Kel_3b_tugasmetod_2016.doc.docx

LAPORAN EKSPERIMEN METODOLOGI FISIKA EKSPANSI TERMAL

DISUSUN OLEH : KELOMPOK III (TIGA) B : DANILMAN SAPUTRA (08121002031) MARISYA JULITA (08021281621031) NIA PURNAMA (08021281621033) FEBRIANTI PUTRI (08021281621035) AMELINDA PRATIWI (08021281621037) DWI ANGGRAENI AGUSTINY (08021281621039) DHIA FADIYAH SARI (08021281621041) SITI MUTMAINAH (08021381621045)

LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2016

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Eksperimen Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, zat cair, dan zat gas. Pemuaian pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi) sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya. Masalah pemuaian zat dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, misalnya retaknya gelas tebal ketika diisi air mendidih. Ini karena sisi dalam gelas memuai lebih dahulu daripada sisi luarnya. Beberapa cara untuk mengatasi masalah- masalah yang disebabkan oleh pemuaian zat adalah: (1) ukuran bingkai kaca lebih besar daripada ukuran kaca, (2) sambungan antara dua batang rel diberi celah, (3) salah satu ujung jembatan yang memuai diberi celah, (4) sambungan antara dua lintasan jalan beton diberi celah, (5) kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor pada hari panas agar tidak putus ketika menyusut pada hari dingin. Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali. Koefisien muai panjang suatu benda adalah perbandingan antara pertambahan panjang terhadap panjang awal benda persatuan kenaikan suhu. Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda tersebut akan memuai kesegala arah,dengan kata lain ukuran panjang bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Alat untuk membandingkan muai panjang dari berbagai logam adalah moschen broek. Ketika tiga batang logam yang berbeda jenis (tembaga, almunium, kuningan) dan sama panjang walaupun panjang dari ketiga logam sama dengan mengalami kenaikan suhu yang sama, tetapi pertambahan panjangnya berbeda. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

1.2 Tujuan Eksperimen Tujuan dari eksperimen ini adalah : 1. Mengamati dan memahami perubahan panjang logam (kuningan, tembaga, dan aluminium) karena perubahan temperatur. 2. Mengukur koefisien ekspansi linear pada logam (kuningan, tembaga, dan aluminium).

1.3 Manfaat Eksperimen 1. Agar dapat mengamati dan memahami perubahan panjang logam (kuningan, tembaga, dan aluminium) karena perubahan temperatur. 2. Agar dapat mengukur koefisien ekspansi linear pada logam (kuningan, tembaga, dan aluminium).

II. TINJAUAN PUSTAKA Pada umumnya, ukuran suatu benda akan berubah apabila suhunya berubah. Pada benda-benda yang berbentuk batang, perubahan ukuran panjang akibat perubahan suhu adalah sangat nyata, sedangkan perubahan ukuran luas dapat diabaikan karena kecilnya. Perubahan panajng akibat perubahan suhu dapat dirumuskan sebagai berikut : ∆L = œ. Lo. ∆T Persamaan tersebut dapat diubah menjadi dimana ∆L/Lo adalah perubahan relative dari panjang dan ∆T adalah perubaha suhu. Dengan demikian koefisien muai panjang ( œ ) suatu zat didefinisikan sebagai perubahan relative dari panjang zat itu perderajat perubahan suhu (Winnamo, 2007). Efek-efek yang lazim dari perubahan temperatur (suhu) adalah suatu perubahan ukuran bahan. Bila temperatur dinaikan maka jarak rata-rata di antara atom-atom akan bertambah yang mengakibatkan suatu ekspansi dari seluruh benda padat tersebut. Perubahan dari setiap dimensi linear tersebut, seperti panjang , lebar, atau tebalnya dinamakan ekspansi linier. Koefisien ekspansi linear mempunyai nilai yang berbedabeda untuk bahan-bahan yang berbeda. Tegasnya boleh dikatakan bahwa kooegisien ekspansi linear atau koefisien muai panjang tergantung pada temperatur referensi yang dipilih unutk menentukan panjang awal. Akan tetapi variasinya biasanya dapat diabaikan dibandingkan terhadap ketelitian dengan nama pengukuran (Tepler, 1998). Salah satu sifat zat pada umumnya adalah akan mengalami perubahan dimensi (panjang, luas dan volume) bila dikenai panas, seandainya benda tersebut berwujud batang atau kabel maka yang banyak menarik perahatian adalah perubahan panjangnya. Untuk itu didefinisikan suatu besaran yang disebut koefisien muai panjang ( œ ) suattu perubahan fraksional panjang ∆L/Lo dibagi perubahan suhu. Bila ∆L = Lt – Lo Maka, Lt = Lo ( 1 + œ . ∆T ) Bila umumnya œ berharga sangat kecil, sehingga œ2 dapat diabaikan, maka : L2 = L1 ( 1 + œ ( T2 – T1 ) Persamaan diatas menyatakan bahwa panjang batang pada suatu kondisi dapat dinyatakan dalam panjang batang disetiap kondisi lain asal suhu kedua kondisi itu diketahui (Winnamo, 2003).

Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali (Chang, 2012). Koefisien muai panjang suatu benda adalah perbandingan antara pertambahan panjang terhadap panjang awal benda persatuan kenaikan suhu. Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda tersebut akan memuai kesegala arah,dengan kata lain ukuran panjang bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Alat untuk membandingkan muai panjang dari berbagai logam adalah moschen broek. Ketika tiga batang logam yang berbeda

jenis (tembaga, almunium, kuningan) dan sama

panjang walaupun panjang dari ketiga logam sama dengan mengalami kenaikan suhu yang sama, tetapi pertambahan panjangnya berbeda (Waluyo, 2009). Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan (waluyo, 2012).

III. METODOLOGI EKSPERIMEN 3.1 Tempat dan Waktu Eksperimen Tempat Eksperimen : Eksperimen ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Lanjut Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sriwijaya. Waktu Eksperimen

: Selasa, 8 November 2016 pukul 13.00-14.10 WIB.

3.2 Alat dan Bahan Eksperimen a. Alat Eksperimen 1. Steam Generator berfungsi mengubah air menjadi uap panas yang dihasilkan dari energi nuklir. 2. Termistor (100 Kohm) berfungsi sebagai pemanas dan pengering bahan eksperimen. 3. Isolator berfungsi penyalur uap panas. 4. Termometer berfungsi sebagai alat untuk mengukur suhu. 5. Tisu Roll berfungsi untuk mencuci bahan percobaan. 6. Stopwactch berfungsi untuk menghitung waktu. b. Bahan Eksperimen 1. Tabung Tembaga 2. Tabung Aluminium 3. Tabung Kuningan

3.3 Langkah-langkah Eksperimen 1. Sediakan alat dan bahan terlebih dahulu 2. Ukur panjang logam tembaga, kuningan, dan aluminium mula-mula 3. Letakkan tabung tembaga, kuningan, dan aluminium pada peralatan ekspansi termal (lihat pada lampiran gambar). 4. Pasang isolator panas pada termistor 5. Pasang ohmmeter pada kaki-kaki termistor 6. Pasang steam generator pada ujung-ujung aluminium, tembaga, dan kuningan. 7. Nyalahkan steam generator sampai resistansi stabil, catat nilai resistansi sebagai Rhot(Masukkan kedalam Tabel data) dan catat juga perubahan panjang yang terjadi (∆𝑙).

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Pengamatan Adapun hasil dari pengamatan yang dilakukan adalah : Tabel 1. Pengamatan untuk logam Alumunium. ∆L

L1

T2

T1

∆T

waktu

0,50 mm

460 mm

38°c

28°c

10°c

30 detik

0,50 mm

460 mm

38°c

28°c

10°c

60 detik

0,51 mm

460 cm

39°c

28°c

11°c

90 detik

Tabel 2. Pengamatan untuk logam Tembaga ∆L

L1

T2

T1

∆T

Waktu

0,39 mm

460 mm

37°c

28°c

9°c

30 detik

0,40 mm

460 mm

38°c

28°c

10°c

60 detik

0,41 mm

460 mm

39°c

28°c

11°c

90 detik

Tabel 3. Pengamatan untuk logam kuningan. ∆L

L1

T2

T1

∆T

Waktu

0,43 mm

460 mm

34°c

28°c

6°c

30 detik

0,44 mm

460 mm

35°c

28°c

7°c

60 detik

0,45 mm

460 mm

36°c

28°c

8°c

90 detik

4.2 Analisis Data a. Menghitung perubahan suhu (∆𝑇 = 𝑇2 − 𝑇1) 1. Perubahan suhu pada aluminium 1. Pengamatan selama 30 detik ∆𝑇 = 38°c − 28°c = 10°c 2. Pengamatan selama 60 detik ∆𝑇 = 38°c − 28°c = 10°c 3. Pengamatan selama 90 detik ∆𝑇 = 39°c − 28°c = 11°c

