Radiasi Termal Revisi Fix.docx

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Radiasi termal merupakan energi yang dipancarkan oleh sebuah benda atau permukaan karena temperatur yang dimiliki oleh benda atau permukaan tersebut. Ketika pada suhu ruang, radiasi termal paling banyak ditemukan dalam daerah spektrum inframerah. Radiasi yang dipancarkan oleh benda atau permukaan tidak bergantung pada suhu saja, tetapi juga pada siat-sifat lainnya, seperti bentuk benda, sifatnya, dan bahan pembuatnya (Krane, 1992). Praktikum ini dilakukan untuk mengetahui besar radiasi dari suatu benda atau permukaan dengan menggunakan hukum Stefan-Boltzman. Beberapa jenis permukaan dan benda dalam praktikum ini akan diukur emisivitas, serapan, dan transmisi radiasi termalnya. Praktikum ini juga melakukan verifikasi terhadap hukum Stefan-Boltzman karena secara fisis, sensor radiasi sebenarnya juga mengalami pemanasan akibat radiasi termal yang diterimanya. Praktikum ini menggunakan 3 uji untuk beberapa jenis permukaan dan benda, yaitu emisivitas, serapan dan transmisi radiasi termal, dan hukum Stefan-Boltzman.

Beberapa

jenis

permukaan

diukur

emisivitasnya

menggunakan sensor radiasi yang sebelumnya telah diletakkan kedalam kubus Leslie dan diukur hambatannya, dengan proses tersebut radiasi dari benda tersebut akan diukur. Percobaan kedua adalah serapan dan transmisi radiasi termal, proses pada percobaan kedua ini sama dengan percobaan emisivitas, namun yang diukur dari percobaan kedua ini adalah serapan dan transmisi radiasinya.

1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari praktikum radiasi termal adalah : 1. Bagaiman emisivitas pada setiap jenis permukaan kubus yang berbeda? 2. Bagaimana serapan dan tranmisi radiasi termal? 3. Bagaimana grafik hubungan berdasarkan percobaan yang dilakukan?

1

1.3 Tujuan Tujuan dari praktikum radiasi termal adalah : 1. Mengetahui emisivitas pada setiap jenis permukaan kubus yang berbeda. 2. Mengetahui serapan dan tranmisi radiasi termal. 3. Mengetahui grafik hubungan berdasarkan percobaan yang dilakukan.

1.4 Manfaat Adapun manfaat dari percobaan Radiasi Thermal (kubus Leslie) ini adalah dapat dilihat pada pengaplikasian panel surya. Panel surya merupakan alat yang digunakan untuk menyerap energi panas matahari. Kalor radiasi dari matahari akan diserap oleh panel surya yang kemudian akan dihantarkan secara konduksi melalui logam, logam akan membawa kalor menjauh untuk dimanfaatkan pada sistem pemanas air.

2

BAB 2. DASAR TEORI

2.1 Definisi Radiasi termal merupakan energi yang dipancarkan oleh sebuah benda atau permukaan karena temperatur yang dimiliki oleh benda atau permukaan tersebut. Ketika pada suhu ruang, radiasi termal paling banyak ditemukan dalam daerah spektrum inframerah. Radiasi yang dipancarkan oleh benda atau permukaan tidak bergantung pada suhu saja, tetapi juga pada siat-sifat lainnya, seperti bentuk benda, sifatnya, dan bahan pembuatnya (Krane, 1992). Radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda atau permukaan tidak selalu tergantung pada suhunya, namun juga bisa pada sifatnya, karakteristiknya, bentuk benda, dan bahan pembuatnya. Radiasi adalah salah satu mekanisme perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa melalui media perantara. Contohnya seperti panas matahari mencapai ke bumi dengan mekanisme radiasi,sehingga ͤͤmampu melewati ruang hampa (Jaeger, 1975). 2.2 Sejarah Joseph Stefan pada tahun 1879 melakukan pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam. Hasil pengukuran yang dilakukan Joseph Stefan menyatakan bahwa daya total yang dipancarkan oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Berselang lima tahun kemudian (1884) Ludwig ͤͤ Bolztman ͤͤ memperoleh ͤͤ hasil ͤͤ yang ͤͤ sama ͤͤ :”Energi ͤͤ yang ͤͤ dipancarkan ͤͤ oleh ͤͤ suatu permukaan benda dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan ͤͤluas ͤͤpermukaan ͤͤdan ͤͤpangkat ͤͤempat ͤͤsuhu ͤͤmutlaknya”. ͤͤMatematis ͤͤdari ͤͤrumus ͤͤ Stefan-Boltzman adalah : P= σ e A 𝑻𝟒

