristiwa konveksi. Panas yang diterima oleh air kemudian disebaratakan ke bagian air yang lain secara konveksi.

VII. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan maka

Kenaikan suhu air membuktikan adanya penyerapan kalor oleh bahan.

Setiap bahan memiliki karakteristik yang berbeda-beda sehingga penyerapan kalor yang

diterima juga berbeda-beda

Semakin terik sinar matahari maka semakin banyak penyerapan kalor.

Suhu air yang paling besar terdapat pada bahan glass dengan 37 0C di T5

VIII. Daftar Pustaka

http://tironan.wordpress.com/2011/04/05/konduktifitas-termal-2/

http://dhianmilasnisty.blogspot.co.id/2012/11/konduktivitas-thermal-bahan.html/

http://4muda.com/perpindahan-kalor-konduksi-konveksi-dan-radiasi/

http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33174615/TUGAS_INSTRUMENTASI_LINGKUNGAN.docx/

IX. Lampiran