2. Perubahan suhu pada Tembaga 4. Pengamatan selama 30 detik ∆𝑇 = 37°c − 28°c = 9°c 5. Pengamatan selama 60 detik ∆𝑇 = 38°c − 28°c = 10°c 6. Pengamatan selama 90 detik ∆𝑇 = 39°c − 28°c = 11°c 3. Perubahan suhu pada kuningan 7. Pengamatan selama 30 detik ∆𝑇 = 34°c − 28°c = 6°c 8. Pengamatan selama 60 detik ∆𝑇 = 35°c − 28°c = 7°c 9. Pengamatan selama 90 detik ∆𝑇 = 36°c − 28°c = 8°c

b. Menghitung Koefisien Termal secara eksperimen 

Untuk logam Aluminium 𝛼1 =

∆𝑙 0,50 𝑚𝑚 = = 108,6𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 10℃





𝛼2 =

∆𝑙 0,50 𝑚𝑚 = = 108,6𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 10℃

𝛼3 =

∆𝑙 0,51 𝑚𝑚 = = 100,7𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 11℃

Untuk logam Tembaga 𝛼1 =

∆𝑙 0,39 𝑚𝑚 = = 94,2𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 9℃

𝛼2 =

∆𝑙 0,40 𝑚𝑚 = = 87𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 10℃

𝛼3 =

∆𝑙 0,41 𝑚𝑚 = = 81𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 11℃

Untuk logam Kuningan 𝛼1 =

∆𝑙 0,43 𝑚𝑚 = = 155,7𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 6℃

𝛼2 =

∆𝑙 0,44 𝑚𝑚 = = 133,5𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 7℃

𝛼3 =

∆𝑙 0,45 𝑚𝑚 = = 122,2𝑥10−6 /℃ 𝑙1 𝑥∆𝑇 460 𝑚𝑚 𝑥 8℃

4.3 Pembahasan Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikel-partikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut. Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Ukuran – ukuran semua benda akan bertambah bila suhunya naik. Jika benda itu berwujud batang atau kawat, maka yang penting adalah perubahan panjangnya akibat

kenaikan suhu, kecuali pada perubahan luas penampang lintang yang demikian kecilnya, sehingga dapat diabaikan. Saat sebuah logam yang dipanaskan akan mengalami pertambahan panjang. Hal ini yang biasa disebut dengan pemuaian panjang. Pertambahan panjang tersebut dapat diukur dan bernilai. Nilai pertambahan panjang per panjang mula – mula batang ini berbanding lurus dengan koefisien muai panjang (α) dan kenaikan suhunya. Jika panjang batang logam pada suhu 0 oC adalah lo dan pada suhu T oC adalah ∆l maka : ∆L = a . LO . ∆t Dari rumus persamaan tersebut, kita dapat mengerti bahwa pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Pada logam aluminium, tembaga, dan kuningan yang terbaik menyerap panas adalah aluminium sehingga material ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dalam memasak. Nilai ekspansi termal pada eksperimen dipengaruhi oleh perubahan suhu di mana semakin tinggi suhu yang diberikan maka nilai ekspansi termalnya semakin membesar. Apabila temperaturnya dinaikkan maka perubahan panjang dari material (aluminium, tembaga, dan kuningan) bertambah dan koefisien termal dari suatu benda berbanding lurus dengan perubahan panjang suatu benda.

V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1) Ekspansi termal dapat dinyatakan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat adanya perubahan temperatur. 2) Adanya pengaruh suhu suatu benda yang diukur secara dipanaskan sangat mempengaruhi pertambahan panjangnya. 3) Koefisien ekspansi termal dari suatu benda berbanding lurus dengan perubahan panjang suatu benda. 4) Diantara material logam aluminium, tembaga, dan kuningan yang terbaik menyerap panas adalah aluminium sehingga aluminium banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama dalam hal untuk memasak.

5.2 Saran Eksperimen ini harus di teliti lebih lanjut agar mendapat hasil yang sesuai dengan teori seperti penelitian yang telah kami lakukan penelitian ini seharusnya logam yang terbaik menghantar panas adalah aluminium secara teori tetapi secara eksperimen menunjukan yang terbaik adalah logam tembaga. Hal ini menunjukan bearti eksperimen yang kami lakukan belum dibilang berhasil, untuk itu perlu dilakukan penelitian lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

Chang. 2012. Fisika Untuk Universitas. Bina Cipta. Bandung. Tepller. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta. Waluyo. 2009. Fisika dasar. adi Prasetya. Semarang. Waluyo. 2012. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta. Winnamo. 2003. Fisika I. FMIPA. ITS. Surabaya. Winnamo. 2007. Penuntun Praktikum Fisika Dasar. Universitas Lambung Mangkurat. Banjar Baru.

LAMPIRAN GAMBAR