(2.1)

Dimana: P= daya (W) σ=tetapan Stefan (5,67 x 𝟏𝟎−𝟖 W/𝒎𝟐 𝒌−𝟒 ) T= suhu (K) A= luas penampang (𝒎𝟐 ) e= koefisien emisivitas dengan nilai 0 dan 1

3

kemampuan benda menyerap radiasi kalor berhubungan dengan kemampuannya untuk memancarkan radiasi. Benda hitam adalah penyerap dan pemancar yang terbaik. Kesimpulan dari pernyataan tersebut adalah intensitas radiasi termal bahan yang berbeda pada tempeatur yang sama akan berbeda pula (Sutrisno, 1986). 2.3 Benda Hitam Pengetahuan tentang benda hitam ideal terhadap pembahasan radiasi termal bahwa dapat diabaikan perilaku dari benda yang meradiasi, karena setiap benda hitam perilakunya identik. Percobaan benda hitam dapat diaproksimasi dengn benda berongga berlubang yang menembus ke dalam. Setiap radiasi yang jatuh pada lubang akan masuk ke dalam rongga dimana radiasi iu tertangkap oleh pemantulan bolak-balik sehingga menyebabkan terabsorbsi (Beiser, 1986). Radiasi merupakan perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. Contoh palin mudah adalah panas matahari yang mencapai ke bumi. Contoh lainya adalah konduksi, yaitu logam dimana kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom sehingga elektron bebas mudah berpindah. Perpindahan elektron inidapat dibeikan ke elektron-elektron lain dengan cepat (zemansky, 1994).

4

BAB 3. METODE EKSPERIMEN

Metode eksperimen merupakan tahap-tahap yang akan dilakukan pada saat kegiatan eksperimen akan dilaksanakan. Dalam tahap-tahap ini terdapat rancangan eksperimen, jenis dan sumber data, definisi operasional variabel, metode analisis data, dan kerangka pemecahan masalah.

3.1 Rancangan Eksperimen Secara garis besar, skema dari Rancangan Eksperimen ditunjukan dalam bentuk diagram alir seperti pada gambar 3.1 Perumusan Masalah

Kajian Pustaka

Variabel Penelitian

Kegiatan Eksperimen

Data

Analisis Data

Kesimpulan Gambar 3.1 Diagram Alir Rancangan Kegiatan Eksperimen

5

Langkah awal pada saat akan melakukan kegiatan Eksperimen Radiasi Termal (Kubus Leslie) yaitu mentukan permasalah yang dalam hal ini adalah mengamati dan mengukur radiasi termal yang dipancarkan oleh sumber termal. Dilanjutkan dengan melakukan kajian pustaka sebagai refrensi untuk menentukan persaaman yang dibutuhkan dalam percoban ini. Kemudian, dilakukan operasional pada variabel-variabel yang akan digunakan sebagai penunjang kegiatan eksperimen. Setelah kegiatan eksperimen dilakukan, maka akan diperoleh data yang kemudian akan dianalisis untuk menemukan kesimpulan akhir pada eksperimen yang telah dilakukan.

3.2 Jenis dan Sumber Data Eksperimen ini bersifat kuantitatif yang berarti dilakukan dengan cara pengumpulan data dan mengutamakan pada pengukuran dan sebab akibat antara bermacam-macam variabel. Data yang akan diambil berupa nilai emisivitas, serapan, dan tranmisi radiasi termal dengan mengukur besar tegangan terhadap suhu dari kubus Leslie.

3.3 Definisi Operasional Variabel dan Skala Pengukuran 3.3.1 Definisi Operasional Variabel Variabel adalah objek yang mempunyai variasi antara objek satu dengan objek lainnya. Ada beberapa variabel yang sering dimunculkan dalam sebuah penelitian yaitu variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol. Skala pengukuran yang digunakan dalam eksperimen ini adalah skala pengukuran interval, yaitu variabel dihasilkan dari pengukuran. a. Variabel Bebas Variabel yang mempengaruhi atau yang menyebabkan terjadinya suatu perubahan. Dalam eksperimen ini variabel bebas adalah jenis permukaan kubus dan jenis lempeng. b. Variabel Terikat Variabel yang merupakan akibat dari variabel bebas. Dalam eksperimen ini variabel terikat adalah tegangan (V), Emisivitas (), Hambatan (R).

6

c. Variabel Kontrol Variabel yang menyebabkan hubungan antara variabel bebas dan variabel terikat agar tetap konstan. Dalam eksperimen ini variabel control adalah suhu (T).

3.3.2 Skala Pengukuran a. 𝑃 =

𝑉2 𝑅

b. 𝜀 = 𝑃

𝑃𝑥 ℎ𝑖𝑡𝑎𝑚

1

c. ∆𝑉 = 2 × 0,1 1

d. ∆𝑅 = 2 × 0,1 −𝑉 2 2

2𝑉 2

e. ∆𝑃 = √| 𝑅 | |∆𝑉|2 + | 𝑅2 | |∆𝑅|2 ∆𝑃𝑥

f. ∆𝜀 = ∆𝑃

ℎ𝑖𝑡𝑎𝑚

∆𝜀

g. 𝐼 = ( 𝜀 ) × 100% h. 𝐾 = 100% − 𝐼 ∆𝜀

i. 𝐴𝑝 = 𝐼 − 𝑙𝑜𝑔 ( 𝜀 ) 3.4 Metode Analisis Data Analisis data yang digunakan pada eksperimen Radiasi Termal (kubus Leslie) adalah sebagai berikut: a. Tabel Tabel 3.1 Emisivitas berbagai jenis permukaan 5V

SET POWER PERMUKAAN

V

6V

T(x)

V

HITAM PUTIH KILAP KUSAM

7

T(x)

7V V

T(x)

8V V

T(x)

Tabel 3.2 Serapan dan tranmisi radiasi termal PERMUKAAN JENIS LEMPENG

HITAM SEBELUM V

SESUDAH T

V

GABUS LOGAM KACA

b. Grafik

Gambar 3.2 Grafik hubungan

Gambar 3.3 Sensor Radiasi (Pasco TD8553) (Sumber: Tim Penyusun, 2018)

8

T

Gambar 3.4 Kubus Leslie (Pasco 8554A) (Sumber: Tim Penyusun, 2018)

Gambar 3.5 Konversi Tahanan Temperatur (Sumber: Tim Penyusun, 2018)

9

Gambar 3.6 Spektrum Gelombang EM (Sumber: Tim Penyusun, 2018) 3.5 Kerangka Pemecahan Masalah 3.5.1 Waktu dan Tempat Eksperimen Kegiatan eksperimen Radiasi Termal (kubus Leslie) dilaksanakan pada hari senin, tanggal 24 September 2018 pada pukul 09.40 – 12.20 WIB dan bertempat di Laboratorium Fisika Modern dan Optoelektronika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember.

10

3.5.2 Diagram Simulasi Eksperimen Diagram Simulasi Eksperimen pada Radiasi Termal (kubus Leslie) adalah sebagai berikut:

Mulai

Menyusun alat eksperimen Radiasi Termal (kubus Emisivitas berbagai Leslie) jenis pemukaan Variasi Tegangan

Serapan tranmisi radiasi termal Variasi Lempeng

Selesai

Gambar 3.7 Diagram alir proses data dihasilkan

11

3.6 Prosedur Eksperimen 3.6.1 Emisivitas berbagai jenis permukaan Catatan penting: sebelum melakukan percobaan perhatikan hal-hal berikut: 1. Hindari kontak mata sensor dengan radiasi eksternal yang dapat menyebabkan devisi hasil ukur yang sebenarnya. Hal ini dapat dilakukan dengan menutup mata sensor dari radiasi luar. 2. Jika tidak diperlukan perubahan, usahakan posisi sensor tetap selama percobaan. Percobaan: 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 1. 2. Kubus ͤͤ Leslie ͤͤ dinyalakan ͤͤ dan ͤͤ power ͤͤ diatur ͤͤ ke ͤͤ posisi ͤͤ “High”. ͤͤ Diamati ͤͤ pembacaan ͤͤpada ͤͤohmmeter. ͤͤJika ͤͤterbaca ͤͤ40 ͤͤkΩ, ͤͤtombol ͤͤpower ͤͤdireset ͤͤke ͤͤposisi ͤͤ 5.0, ditunggu beberapa saat. 3. Saat kubus telah mencapai kesetimbangan termal pada setting 5.0 ini (ditunjukkan dengan pembacaan ohmmeter yang relative stabil pada suatu nilai), sensor radiasi ditempatkan sedemikian hingga mata sensor menyentuh dinding kubus Leslie. Ini menjamin jarak pengukuran sama untuk semua jenis permukaan kubus. Dengan sensor ini maka radiasi dari kubus akan diukur. 4. Hasil pengamatan dicatat pada tabel pengamatan dibawah ini. 5. Percobaan diulangi (dimulai dari 3 dengan memperhatikan kesetimbangan thermal) untuk berbagai setting power 6.0, 7.0, 8.0 dan hasilnya dicatat. Catatan: Kesetimbangan berbeda untuk setting power yang berbeda 3.6.2 Serapan dan Tranmisi Radiasi Termal 1. Kubus Leslie diatur pada setting power 5.0 dan dibiarkan sampai setimbang termal. 2. Ujung / mata sensor ditempatkan 5 cm di depan dinding hitam kubus dengan muka sensor sejajar dinding dan pengamatan ini dilakukan seperti percobaan 3.2.1. 3. Lempeng kaca ditempatkan diantara sensor kubus, apakah kaca tersebut secara efektif menutup radiasi? 4. Percobaan diulangi untuk berbagai jenis lempeng lainnya.

12

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Hasil dari praktikum radiasi termal adalah : 4.1.1 emisivitas berbagai jenis permukaan

set power

5v 6v 7v 8v v T(x) v T(x) v T(x) v hitam 09.5 318 08.6 322.1 10.2 323.9 11.6 putih 05.7 322.5 05.1 322.0 05.6 323.2 06.8 kilap 00.2 323.0 00.3 322.6 00.2 325.2 00.4 kusam 08.8 323.6 08.5 323.0 09.0 323.5 11.8 Tabel 4.1 Hasil pengamatan emisivitas berbagai jenis permukaan

Gambar 4.1 Grafik emisivitas berbagai jenis permukaan

13

T(x) 326.6 326.0 325.6 326.6

4.1.2 serapan dan transmisi radiasi termal permukaan jenis lempeng

hitam

sebelum sesudah v T v T gabus 05.3 45°C 00.1 45°C logam 05.3 45°C 00.1 45°C Kaca 05.4 45.1°C 00.2 45°C Tabel 4.2 Hasil Pengamatan Serapan dan Transmisi radiasi Termal 6 5 4 3 2 1 0 kaca

logam

gabus

tanpa penghalang

Series1

Gambar 4.2 Grafik serapan dan transmisi radiasi termal

4.2 Pembahasan Radiasi termal adalah energi yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhu yang dimiliki oleh benda tersebut. Eksperimen radiasi termal ini dilakukan untuk mengetahui nilai emisivitas dari berbagai jenis permukaan kubus serta serapan dan tranmisi radiasi termal. Eksperimen ini dilakukan dengan mengunakan variasi permukaan kubus dan jenis lempeng penghambat radiasi. Percobaan pertama pada eksperimen radiasi termal ini adalah menentukan nilai emisivitas dari berbagai jenis permukaan kubus. Percobaan dilakukan dengan 4 jenis permukaan kubus yang berbeda, yaitu hitam, putih, kusam, dan kilap. Dari data yang dihasilkan, permukaan yang mempunyai emisivitas terbesar adalah permukaan hitam, sedangkan untuk permukaan putih, kilap, dan kusam nilai

14

emisivitasnya berada dibawah permukaan hitam. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna adalah benda hitam, nilai emisivitas yang dimiliki benda hitam adalah 𝑒 = 1. Percobaan kedua pada eksperimen radiasi termal ini adalah menentukan nilai serapan dan tranmisi radiasi termal. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan 3 macam lempeng sebagai penghalang radiasi yaitu kaca, logam, dan gabus. Dari hasil data yang diperoleh, didapatkan bahwa gabus sangat efektif untuk menghalangi energi radiasi, berbanding terbalik dengan kaca dan logam yang efektif untuk meneruskan energi radiasi termal. Ururutan nilai emisivitas dari yang terbesar ke yang terkecil adalah hitam, kilap, putih, kusam. Besar nilai emisivitas bergantung pada suhu, semakin panas suhu yang dipancarkan oleh kubus maka nilai tegangan akan semakin tinggi dan nilai emisivitas pun akan semakin besar. Dalam percobaan radiasi termal ini, kendala yang dapat terjadi sehingga dapat merusak hasil pengamatan adalah suhu. Baik dalam percobaan menentukan nilai emisivitas serta nilai serapan dan tranmisi, praktikan harus benar-benar menjaga suhu agar sesuai dengan petunjuk asisten. Apabila suhu tidak sesuai dengan petunjuk asisten maka data pengamatan yang dihasilkan tidak akan sesuai dengan teori yang digunakan. Hasil praktikum radiasi termal ini sesuai dengan konsep yang sudah ada, yaitu nilai emisivitas permukaan hitam lebih besar dibandingkan nilai emisivitas permukaan putih, kilap, dan kusam.

15

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan Kesimpulan dari praktikum radiasi termal adalah hasil pengukuran radiasi dari berbagai jenis permukaan menghasilkan nilai yang berbeda. Nilai emisivitas suatu benda untuk menyerap maupun memancarkan radiasi dipengaruhi oleh warna permukaan benda, suhu awal radiasi tersebut. Hasil yang didapat dari praktikum radiasi termal ini adalah permukaan yang memancarkan radiasi paling baik adalah permukaan yang berwarna hitam.

5.2 Saran Praktikan diharapkan lebih fokus terhadap pengamatan agar data yang diperoleh sesuai dengan referensi. Praktikan harus mengerti terlebih dahulu prosedur yang harus diamati. Ditanyakan kepada asisten jika terdapat sesuatu yang belum mengerti.

16

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1986. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga. Jaeger, J.C. 1975. An introduction to applied mathematics. Oxford, Eng: Clarendon Press. Krane, S. Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia press. Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung: ITB. Tim penyusun. 2018. Buku Panduan Praktikum Eksperimen Fisika 1. Jember: Universitas Jember. Zemansky, W. Mark, Sears. 1994. Fisika Untuk Universitas 1. Bandung: Bina Cipta.

17

LAMPIRAN

Emisivitas berbagai permukaan

18

Serapan dan transmisi radiasi termal

19

20